1、第6 2卷 第5期厦门大学学报(自然科学版)V o l.6 2 N o.5 2 0 2 3年9月J o u r n a l o fX i a m e nU n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e)S e p.2 0 2 3 h t t p:j x m u.x m u.e d u.c nd o i:1 0.6 0 4 3/j.i s s n.0 4 3 8-0 4 7 9.2 0 2 2 1 1 0 0 53株解磷菌对杉木幼苗光合生理特性的影响杨胜钰1,2,余雯静1,2,何易蔓3,朱清波1,2,吴承祯2,4,林 晗1,2,李 键1,2*(1.福
2、建农林大学林学院,福建 福州3 5 0 0 0 2;2.福建省高校森林生态系统过程与经营重点实验室,福建 福州3 5 0 0 0 2;3.福建农林大学生命科学学院,福建 福州3 5 0 0 0 2;4.武夷学院生态与资源工程学院,福建 南平3 5 4 3 0 0)摘要:为明晰不同解磷菌株对杉木(C u n n i n g h a m i a l a n c e o l a t a)幼苗光合特性的影响,探讨利用解磷菌提升杉木光合能力的可能,以1年生杉木无性系扦插幼苗为研究对象,以2株不动杆菌属(A c i n e t o b a c t e r)高效解无机磷菌株W P 1和W P 1 0及1株克
3、雷伯氏菌属(K l e b s i e l l a)高效解有机磷菌株Y P 9为供试菌株,采用盆栽土培实验,分析不同菌株及组合处理在接菌3 0,1 2 0和2 1 0d后,杉木幼苗光合色素质量分数、叶绿素荧光参数、叶片丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性和可溶性糖质量分数的变化趋势,以明确不同解磷菌促进杉木幼苗生长的潜力.结果表明:1)不同菌株处理均对杉木幼苗光合色素的产生具有促进作用,且混菌株处理优于单菌株处理(P0.0 5),尤其是三菌株混合处理的促进作用更显著,其叶绿素a和类胡萝卜素质量分数于1 2 0d时达到最高,而叶绿素b质量分数和叶绿素a/b质量分数比值分别于2 1 0d时和3 0d时达
4、到最高;2)各菌株处理下的初始荧光(Fo)显著小于对照处理(P 0.0 5),其中三菌株混合处理的最低,而最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)和潜在光化学效率(Fv/Fo)显著高于对照处理(P0.0 5);3)混菌株处理的最大光化学效率(Fv/Fm)与叶绿素a/b质量分数比值相关性不显著,三菌株混合处理及W P 1和W P 1 0菌株混合处理的Fv/Fo和Fv/Fm相关性不显著,而所有菌株处理的叶绿素a/b质量分数比值和Fv/Fo均呈显著负相关(P0.0 5);4)混菌株处理的杉木幼苗叶片丙二醛含量显著低于单菌株处理,而超氧化物歧化酶活性和可溶性糖质量分数显著高于单菌株处理(P 0.0 5).上
5、述结果表明3株解磷菌混合处理能促进叶绿素收集传递光能,减少光合系统受到的损伤,使杉木幼苗适应生长环境并增强其生存竞争能力.关键词:杉木;解磷菌;光合色素;荧光参数;光合作用中图分类号:S7 9 1.2 7 文献标志码:A 文章编号:0 4 3 8-0 4 7 9(2 0 2 3)0 5-0 8 6 5-0 8收稿日期:2 0 2 2-1 1-1 1 录用日期:2 0 2 3-0 2-2 5 基金项目:国家自然科学基金(3 2 0 7 1 7 5 3);福建省林业局种业创新项目(K L b 2 1 0 0 9 B);福建农林大学林学高峰学科建设项目(7 2 2 0 2 2 0 0 2 0 5)*
6、通信作者:j i a n l i f a f u.e d u.c n引文格式:杨胜钰,余雯静,何易蔓,等.3株解磷菌对杉木幼苗光合生理特性的影响J.厦门大学学报(自然科学版),2 0 2 3,6 2(5):8 6 5-8 7 2.C i t a t i o n:Y A N GSY,Y U WJ,H EY M,e ta l.E f f e c t so f t h r e ep h o s p h a t e-s o l u b i l i z i n gb a c t e r i ao np h o t o s y n t h e t i cp h y s i o l o g i c a lc
7、 h a r a c t e r i s t i c s o fC u n n i n g h a m i a l a n c e o l a t as e e d l i n g sJ.JX i a m e nU n i vN a t S c i,2 0 2 3,6 2(5):8 6 5-8 7 2.(i nC h i n e s e)磷是地壳中的大量元素,但能为植物所利用的有效磷却极少.传统解决方式是对土壤施加磷肥,但长期大量人工施肥会导致土壤退化等生态环境问题1-2.因此,如何进行有效又可持续的土壤-植物磷素循环利用是学界长期讨论的热点3-4.近年来,解磷微生物的开发和利用作为一种提高磷
8、有效性的重要手段被广泛关注.现有大量研究集中于利用解磷菌把土壤中难溶性或不溶性磷酸盐转化为速效磷形态5的解磷特性及作用机制,从而将其应用于提高作物产量6-7、人工林轮作8、根际土壤微生物环境改善9-1 0等方面.土壤有效磷与有机解磷菌数量呈显著正相关,而与无机解磷菌数量不相关1 1;土壤速效磷含量减少已成为植物生长发育重要的限制因素1 2,在仅存解磷微生物区系的影响下植物生长效果最好1 3.同时,磷元素与植物光合作用密切相关,缺磷会限制光反应中核酮糖二磷酸羧化酶(R u B P)的再生,从而降低卡尔文循环效率1 4,影响C O2同化及光合产物的运输1 5-1 7,造成植物光合速率下降.徐澜等1
9、 8和W u等1 9分别探究冬小麦(T r i t i c u ma e s t i v u m)和油茶(C a m e l l i a o l e i f e r a)在解磷菌作用下其光合特性与产量和磷素营养的关系,证实了解磷菌可活化土壤中的磷素,被作物根系吸收后参与光合作用,从而表现出较高的光合速率.但目前对解磷微生物与人工林主要树种营养生长过程之间关系的认识还极为有限,尤其是解磷菌对其光合作用过程中光能利用转化的影响尚不清楚.厦门大学学报(自然科学版)2 0 2 3年h t t p:j x m u.x m u.e d u.c n我国南方主要用材树种杉木(C u n n i n g h a
10、 m i al a n c e o l a t a)主要分布于红壤区,人工林经营长期受到速效磷素匮乏的影响,加之连栽导致地力衰退2 0.如何改善林分的磷素利用能力,提升林木的光合产量成为解决上述问题的关键.为此,本研究利用课题组前期在杉木根际土壤筛选获得的2株不动杆菌属(A c i n e t o b a c t e r)高效解无机磷菌株WP 1和WP 1 0及1株克雷伯氏菌属(K l e b s i e l l a)高效解有机磷菌株Y P 92 1,采用解磷菌菌液施肥的杉木幼苗盆栽实验,进行不同的单菌及混合菌处理,分析不同菌株处理对杉木幼苗光合色素含量和荧光参数影响的差异,探讨解磷菌对杉木光
11、合能力的影响与机制以及不同菌株之间的协同作用,以期为后续开发和利用高效解磷菌肥及杉木人工林近自然抚育提供科学参考.1 材料与方法1.1 研究地概况在福建农林大学福建省高校森林生态系统过程与经营重点实验室的校内田间实验苗圃进行实验.该区域为典型的亚热带季风气候,气候温和湿润,冬短夏长,年均气温为2 02 5,年均降水量为9 0 021 0 0mm,降水量充足,年均相对湿度约7 7%,年均日照时长17 0 0 19 8 0h,无霜期3 2 6d2 2.1.2 实验材料1.2.1 供试菌株供试解磷菌菌株为本课题组前期从杉木根际分离并已鉴定2 1,保存于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,菌株
12、WP 1保藏号C GMC CN o.1 2 1 1 6,菌株WP 1 0保藏号C GMC CN o.1 2 1 1 5,菌株Y P 9保藏号C GMC CN o.1 2 1 1 3.1.2.2 供试菌悬液和培养基用已经消毒的移液枪吸取4m L保存于超低温冰箱的WP 1、WP 1 0、Y P 9菌悬液,分别加入L B液体培养基(牛肉膏3g,蛋白胨1 0g,N a C l 5g,超纯水1L,p H7.4 7.6)中,置于1 6 0 r/m i n、3 0的摇床中培养4 8h;分别吸取5m L菌液于P D A固体培养基(马铃薯2 0 0g,葡萄糖2 0g,琼脂1 5g,超纯水1L)中,于3 0培养箱
13、中培养5d后用无菌水稀释至5.51 06c f u/m L(c f u表示菌落形成单位)2 3.1.2.3 供试杉木幼苗及土壤供试幼苗为1年生2 C 1 4号无性系扦插杉木幼苗,从中挑选出苗高、地径长势较一致的幼苗.供试土壤为经过严格熏蒸消毒的红壤,每千克土壤含有机质2.7 9g、全氮0.2 0g、全磷0.7 8g、全钾3.4 0g、有效磷9.6 2m g、水解氮0.0 6g、速效钾0.0 8g.1.3 幼苗盆栽试验设计所用花盆直径2 5 c m,高2 8 c m,每盆装土4k g.于3月1日将1年生无性系杉木幼苗移植入盆后缓苗3 0d,而后于4月1日对其进行浇菌处理.共设置8个处理,WP 1
14、、WP 1 0、Y P 9分别用A、B、C表示,包括单菌浇施3个处理(A、B、C),混菌浇施4个处理(A B、A C、B C、A B C)和对照处理(C K,经过1 2 1高温灭活3 0m i n的A B C),每个处理设3次重复,其中混菌按菌液等体积比配制.每盆规定浇施1 0 0m L菌液,隔7d浇施1次,共浇施4次,并分别于第1次浇菌处理3 0,1 2 0,2 1 0d后,在天气晴朗条件下进行一次杉木幼苗光合色素质量分数、荧光参数及叶片丙二醛(MD A)含量、超氧化物歧化酶(S O D)活性和可溶性糖(S S)质量分数的测定.光合色素的测定参考唐延林等2 4的方法,将杉木幼苗叶片预先剪成0
15、.2g细丝,加入V(丙酮)V(无水乙醇)V(蒸馏水)=4.54.51混合提取液,避光静置至样品完全变白,而后分别测定4 4 0,6 4 5和6 6 3n m的吸光度(A4 4 0、A6 4 5和A6 6 3).叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的质量分数(a、b和c)计算公式如下:a=(9.7 8 4A6 6 3-0.9 9 0A6 4 5)V/(10 0 0m),b=(2 1.4 2 6A6 4 5-4.6 5 8A6 6 3)V/(10 0 0m),c=4.6 9 5A4 4 0-0.2 6 8(a+b)V/(10 0 0m),V为提取液体积,m为叶片质量.叶绿素荧光参数采用P h o t o
16、 nS y s t e m s I n s t r u m e n t s公司的H a n d yF l u o rC a m荧光成像仪进行测定.每个处理3次重复,测定前设置仪器程序并预热.杉木叶片在测定前充分暗适应3 0m i n,测定时将杉木顶端第3根枝条上的叶片放在摄像头前,调整焦距至叶片图像清晰,而后测定其初始荧光(Fo)、可变荧光(Fv)、最大荧光(Fm),获得最大光化学效率(Fv/Fm)和潜在光化学效率(Fv/Fo).MD A含量采用硫代巴比妥酸比色法测定;S O D活性采用氮蓝四唑光化还原法测定;S S质量分数采用蒽酮比色法进行测定.1.4 数据处理用E x c e l2 0 1 0软件进行数据整理和统计,用S P S S2 6.0软件进行单因素方差分析和P e a r s o n相关668第5期杨胜钰等:3株解磷菌对杉木幼苗光合生理特性的影响h t t p:j x m u.x m u.e d u.c n性分析,用最小显著差异法进行多重比较和显著性分析,用G r a p h P a dP r i s m8软件制图.2 结果与分析2.1 不同菌株处理下杉木幼苗光合色素质量分