摘 要： "為研究納豆芽孢桿菌菌劑對芒萁耐熱能力的影響，該研究測定了不同溫度和不同肥料處理下當年生芒萁的光合和抗高溫生理指標。結果表明：（1）溫度和肥料都能顯著影響芒萁的光合和抗高溫生理（P＜0.05）。（2）溫度升至45 ℃時，芒萁葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和葉綠素含量均顯著降低（P＜0.05），高溫脅迫對芒萁光合生理的抑制屬于非氣孔限制；為抵御高溫脅迫，芒萁的超氧化物歧化酶、過氧化物酶活性、脯氨酸、丙二醛含量和相對電導率顯著升高（P＜0.05）。（3）與對照組和有機肥組相比，菌劑顯著提高了芒萁葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、葉綠素含量以及過氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性，降低了胞間CO2濃度、丙二醛含量和相對電導率（P＜0.05）。（4）使用主成分分析與隸屬函數(shù)法相結合的評價方法綜合評價了芒萁抗高溫能力，發(fā)現(xiàn)菌劑添加的有機肥施用下芒萁的抗高溫能力得分更高。綜上認為，芒萁具有一定的抗高溫性，能根據(jù)不同脅迫環(huán)境選擇性地誘導抗逆生理活動來適應高溫環(huán)境；納豆芽孢桿菌菌劑可緩解高溫脅迫對芒萁光合作用的抑制，誘導抗氧化酶活性的提高以緩解細胞的損傷，減輕滲透調節(jié)的壓力，有效提高芒萁對高溫脅迫的抵抗能力。該研究結果對南方紅壤侵蝕區(qū)及類似區(qū)域的生態(tài)修復和水土保持具有一定意義。

關鍵詞： 芒萁， 高溫脅迫， 納豆芽孢桿菌， 光合特性， 抗逆生理

中圖分類號： "Q945

文獻標識碼： "A

文章編號： "1000-3142（2024）11-2089-12

Effects of bacterial agent application on physiological

characteristics of photosynthesis and stress resistance

in Dicranopteris pedata under high temperature stress

Abstract： "In order to investigate study the influence of microbial agent Bacillus natto on the ability of Dicranopteris pedata to tolerate high temperature stress， we determined the physiological indexes of photosynthesis and resistance to high temperature of annual D. pedata under different temperatures and fertilizer treatments. The results were as follows： （1） Both temperature and fertilizer could significantly affect the photosynthesis and high temperature resistance physiology of D. pedata （P＜0.05）. （2） The net photosynthetic rate， transpiration rate， stomatal conductance， and chlorophyll content of D. pedata leaves were significantly reduced （P＜0.05） when the temperature was increased to 45 ℃. The inhibition of photosynthetic physiology of Dicranopteris pedata by high-temperature stress was an non-stomatal limiting. To defend the high temperature stress， the superoxide dismutase， peroxidase activity， proline， malondialdehyde content， and relative conductivity of D. pedata were increased significantly （P＜0.05）. （3） Compared with the control group and the organic fertilizer group， the fertilizer with microbial agent audition significantly increased the net photosynthetic rate， transpiration rate， stomatal conductance， chlorophyll content， and the activities of peroxide dismutase and catalase in leaves of D. pedata， and decreased the intercellular CO2 concentration， malondialdehyde content and the relative electrical conductivity of D. pedata leaves （Plt;0.05）. （4） The evaluation method combining principal component analysis and membership function method was used to evaluate the high temperature resistance of D. pedata. It was found that the D. pedata scored higher in resistance to high temperature under fertilizer-added origin manure application. Overall， D. pedata has a certain degree of resistance to high temperature， and can selectively induce stress resistance physiology to adapt the high temperatures environment according to different stress environments. Bacillus natto can alleviate the photosynthesis inhibition of Dicranopteris pedata by high temperature stress， induce the increase of antioxidant enzyme activities to alleviate cell damage， reduce the pressure of osmoregulation， and effectively improved the resistance of D. pedata induced by high temperature stress. This study provide a reference for the ecological restoration and soil and water conservation in the southern red soil erosion area and similar areas.

Key words： Dicranopteris pedata，" high temperature stress，" Bacillus natto，" photosynthetic characteristics， stress resistance physiology

植物的生長發(fā)育和擴散對于溫度變化十分敏感 （Wahid et al.， 2007）。全球變暖背景下高溫作為非生物脅迫因子，會損害植物的光合系統(tǒng)，降低光合效率 （Hayat et al.， 2009），同時打破活性氧的平衡從而破壞植物細胞質膜，攻擊生物大分子，阻礙植物細胞功能的正常發(fā)揮 （Janicka-Russak et al.， 2012），最終影響植物的生長發(fā)育甚至導致其死亡。受到高溫脅迫后，植物會做出應激反應，如誘導抗氧化酶活性以消除過量的活性氧，積累滲透調節(jié)物質以平衡細胞內(nèi)外水勢等，減輕高溫脅迫造成的損傷以保護植物細胞 （張婷等， 2023）。除植物自身能夠通過相應機制抵御高溫脅迫以外，微生物能夠提高植物應答高溫脅迫的耐熱性 （張春楠等， 2020），特別是一些有益的細菌和真菌能夠改善脅迫下植物的生理性能，增強植物抗逆性，幫助植物克服非生物脅迫的危害 （Levy et al.， 1983）。因此，菌劑應用于誘導植物相關抗逆生理的表達成為提高植物應答高溫脅迫能力的有效措施 （沈杰等， 2016）。尹聰和許嘯（2011）研究發(fā)現(xiàn)，納豆芽孢桿菌（Bacillus natto）是一種耐熱性強且穩(wěn)定性高的益生菌，可通過產(chǎn)生許多抗菌物質、維生素類物質和抗氧化物質等來增強機體免疫力和調節(jié)機體腸道菌群環(huán)境。同時，納豆芽孢桿菌菌劑具有制備低投入、高收益和綠色環(huán)保等優(yōu)點，可輔助有機肥和化肥發(fā)揮更佳的施用效果 （Liu et al.， 2022），符合現(xiàn)代生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展訴求。

芒萁（Dicranopteris pedata）是一種廣泛生長于我國長江以南地區(qū)的多年生蕨類植物，是南方紅壤侵蝕區(qū)抑制水土流失和修復生態(tài)環(huán)境的重要先鋒植物 （梁美霞等， 2021）。南方紅壤侵蝕區(qū)林下植被稀疏，甚至無上層植被覆蓋地表 （袁再健等， 2020），導致夏季高溫時地表溫度大幅增長，因此芒萁容易遭受高溫脅迫，從而限制了其生長和蔓延。然而，高溫脅迫下芒萁的光合和抗高溫生理如何應答，納豆芽孢桿菌是否能夠增強高溫脅迫下芒萁的抗高溫能力等科學問題相關研究鮮見報道，成為南方紅壤侵蝕區(qū)水土保持研究領域的一個空白。因此，在全球變暖大環(huán)境下，深入了解芒萁對高溫脅迫的應答以及促進芒萁對高溫脅迫的抵御或將成為南方紅壤侵蝕區(qū)水土保持和生態(tài)修復的關鍵之一。

為研究芒萁如何響應高溫脅迫，本研究假設納豆芽孢桿菌菌劑能夠誘導芒萁的生理生化以抵御高溫脅迫，從光合生理和抗高溫生理兩個角度探討芒萁的抗高溫能力并加以驗證，以期為高溫環(huán)境下芒萁適應性生長發(fā)育和南方紅壤侵蝕區(qū)及類似水土流失地區(qū)的生態(tài)治理提供理論依據(jù)和科學支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料選用從福建省福州市鼓山（119°22′—119°25′ E、25°20′—26°05′ N）移栽的1年生芒萁，供試土壤為鼓山風景區(qū)花崗巖發(fā)育的山地紅壤。供試菌劑為福建省微生物研究所自備所得的納豆芽孢桿菌菌劑，方法如下。將納豆芽孢桿菌菌株接種到相應的肉湯培養(yǎng)基（Luria-Bertani，LB：0.5%酵母提取物，1%蛋白胨，0.5%氯化鈉，pH 7.2～7.4）和馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基（potato dextrose agar，PDA：20%土豆，2%葡萄糖，2%瓊脂）中，置于37 ℃、150 r·min-1的恒溫搖床培養(yǎng)；24 h后取培養(yǎng)好的種子液以1%的移種量混勻混入固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基（麩皮1 kg，豆粕8 kg，水6.5 L），37 ℃條件培養(yǎng)48 h；將培養(yǎng)好的固態(tài)發(fā)酵物于50 ℃下烘干。

1.2 試驗設計

在福州鼓山選擇長勢一致的當年生芒萁，移栽至福建省微生物研究所的人工氣候培養(yǎng)箱。培養(yǎng)2月后，設置3組處理，第一組為對照組，不施用任何肥料（F1），第二組施用有機肥（F2，有機肥/土壤=1/4，V/V），第三組施用納豆芽孢桿菌菌劑+有機肥（F3，菌劑/有機肥/土壤=1/1/4，V/V/V）。預培養(yǎng)期間，培養(yǎng)箱的晝夜模擬設置為白晝16 h，25 ℃；黑夜8 h，20 ℃；光照強度1 000 μmol·m-2·s-1。

施肥處理1個月后，進行短期高溫脅迫試驗。脅迫時，晝夜模式不變，溫度模式設置為25 ℃/20 ℃、35 ℃/30 ℃、45 ℃/40 ℃，共處理48 h。其中，25 ℃/20 ℃為對照組，35 ℃/30 ℃、45 ℃/40 ℃為高溫脅迫組。為防止干旱，培育和脅迫期間各處理材料于每日上午7：00進行澆灌，使土壤持水量保持于60%～70%。短期高溫脅迫后，次日上午9：00—11：00檢測光合參數(shù)。每個處理下重復測3株芒萁，每株取2片成熟葉子，共6次。剪下測量過光合作用的芒萁葉片低溫保存。室內(nèi)測定芒萁葉片生理指標，每個處理設3個重復。

1.3 檢測方法

利用便攜式光合作用系統(tǒng)（Li-6800，USA）在恒定的室內(nèi)光源下測定各處理下芒萁葉片的光合參數(shù)，凈光合速率（net photosynthetic rate，Pn）、蒸騰速率（transpiration rate，Tr）、氣孔導度（stomatal conductance，Gs）和胞間CO2濃度（intercellular CO2 concentration，Ci）。測定時，葉室內(nèi)的流量設置值為500 μmol·m-2·s-1，壓力閥為0.1 kPa，光照強度為1 600 μmol·m-2·s-1，CO2濃度為400 μmol·m-2·s-1，葉片溫度為25 ℃，葉室內(nèi)的濕度為55%～60%。采用丙酮法檢測葉綠素（chlorophyll，Chl）含量。逆境生理指標的試驗方法如下：采用氮藍四唑法檢測超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性，愈創(chuàng)木酚法檢測過氧化物酶（peroxidase，POD）活性，紫外光度計法檢測過氧化氫酶（catalase，CAT）活性，茚三酮法檢測脯氨酸（proline，Pro）含量，硫代巴比妥酸法檢測丙二醛（macondiadehyde，MDA）含量，電導儀檢測相對電導率（relative electrical conductivity，REC）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

將測定的各個生理指標數(shù)據(jù)錄入Microsoft Excel 2019并進行整理與計算。采用SPSS 22軟件進行數(shù)據(jù)的雙因素方差分析（two-way ANOVA）和單因素方差分析（one-way ANOVA），檢測施肥處理和溫度變化對芒萁光合生理和抗高溫生理的影響。單因素方差分析時，若通過方差齊性檢驗則采用S-N-K方法做事后多重比較檢驗，若未通過方差齊性檢驗則用Dunnett’s C做事后多重比較檢驗。

通過主成分分析和隸屬函數(shù)法相結合的方法 （朱亞迪等， 2022）評價不同高溫脅迫處理下芒萁的耐高溫能力。采用SPSS 22軟件做數(shù)據(jù)的Pearson相關性分析、Kaiser-Meyer-Olkin檢驗和Bartlett球形檢驗，檢驗數(shù)據(jù)進行主成分分析的可行性。使用SPSS 22軟件對數(shù)據(jù)做主成分分析，獲取特征值、貢獻率、主成分載荷等，計算主成分得分（principal component score，PCS）。用隸屬函數(shù)法計算主成分得分的隸屬函數(shù)值，結合主成分貢獻率的比率得出3種高溫脅迫下芒萁的抗逆性綜合得分，以評價其耐高溫能力。計算公式如下：

式中：UPCSj為第j個PCS的隸屬函數(shù)值；xj為第j個PCS，xmin為第j個主成分內(nèi)的最小值；xmax為第j個主成分內(nèi)的最大值；Wj為第j個PCS的貢獻率比率；Pj為第j個主成分貢獻率；D為芒萁耐高溫能力綜合得分，D值越高，耐高溫能力越強。

使用軟件Origin Pro 2022制圖。

2 結果與分析

2.1 芒萁葉片光合特性

雙因素方差分析結果（表1）顯示，不同溫度和不同肥料分別對芒萁各光合特性指標產(chǎn)生顯著影響（Plt;0.05）。同時，溫度和肥料雙因素交互作用也對芒萁各光合指標有顯著影響（Plt;0.05）。

隨著溫度的上升，F(xiàn)2組芒萁的Pn先上升再大幅下降（Plt;0.05），而溫度從25 ℃升到35 ℃時，F(xiàn)2組芒萁Tr、Gs和Ci基本保持不變，但上升到45 ℃時，Tr和Gs顯著下降，而Ci顯著上升（Plt;0.05）；F3組芒萁的Pn和Gs隨溫度的變化趨勢與F2組相似，但Tr呈現(xiàn)先上升后下降、Ci呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，變化差異顯著（Plt;0.05）（圖1）。3種施肥處理間比較發(fā)現(xiàn)，當溫度升到45 ℃時，除Ci以外，F(xiàn)3組芒萁的其余3項氣體交換參數(shù)都顯著高于F2組和F1組（Plt;0.05）。3種施肥處理的芒萁Chl含量隨溫度的上升均呈顯著下降趨勢（Plt;0.05）。與F1組相比，在35 ℃和45 ℃時，F(xiàn)2組和F3組芒萁的Chl均顯著高于F1組，其中45 ℃時F3組芒萁的Chl還顯著高于F2組（Plt;0.05）。

2.2 芒萁細胞質膜的損害

雙因素方差分析結果（表2）顯示，不同溫度和不同肥料對芒萁REC和MDA均產(chǎn)生顯著影響（Plt;0.05）。但是，溫度和肥料兩因素交互作用對芒萁細胞膜無顯著影響。

隨著溫度的上升，3種施肥處理下芒萁的REC和MDA都顯著提高（Plt;0.05）。與F1組對比發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)2組芒萁的REC和MDA與F1組均無顯著性差異；F3組芒萁的REC和MDA在45 ℃高溫脅迫時顯著低于F1組（Plt;0.05）（圖2）。

2.3 芒萁的抗氧化及滲透調節(jié)

雙因素方差分析結果（表3）顯示，不同溫度和不同肥料分別對芒萁抗氧化酶活性和滲透調節(jié)物質均產(chǎn)生顯著影響（Plt;0.05）。除POD以外，溫度和肥料兩因素交互作用對芒萁SOD、CAT和Pro均產(chǎn)生顯著影響（Plt;0.05）。

隨著溫度的上升，各施肥處理的芒萁SOD和POD活性均呈顯著升高的趨勢，F(xiàn)3組的CAT依然隨溫度的上升顯著升高，而F2組則呈現(xiàn)先顯著升高再顯著降低的變化趨勢（Plt;0.05）。35 ℃時的F3組芒萁CAT活性和45 ℃時的F3組芒萁SOD和CAT活性均顯著高于F1和F2組（Plt;0.05）。3種施肥處理下芒萁的Pro含量隨溫度的上升而顯著升高（Plt;0.05）。25 ℃時，F(xiàn)2和F3組芒萁的Pro含量顯著高于F1組；35 ℃時，F(xiàn)3組芒萁的Pro含量顯著小于F1和F2組（Plt;0.05）；而45 ℃時，3組間芒萁的Pro含量無顯著性差異（P＞0.05）（圖3）。

2.4 耐高溫能力評價

Pearson相關性分析結果（圖4：A）顯示，除CAT僅與POD有顯著正相關以外，所有指標均呈顯著相關性（P＞0.05）；KMO檢驗結果為0.86，Bartlett球形檢驗結果為P＜0.005。因此，本次試驗數(shù)據(jù)適合做主成分分析。

主成分分析結果（表4；圖4：B、C）表明，特征值大于1的主成分有2個，即總共提取出2個主成分。第一主成分特征值為8.71，貢獻率為79.18%；第二主成分特征值為1.43，貢獻率為13.00%，累計貢獻率達到92.18%，能夠反映絕大部分信息，涵蓋了不同高溫脅迫下芒萁的耐高溫能力。根據(jù)圖4：B和載荷矩陣可知，第一主成分包括了Tr、Pn、Gs、Ci、SOD、POD、Pro、MDA、REC和Chl共10個指標的主要信息，第二主成分僅包括CAT的主要信息。分別以x1 - x11代表Tr、Pn、Gs、Ci、SOD、POD、CAT、Pro、MDA、REC和Chl，以y1和y2表示第一主成分得分和第二主成分得分，根據(jù)載荷矩陣和主成分特征值獲得公式（4）和（5）?；趛1和y2值計算隸屬函數(shù)值，以主成分貢獻比率Wj為權重，得到3種高溫脅迫下芒萁耐高溫能力綜合得分（表5）。評價結果顯示， 高溫脅迫下F3處理的芒萁耐高溫能力優(yōu)于F2處理。

y1=-0.33x1-0.33x2-0.33x3+0.32x4+0.32x5+0.28x6-0.01x7+0.32x8+0.33x9+0.28x10-0.33x11"（4）

y2=0.07x1+0.19x2+0.15x3-0.18x4+0.09x5+0.43x6+0.81x7-0.08x8+0.06x9+0.19x10-0.02x11 （5）

3 討論

3.1 高溫脅迫抑制芒萁光合作用

植物的光合作用是十分復雜的生物化學過程，對外界溫度的變化極其敏感（張順堂等， 2011）。因此，光合特性的變化能反映高溫脅迫對植物的損害。其中，Pn、Tr、Gs和Ci是4種基本的光合參數(shù)，Chl含量也能夠反映植物的光合特性。本研究中，隨著溫度的上升，F(xiàn)1組芒萁的Pn、Tr和Gs在45 ℃時顯著下降，這反映出芒萁能夠抵御一定程度的高溫脅迫，但脅迫程度過高也會導致其光合速率的降低。這與前人（杜堯東等， 2012; Feng et al.， 2014）研究結果相似。Pn、Tr、Gs和Ci關系密切，高溫脅迫會導致植物Gs降低，進而導致Pn和Tr降低 （安佳佳等， 2010）。由此可見，芒萁為應答高溫脅迫，做出了適當閉合葉片氣孔的反應。然而，45 ℃脅迫時，芒萁Ci出現(xiàn)顯著上升的現(xiàn)象，這可能是由于高溫脅迫降低了光合速率，光合作用同化的CO2低于來自外界的或者呼吸作用增加的CO2。這也表明高溫脅迫對芒萁光合作用的抑制是非氣孔限制 （Drake et al.， 2017）。相關性分析結果顯示，Ci與Pn、Tr、Gs等光合指標都呈現(xiàn)極顯著負相關，進一步證明了芒萁在高溫脅迫下非氣孔限制的光合作用抑制現(xiàn)象。高溫脅迫下，芒萁葉片的光合反應位點、電子傳遞鏈和PS Ⅱ的放氧復合體受到傷害，葉肉細胞光合活性的下降，致使芒萁葉片的光合反應能力受到抑制，進入葉肉細胞的CO2減少而滯留胞間，并導致Ci上升。

3.2 芒萁的耐高溫能力

REC和MDA常被用作植物細胞質膜受損程度評價的指示性指標 （趙雁等， 2015; 張鶴等， 2022）。本研究中，F(xiàn)1組芒萁葉片的REC和MDA僅在脅迫溫度升高至45 ℃時顯著高于對照。這表明在一定程度上芒萁細胞質膜能夠保護自己的完整性，維持正常的生理功能。然而，脅迫程度過高時，芒萁細胞質膜依然受到活性氧氧化的威脅而受損。Ul Hassan等（2021）研究表明，高溫脅迫下植物能夠快速調節(jié)SOD、POD和CAT等抗氧化酶和Pro等滲透調節(jié)物質以抵御脅迫的威脅。35 ℃時，芒萁的POD、CAT和Pro發(fā)揮著抵御高溫脅迫的關鍵作用，使芒萁保持相對較低的REC和MDA，所受的傷害較小。45 ℃時，SOD和POD活性以及Pro濃度協(xié)同抵御高溫脅迫，但是CAT活性顯著下降，而此時芒萁的REC和MDA均呈顯著上升趨勢。這表明在脅迫程度較強的高溫脅迫下，即使抗氧化酶和滲透調節(jié)物質進一步發(fā)揮作用，芒萁也不可避免地受到了較大傷害。同時，本研究還發(fā)現(xiàn)芒萁在應對不同程度高溫脅迫時采取的應答措施略有不同?？梢姡⑤侥軌蚋鶕?jù)不同的脅迫環(huán)境選擇性提高抗氧化酶活性來適應高溫環(huán)境，這屬于植物自身獨有的應激反應（劉敏和房玉林， 2020）。

3.3 菌劑施用對高溫脅迫下芒萁光合能力的促進

光合作用是植物積累生物質和轉運分配光合產(chǎn)物的重要生理性能（薛義霞等， 2010），也是植物體內(nèi)重要的代謝過程，增強光合生理能夠增強植物的抗逆性（陳笑瑩等， 2013）。微生物菌劑含有大量有益活菌，能夠在改善土壤的同時增強植物的生理性能（王志超， 2019）。與F1和F2處理組相比，45 ℃脅迫下F3處理組的芒萁具有更高的Pn、Tr、Gs、和Chl，結合two-way ANOVA結果，表明有機肥和納豆芽孢桿菌菌劑共同增強了高溫脅迫下芒萁的光合能力，從而增強了芒萁的抗高溫能力。高溫脅迫對植物光合生理的危害取決于核酮糖二磷酸羧化酶（Rubisco）等酶活性以及類囊體膜中PSⅡ等光合器官的功能性受高溫脅迫的影響程度（葉曉青等， 2023）?；诟邷孛{迫對芒萁光合生理的抑制為非氣孔限制， 本研究結果表明施用添加了納豆芽孢桿菌菌劑的有機肥有效緩解了高溫脅迫下芒萁光合相關酶活性以及葉片光合器官的損傷，保護了芒萁葉片的光合活性。相關性分析結果發(fā)現(xiàn)，Pn、Tr、Gs、和Chl之間呈極顯著正相關，這說明Chl的合成與芒萁光合能力關系密切，進一步表明菌劑施用能通過促進Chl的合成增強芒萁的光合作用能力。

添加納豆芽孢桿菌的有機肥對芒萁光合生理的促進效果要明顯優(yōu)于單獨施用有機肥。比較45 ℃高溫脅迫下F1和F2處理組發(fā)現(xiàn)，有機肥能增強芒萁的光合能力，但仍然顯著低于F3處理組?？赡苁且驗榧{豆芽孢桿菌分泌的活性物質與有機肥中的營養(yǎng)成分共同促進了葉綠素合成前體物質的積累，Chl因此顯著增加，從而增強了芒萁轉化光能的能力以及光能的利用率。陳笑瑩等（2013）同樣發(fā)現(xiàn)接種AM真菌的玉米具有更強的光合能力；王歸鵬等（2021）同樣發(fā)現(xiàn)在有機基質里添加微生物菌劑后調節(jié)了葉片氣孔，提高了Pn和Chl，均與本研究結果相似。同時，微生物會產(chǎn)生相關激素和信號分子，協(xié)助芒萁誘導氣孔開閉、光合電子傳遞及其他代謝途徑，進而提高了Pn（張忠學等， 2019; 王歸鵬等， 2021），這也是添加了納豆芽孢桿菌菌劑的F3處理組的芒萁光合能力強于僅施用有機肥的F2處理組的另一重要原因。

3.4 菌劑施用對高溫脅迫下芒萁抗逆生理的誘導

范娜等（2021）研究表明微生物肥料能夠改善土壤結構和微生物環(huán)境，具有解鉀、釋磷、固氮的功能，對促進作物生長和增強植物抗逆性有著顯著作用。本文相關性分析結果發(fā)現(xiàn)，45 ℃高溫脅迫下芒萁SOD與POD呈現(xiàn)極顯著正相關，CAT與POD為極顯著正相關，這有力地證明了SOD與POD的協(xié)同作用以及POD與CAT的協(xié)同作用在抵御活性氧氧化細胞膜時起到了關鍵作用。其中，45 ℃脅迫下F3組芒萁的SOD和CAT在整體上都要高于F1，尤其當F1和F2組的CAT活性下降時，F(xiàn)3組的CAT活性顯著上升，說明在高溫脅迫下，納豆芽孢桿菌菌劑會促使芒萁植株體內(nèi)產(chǎn)生更高的酶活性來消除植物體在脅迫下產(chǎn)生的有害物質， 強化了SOD與POD的協(xié)同作用以及POD與CAT的協(xié)同作用。雖然芒萁的Pro、REC和MDA都隨著高溫脅迫程度的提升而上升，但是F3處理下的Pro在35 ℃時顯著低于F1和F2組，MDA和REC在45 ℃時顯著低于F1組，進一步證明納豆芽孢桿菌菌劑在一定程度上能夠有效提高芒萁的耐熱性，緩解了高溫脅迫對芒萁的損傷 （楊倩等， 2013）。高溫脅迫易增加植物蒸騰作用，使植物細胞容易失去水分，導致植物受到一定程度的水分脅迫。Pro作為滲透調節(jié)劑本應發(fā)揮關鍵作用，然而本試驗結果發(fā)現(xiàn)菌劑施用并未顯著誘導芒萁Pro的合成以抵御水分脅迫。已有報道表明，納豆發(fā)酵過程中會產(chǎn)生具有良好的保水性和生物溶性的γ-聚谷氨酸 （張文， 2014），γ-聚谷氨酸會誘導具有親水性的滲透調節(jié)物質的積累（朱安婷等， 2010），從而降低細胞滲透勢，增強芒萁的抗性。

3.5 菌劑誘導芒萁耐高溫脅迫能力的綜合評價

主成分分析結果發(fā)現(xiàn)，第一主成分包含了芒萁光合生理和抗逆生理79.2%的信息，其中POD、REC、SOD、Pro、MDA和Ci與第一主成分呈正相關，POD、SOD和Pro是植物的重要抗逆生理生化物質，這進一步說明了POD、SOD酶活性的誘導和Pro的合成積累是芒萁應答高溫脅迫的重要抵御機制。細胞質膜受損的指示性指標REC和MDA也為芒萁細胞在高溫脅迫下遭受損害提供了有力證據(jù)。Pn、Gs、Tr和Chl與第一主成分呈負相關，說明高溫脅迫下芒萁的光合能力受損。從不同施肥處理角度看，不施肥的F1處理組和僅施用有機肥的F2處理組高度重合，因此僅施用有機肥不能增強芒萁抵御高溫脅迫的能力。添加納豆芽孢桿菌菌劑的有機肥的處理組F3與F1和F2處理組具有一定差異。溫度主成分分析發(fā)現(xiàn)，不同溫度處理使芒萁的光合生理和耐高溫生理發(fā)生了明顯的變化，其中45 ℃時，F(xiàn)3處理組在第一象限，而F1和F2處理組都在第四象限，這些都有力地證明了添加納豆芽孢桿菌菌劑的有機肥有效地增強了芒萁的光合能力和耐高溫能力。

然而，僅以單個植物生理指標評價其耐高溫能力具有局限性，因為高溫脅迫對植物的影響是多方面的，植物調節(jié)各種生理活動抵御高溫脅迫同樣是一個極其復雜的過程。目前，主成分分析與隸屬函數(shù)法相結合綜合評價植物的抗逆性是熱門的評價方式 （朱亞迪等， 2022）。因此，為評價納豆芽孢桿菌菌劑對芒萁抵御高溫脅迫的作用，本研究采用該方法對F2和F3處理下芒萁的耐高溫能力做綜合評價。最終評價結果顯示，3種溫度處理下F3處理組芒萁的耐高溫能力都要強于F3處理組，這說明納豆芽孢桿菌菌劑有效提高了芒萁的耐高溫能力。此外，雙因素方差分析結果發(fā)現(xiàn)溫度變化和不同肥料施用的交互作用對芒萁的光合生理和抗逆生理都有顯著影響。但是， 這種交互作用對芒萁的REC和MDA卻沒有顯著的影響。這是因為高溫抑制芒萁的光合特性，迫使芒萁調節(jié)抗逆生理抵御脅迫；而納豆芽孢桿菌菌劑則增強芒萁的光合作用，并協(xié)助芒萁調節(jié)抗逆生理活動以增強對高溫脅迫的耐受性，進一步證明芒萁在納豆芽孢桿菌菌劑作用下有效緩解了高溫脅迫的危害。

4 結論

本研究探討了芒萁對高溫脅迫的響應以及納豆芽孢桿菌菌劑+有機肥施用誘導芒萁抵抗高溫脅迫的能力。研究發(fā)現(xiàn)，芒萁具有一定的耐高溫性，但是溫度脅迫程度過高時受損依然嚴重，導致非氣孔限制的光合速率下降，細胞質膜遭到氧化。此時，芒萁能夠根據(jù)不同脅迫情況調節(jié)自身抗氧化酶活性及滲透調節(jié)物質以抵御高溫脅迫。此外，相較于單純施用有機肥，納豆芽孢桿菌菌劑+有機肥施用能夠在一定程度上緩解高溫脅迫對芒萁光合作用的抑制，誘導抗氧化酶活性的提高以緩解細胞的損傷，減輕滲透調節(jié)的壓力，有效提高芒萁對高溫脅迫的抵抗能力。

參考文獻：

AN JJ， LI XG， LI SP， et al.， 2010. Effects of short-term high temperature on photosynthesis and related physiological indices of Brazil banana plantlets" ［J］. Chin Agric Sci Bull， 26（20）： 362-365." ［安佳佳， 李新國， 李紹鵬， 等， 2010. 短期高溫對香蕉幼苗光合作用及相關生理指標的影響" ［J］. 中國農(nóng)學通報， 26（20）： 362-365.］

CHEN XX， SONG FB， ZHU XC， et al.， 2013. Effect of arbuscular mycorrhizal fungi on photosynthetic characteristics in maize plants under high temperature stress" ［J］. Acta Agric Boreal-Sin， 28（2）： 108-113." ［陳笑瑩， 宋鳳斌， 朱先燦， 等， 2013. 高溫脅迫下叢枝菌根真菌對玉米光合特性的影響" ［J］. 華北農(nóng)學報， 28（2）： 108-113.］

DRAKE JE， POWER SA， DUURSMA RA， et al.， 2017. Stomatal and non-stomatal limitations of photosynthesis for four tree species under drought： A comparison of model formulations" ［J］. Agric For Meteorol， 247： 454-466.

DU YD， LI JL， WANG H， et al.， 2012. Effects of high temperature stress on the flag leaf photosynthesis and chlorophyll fluorescence parameters of rice" ［J］. Chin J Ecol， 31（10）： 2541-2548." ［杜堯東， 李鍵陵， 王華， 等， 2012. 高溫脅迫對水稻劍葉光合和葉綠素熒光特征的影響" ［J］. 生態(tài)學雜志， 31（10）： 2541-2548.］

FAN N， PENG ZD， BAI WB， et al.， 2021. Influences of microbial agents on soil enzyme activity and sorghum growth" ［J］. J Agric Sci Technol， 23（2）： 185-192." ［范娜， 彭之東， 白文斌， 等， 2021. 微生物菌劑對土壤酶活性及高粱生長的影響" ［J］. 中國農(nóng)業(yè)科技導報， 23（2）： 185-192.］

FENG B， LIU P， LI G， et al.， 2014. Effect of heat stress on the photosynthetic characteristics in flag leaves at the grain-filling stage of different heat-resistant winter wheat varieties" ［J］. J Agron Crop Sci， 200（2）： 143-155.

HAYAT S， MASOOD A， YUSUF M， et al.， 2009. Growth of Indian mustard （Brassica juncea L.） in response to salicylic acid under high-temperature stress" ［J］. Brazilian J Plant Physiol， 21（3）： 187-195.

JANICKA-RUSSAK M， KABALA K， WDOWIKOWSKA A， et al.， 2012. Response of plasma membrane H+-ATPase to low temperature in cucumber roots" ［J］. J Plant Res， 125（2）： 291-300.

LEVY Y， DODD J， KRIKUN J， 1983. Effect of irrigation， water salinity and rootstock on the vertical distribution of vesicular-arbuscular mycorrhiza in citrus roots" ［J］. New Phytol， 95（3）： 397-403.

LIANG MX， CHEN ZB， CHEN ZQ， et al.， 2021. Ecological restoration effects of soil and Dicranopteris pedata under different activities in Benggang" ［J］. Res Soil Water Conserv， 28（6）： 138-143." ［梁美霞， 陳志彪， 陳志強， 等， 2021. 不同活動狀況崩崗崩壁土壤及芒萁的生態(tài)恢復效應" ［J］. 水土保持研究， 28（6）： 138-143.］

LIU M， FANG YL， 2020. Effects of heat stress on physiological indexes and ultrastructure of grapevines" ［J］. Sci Agric Sin， 53（7）： 1444-1458." ［劉敏， 房玉林， 2020. 高溫脅迫對葡萄幼樹生理指標和超顯微結構的影響" ［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學， 53（7）： 1444-1458.］

LIU Y， LI C， ZHAO B， et al.， 2022. Inoculation of prickly pear litter with microbial agents promotes the efficiency in aerobic composting" ［J］. Sustainability， 14（8）： 4084824.

SHEN J， CAI Y， ZHANG YY， et al.， 2016. Effect of effective microorganisms fertilizer on growth and enzyme activities of tobacco seedlings" ［J］. J NW A amp; F Univ （Nat Sci Ed）， 44（4）： 48-56." ［沈杰， 蔡艷， 張宇羽， 等， 2016. 苗床添加EM菌肥對煙草幼苗生長及抗逆酶活性的影響" ［J］. 西北農(nóng)林科技大學學報（自然科學版）， 44（4）： 48-56.］

UL HASSAN M， RASOOL T， IQBAL C， et al.， 2022. Linking plants functioning to adaptive responses under heat stress conditions： a mechanistic review" ［J］. J Plant Growth Regul， 41（7）： 2596-2613.

WAHID A， GELANI S， ASHRAF M， et al.， 2007. Heat tolerance in plants： an overview" ［J］. Environ Exp Bot， 61（3）： 199-223.

WANG GP， MA LL， FAN BH， et al.， 2021. Effects of microbial agents of nutrient transformation， yield and quality of tomato with organic nutrition cultivation" ［J］. J NW A amp; F Univ （Nat Sci Ed）， 49（9）： 118-128." ［王歸鵬， 馬樂樂， 范兵華， 等， 2021. 微生物菌劑對番茄全有機營養(yǎng)栽培養(yǎng)分轉化及產(chǎn)量品質的影響" ［J］. 西北農(nóng)林科技大學學報（自然科學版）， 49（9）： 118-128.］

WANG ZC， 2019. Effect of adding microbial fertilizer and magnesium fertilizer on yield and quality of new rice Variety Yangengruanyu 1" ［D］. Shenyang： Shenyang Agricultural University： 35-37." ［王志超， 2019. 增施微生物菌肥和鎂肥對水稻新品種彥粳軟玉1號產(chǎn)量和品質性狀的影響" ［D］. 沈陽： 沈陽農(nóng)業(yè)大學： 35-37.］

XUE YX， LI YL， WEN XZ， 2010. Effects of air humidity in on the photosynthesis and fruit-set fo tomato under high temperature" ［J］. Acta Hortic Sin， 37（3）： 397-404." ［薛義霞， 李亞靈， 溫祥珍， 2010. 空氣濕度對高溫下番茄光合作用及坐果率的影響" ［J］. 園藝學報， 37（3）： 397-404.］

YANG Q， CHAI WJ， ZHANG CL， et al.， 2013. Effects of a microbial fertilizer on Sorghum bicolor L. seeds germination. seeding growth and stress tolerance" ［J］. J Inn Mon Agric Uni （Nat Sci Ed）， 34（6）： 102-109." ［楊倩， 柴文娟， 張春林， 等， 2013. 一種微生物菌肥對甜高粱種子萌發(fā)、幼苗生長和抗逆能力的影響" ［J］. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學學報（自然科學版）， 34（6）： 102-109.］

YE XQ， ZENG JN， ZOU Y， et al.， 2023. Resarch progress on the physiological mechanism and related regulation of temperature stress on Flue-cured Tobacco" ［J］. Guangdong Agric Sci， 50（8）： 105-117." ［葉曉青， 曾嘉楠， 鄒勇， 等， 2023. 溫度脅迫對烤煙生理機制的影響及相關調控研究進展" ［J］. 廣東農(nóng)業(yè)科學， 50（8）： 105-117.］

YIN C， XU X， 2011. Research progress of natto microecologics" ［J］. Anim Agric （10）： 38-42." ［尹聰， 許嘯， 2011. 納豆菌微生態(tài)制劑的研究進展" ［J］. 飼料與畜牧 （10）： 38-42.］

YUAN ZJ， MA DF， NIE XD， et al.， 2020. Progress in research on prevention and control of soil erosion under forest in Red soil hilly region of South China" ［J］. Acta Pedol Sin， 57（1）： 12-21." ［袁再健， 馬東方， 聶小東， 等， 2020. 南方紅壤丘陵區(qū)林下水土流失防治研究進展" ［J］. 土壤學報， 57（1）： 12-21.］

ZHANG CN， ZHANG RF， WANG H， et al.， 2020. Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on abiotic stress tolerance in crops： a review" ［J］. Microbiol Chin， 47（11）： 3880-3891." ［張春楠， 張瑞芳， 王紅， 等， 2020. 叢枝菌根真菌影響作物非生物脅迫耐受性的研究進展" ［J］. 微生物學通報， 47（11）： 3880-3891.］

ZHANG H， AO PX， ZHAO Y， 2022. Effect of 5-aminolevulinic acid on leaf physiology of three cultivars of medicago under high temperature stress" ［J］. Acta Agr Sin， 30（5）： 1178-1184." ［張鶴， 敖平星， 趙雁， 2022. ALA對高溫脅迫下苜蓿屬3個品種葉片生理的影響" ［J］. 草地學報， 30（5）： 1178-1184.］

ZHANG ST， ZHANG GL， CHEN LY， et al.， 2011. Effects of high temperature stress on net photosynthetic rate and chlorophyll fluorescence parameters of flag leaf in rice" ［J］. Chin J Rice Sci， 25（3）： 335-338." ［張順堂， 張桂蓮， 陳立云， 等， 2011. 高溫脅迫對水稻劍葉凈光合速率和葉綠素熒光參數(shù)的影響" ［J］. 中國水稻科學， 25（3）： 335-338.］

ZHANG T， LI P， WEI JL， 2023. Physiological responses of four Hedera plants to high temperature tolerance" ［J/OL］. Mol Plant Breed： 1-12 ［2023-12-25］.http：//kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.S.20231027.0926.002.html. ［張婷，李平，韋嘉勵， 2023. 4種常春藤對高溫脅迫的生理響應" ［J/OL］. 分子植物育種： 1-12 ［2023-12-25］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.S.20231027.0926.002.html.］

ZHANG W， 2014. The preparation and agricultural application experiment of γ-poly-glutamic acid" ［D］. Beijing： Chinese Academy Agricultural Sciences： 63-64." ［張文， 2014. γ-聚谷氨酸制備及其農(nóng)用效果" ［D］. 北京： 中國農(nóng)業(yè)科學院： 63-64.］

ZHANG ZX， FENG ZJ， QI ZJ， et al.， 2019. Effects of compound microbial organic fertilizer with water-saving irrigation on photosynthetic and yield of rice" ［J］. Trans Chin Soc Agric Mach， 50（7）： 313-321." ［張忠學， 馮子珈， 齊智娟等， 2019. 節(jié)水灌溉下復合微生物有機肥對水稻光合與產(chǎn)量的影響" ［J］. 農(nóng)業(yè)機械學報， 50（7）： 313-321.］

ZHAO Y， CHE WG， BI YF， et al.， 2015. Thermotolerance comprehensive evaluation of Medicago sativa L. ‘Deqin’ on seeding stage" ［J］. N Hortic， （20）： 69-73." ［趙雁， 車偉光， 畢玉芬， 等， 2015. “德欽”紫花苜蓿苗期耐熱性綜合評價" ［J］. 北方園藝， （20）： 69-73.］

ZHU AT， JIANG YW， XIE GS， et al.， 2010. Effects of exogenous poly γ-glutamic acid on drought tolerance and osmotic adjustment of rice seedlings" ［J］. J Nucl Agric Sci， 24（6）： 1269-1273. ［朱安婷， 蔣友武， 謝國生， 等， 2010. 外源聚γ-谷氨酸對水稻幼苗耐旱性和滲透調節(jié)的影響" ［J］. 核農(nóng)學報， 24（6）： 1269-1273.］

ZHU YD， WANG HQ， WANG HZ， et al.， 2022. Evaluation and identification index of heat tolerance in different summer maize varieties at V12 stage" ［J］. Acta Agron Sin， 48（12）： 3130-3143." ［朱亞迪， 王慧琴， 王洪章， 等， 2022. 不同夏玉米品種大喇叭口期耐熱性評價和鑒定指標篩選" ［J］. 作物學報， 48（12）： 3130-3143.］