外源菌剂对二氯喹啉酸危害烟草畸形生长修复机理及效果的研究

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本文通过盆栽试验和大田试验相结合,研究了在二氯喹啉酸污染的土壤中施入不同外源菌剂后,对烟株生理指标(活性氧、抗氧化率、保护酶、光合色素、叶绿素荧光参数、NR活性、Inv活性等),植烟土壤生态生理指标(根际及非根际土壤微生物数量和土壤酶),烟株可溶性蛋白电泳图谱、SOD同工酶电泳图谱和细胞壁扩展蛋白电泳图谱;烟株不同部位(茎尖、顶叶、中部叶、根尖)的解剖结构,大田烟株农艺性状、产量和经济性状及烟叶化学成分含量的修复,旨在探讨外源菌剂对二氯喹啉酸危害植烟土壤和烟株的修复效果,筛选出最佳的外源菌剂及施用方式。试验结果如下:1、外源菌剂对二氯喹啉酸危害烟株生理特性的修复正常烟株中Pro、可溶性糖、可溶性蛋白质随处理时间的延长,均呈现逐渐增加的趋势,K+含量呈先升后降趋势,而相对电导率则维持在一个较低水平,但受二氯喹啉酸危害后,Pro、可溶性糖和相对电导率均升高,可溶性蛋白质含量与K+含量则降低,施入外源菌剂修复处理后烟株中渗透调节物质含量均有所增加,渗透调节能力增强,相对电导率下降,增强了烟株在二氯喹啉酸逆境胁迫下的抗逆性,外源菌剂以复合菌剂处理效果最好。受二氯喹啉酸危害的烟株中保护酶SOD、CAT及APX活性水平较低,清除活性氧能力不高,O2·清除率、·OH清除率及抗氧化能力都表现出下降趋势,使烟株中O2·、·OH含量剧增,导致烟株膜质氧化产物MDA含量升高。施入不同外源菌剂的烟株中,抗氧化酶SOD、CAT及POD活性均显著提高,可有效清除烟株体内的活性氧,使烟株O2·、·OH清除率及抗氧化率升高,O2·、·OH含量减少,从而降低烟株的膜质氧化水平,减轻了烟株受二氯喹啉酸的危害,促使受害烟株正常生长。同时发现,烟株根系对二氯喹啉酸的胁迫比叶片更敏感,更易受害。外源菌剂对受二氯喹啉酸危害的烟株抗氧化酶活性和活性氧含量及清除率均有一定的修复效果,以T4、T2修复效果较好,其次为T3。烟株受到二氯喹啉酸危害后,光合色素含量均降低,Fv/Fm、ΦPSⅡ、dP也都下降,且均达到显著水平,NPQ显著增加,降低了植物的光能利用效率,光合能量损失增大。施入外源菌剂后,与受害对照相比,烟株的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量、Fv/Fm值、ΦPSⅡ值及dP值都升高,使光合作用强度增加,光能转换和电子传递效率增强,并且修复处理后NPQ值下降,从而降低了光能耗散,提高了光合效率。整体来看,外源菌剂对受害烟株光合色素及叶绿素荧光参数的修复效果表现为T0>T4>T2>T3>T1,以T4修复处理的效果最好。受二氯喹啉酸危害烟株的NR、Inv、GST及ALS活性降低,GSH含量、IAMOase活性及Cx活性升高。施入外源菌剂后,烟株中的NR、Inv、GST及ALS活性升高,GSH含量、IAMOase活性及Cx活性降低。整体来看,根系中各酶活性比叶片低;各处理对受害烟株的修复效果依次为 T0>T4>T2>T3>T1。2、外源菌剂对二氯喹啉酸危害植烟土壤生理生态特性的修复与正常土壤相比,受二氯喹啉酸危害的植烟土壤中细菌、真菌及放线菌的数量均有一定程度的降低,施入不同外源菌剂对土壤修复后,微生物群落数逐渐恢复,以处理T4的修复效果最佳:受二氯喹啉酸污染的土壤中,过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性、脲酶活性均比正常土壤的酶活性降低,施加外源菌剂修复后,土壤中过氧化物酶活性、脲酶活性及蔗糖酶活性提高。根际比非根际土壤的微生物数量和各土壤酶活性高,三种修复处理对受二氯喹啉酸危害的植烟土壤生理生态特性修复效果表现为:T4>T2>T3。3、外源菌剂对二氯喹啉酸危害烟株电泳图谱的修复可溶性蛋白SDS-PAGE电泳图谱分析表明,在受到二氯喹啉酸胁迫时,烟株中蛋白质条带消失,SOD同工酶的酶谱条带受到抑制,细胞壁扩展蛋白过量表达,施用外源菌剂处理后,消失的可溶性蛋白条带恢复表达,SOD同工酶及细胞壁扩展蛋白得到较好修复。各修复处理相比,处理T4对烟株的可溶性蛋白、SOD、细胞壁扩展蛋白电泳图谱的修复效果最好,处理T2次之,T3效果最差。4、外源菌剂对二氯喹啉酸危害烟株解剖结构的修复经石蜡切片及显微镜观测可知,各处理之间烟株的组织结构差异明显,具体表现为:茎尖的直径和纵切面积,均以正常对照最大,其次是修复处理,受害茎尖最小;但从分化程度来看受害茎尖分化最快,其次是修复处理,而正常对照则最慢;顶叶和中部叶的表皮、栅栏组织、海绵组织的厚度均以受害烟株最厚,其次是修复烟株,正常烟株最薄;中部叶片的上表皮、下表皮、栅栏组织及海绵组织的厚度均大于正常烟草,但差异相对较小;受害烟株的根部横截面积、中柱面积、皮层厚度、表皮厚度均小于正常烟株。结果表明,二氯喹啉酸对烟株茎尖及顶叶解剖结构的危害较重,对中部叶片和根系的解剖结构危害较轻,在受害烟株生长的土壤中加入外源菌剂后,受害烟株解剖结构的受害症状得到缓解,表明外源菌剂对土壤中残留的二氯喹啉酸具有一定的降解作用。5、外源菌剂不同施用方式对残留二氯喹啉酸大田土壤生理生态及烟株酶活性的修复与正常土壤相比,受二氯喹啉酸危害的烟田根际土壤中细菌、真菌和放线菌以及土壤中过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性、脲酶活性降低,经不同施用方式的外源菌剂修复后,微生物群落数与各土壤酶活性均升高,整体来看以年前年后相结合施用外源菌剂的效果最好,其次为年前施用,年后施用的修复效果较差。大田受害烟株的GSH含量、Inv、GST及ALS活性与正常烟株相比显著下降,经不同施用方式的外源菌剂修复后均升高,各处理修复效果表现为A>E>C>D>B。6.外源菌剂不同施用方式对残留二氯喹啉酸大田烟株农艺性状和产量产值的修复大田烟株打顶期不同处理的烟株农艺性状差异明显,受害烟株比正常烟株的株高和茎围分别降低了 33.9%和16.9%,正常叶片数为0;用不同施用方式的外源菌剂修复后处理C、D、E的株高和茎围分别比受害对照增加了 24.8%、30.5%、55.7%和18.1%、12.5%、27.3%,正常叶片数也分别恢复到了 4片、4片和13片;各修复处理间相比,在株高、下部叶宽、腰叶长、腰叶宽、顶叶长等方面表现为E>D>C,在茎围、下部叶长、顶叶宽等方面表现为E>C>D。各修复处理以E的效果最好,处理E与正常对照和受害对照相比,烟株的烤后烟产量、均价、亩产量、中上的烟比率等指标均高于受害对照但低于正常对照。处理E的产量、均价、亩产值、中上等烟比率比受害对照提高了 80.9%、18.1%、121.3%和173.8%,结果表明年前撒施与年后穴施相结的施用方式对修复二氯喹啉酸危害烟草生产效果明显。7.外源菌剂不同施用方式对残留二氯喹啉酸大田烟叶化学成分含量的修复受害烟株的主要化学成分与正常烟株相比,钾含量、总糖及还原糖含量低于正常烟株,烟碱和总氮比正常烟株增高,总糖/还原糖、氮碱比等化学成分也不协调;利用外源菌剂修复后,钾离子、总糖及还原糖含量上升,烟碱和总氮含量下降,化学成分趋于协调,各项指标均有一定恢复,以总糖、总氮恢复效果最好,各处理在不同化学成分上的修复效果存在一定差异,总糖、钾离子及总糖/烟碱的修复效果表现为A>E>C>D>B,总氮、烟碱含量表现为B>D>C>E>A,还原糖含量表现为A>D>E>C>B,还原糖/总糖呈现出D>A>E>C=B,氮碱比表现为A>D>E=C>B,综合评判以处理E的修复效果最佳。
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