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        1株高產(chǎn)IAA菌株的篩選、鑒定及對白菜的促生作用

        2017-02-05 23:25:45邢芳芳高明夫胡兆平李新柱
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016年10期
        關(guān)鍵詞:枯草芽孢桿菌篩選鑒定

        邢芳芳++高明夫++胡兆平++李新柱

        doi:10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.132

        摘要:從番茄根際采集的土壤中分離篩選得到12株產(chǎn)IAA的菌株,經(jīng)復(fù)篩獲得1株具有較好IAA生產(chǎn)能力的細菌,其發(fā)酵24 h產(chǎn)IAA水平達到48 mg/L以上,將其命名為HB-1。通過對菌株HB-1的16S rDNA序列分析對該菌進行鑒定,并將菌株HB-1進行液體發(fā)酵擴繁,將得到的發(fā)酵液沖施白菜,試驗其促生作用。結(jié)果表明,該高產(chǎn)IAA菌株為枯草芽孢桿菌。盆栽試驗結(jié)果表明,菌株HB-1對白菜生長具有明顯的促生作用,施加HB-1發(fā)酵液處理的葉綠素含量、葉片數(shù)均高于對照(CK);HB-1發(fā)酵液處理的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量與沖施清水的CK相比都增加,鮮質(zhì)量增加 1.54~17.98 g,增幅達1.16%~13.55%,差異達到顯著水平,干質(zhì)量增加0.26~1.32 g,增幅達到2.97%~1492%。其中添加發(fā)酵液1.0 mL/盆的處理組效果較好,葉綠素含量比CK高5.02%,葉片數(shù)比CK高15.78%,鮮質(zhì)量較空白處理增加 17.98 g,增幅達13.55%,差異達極顯著水平,干質(zhì)量平均增加1.32 g,增幅達到14.92%。

        關(guān)鍵詞:IAA;篩選;鑒定;枯草芽孢桿菌;促生作用

        中圖分類號:S144文獻標志碼: A文章編號:1002-1302(2016)09-0458-03

        收稿日期:2015-09-14

        基金項目:山東省科技重大專項(新興產(chǎn)業(yè))(編號:2015ZDXX0502B02)。

        作者簡介:邢芳芳(1982—),女,山東臨沂人,碩士研究生,工程師,主要從事新型肥料研發(fā)及其施肥研究。Tel:(0539)7198803;E-mail:xingfangfang@kingenta.com。

        通信作者:李新柱,博士研究生,工程師,主要從事新型肥料研發(fā)及其施肥研究。Tel:(0539)7198803;E-mail:lixinzhu@kingenta.com。植物根際促生菌(plant growth promoting rhizobacteria,簡稱PGPR)是指能夠通過分泌有益物質(zhì)直接或間接促進植物生長的細菌[1]。產(chǎn)生植物激素是根際促生細菌與植物相互作用的主要機制之一。吲哚乙酸(indole 3 aceticacid,簡稱IAA)是產(chǎn)生調(diào)節(jié)植物生長素的信號物質(zhì),是在植物體內(nèi)普遍存在的生長素物質(zhì)[2]。自1977年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)巴西固氮螺菌能合成IAA后,更多研究發(fā)現(xiàn),土壤中約50%以上的細菌可以產(chǎn)生IAA[3]。篩選具有產(chǎn)生IAA的微生物可為促生生物肥料的研發(fā)等提供出發(fā)菌株。

        本研究對番茄根際產(chǎn)IAA菌株進行分離、鑒定及盆栽促生效果研究,以期為開發(fā)高效根際促生菌劑、生物肥料資源提供生物學(xué)支撐。

        1材料與方法

        1.1土壤樣品

        在山東省壽光市采集同一區(qū)域內(nèi)生長情況良好的番茄根際范圍的土壤。采樣過程中,首先剝離土壤表面覆蓋的凋落物,然后剔除石塊等雜物,最后使用滅菌采樣鏟采集10~20 cm 深的土壤樣品裝于滅菌袋中,帶回實驗室后置于4 ℃冰箱保存,及時分離。

        1.2培養(yǎng)基

        牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基:5.0g牛肉膏,10.0g蛋白胨,5.0 g NaCl,20.0 g瓊脂,加蒸餾水定容至1 000 mL,調(diào)節(jié)pH值為7.0~7.2,10 000 Pa滅菌30 min。

        LB液體培養(yǎng)基[4]:10.0 g胰蛋白胨,5.0 g酵母提取物,10.0 g NaCl,pH值7.4,滅菌后用細菌過濾器加入L-色氨酸至濃度100 mg/L。

        1.3儀器和試劑

        主要儀器:Ultimate 3000高效液相色譜儀(美國Therom Fisher)、紫外檢測器VWD-3100(美國Therom Fisher)、恒溫振蕩搖床ZHTY-70(上海知楚儀器有限公司)、電熱恒溫培養(yǎng)箱BPX-272(上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司)。

        主要試劑:Salkowski顯色液[5],50 mL 35% HClO4+1 mL 0.5 mol/L FeCl3;IAA標準品;Sigma公司提供的HPLC試劑。

        1.4菌株的分離

        稱取土壤樣品10 g,加入帶玻璃珠并裝有100 mL無菌水的250 mL錐形瓶中,振蕩20 min,靜置10 min形成濃度為 0.1 g/mL 菌懸液,對此菌懸液進行稀釋,依次得到10-2、10-3、10-4 g/mL等濃度的菌懸液。用稀釋平板法在牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中分離其中的細菌,將分離所得菌株經(jīng)過純化轉(zhuǎn)接到牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基的試管斜面,保存于4 ℃冰箱中。

        1.5產(chǎn)IAA菌株的篩選

        1.5.1產(chǎn)IAA菌株的初篩將分離純化后的菌株接種于L-色氨酸濃度為100 mg/L的LB液體培養(yǎng)基中,30 ℃、180 r/min 條件下?lián)u床培養(yǎng)24 h。取50 μL菌懸液滴于白色陶瓷板上,同時加入等量Salkowski顯色液進行顯色反應(yīng),以加入50 μL培養(yǎng)基作為陰性對照。白色陶瓷板于室溫、避光條件下放置30 min后觀察,顏色變紅者表示能夠產(chǎn)IAA。顏色越深,表示分泌的量越大,不變色為陰性,表示不能分泌IAA。

        1.5.2定量復(fù)篩

        1.5.2.1IAA標準液及標準曲線的制備標準液的制備:準確稱取IAA(精確至0.001 mg)用流動相定容,并進行超聲處理數(shù)秒鐘使其充分溶解,轉(zhuǎn)移到棕色試劑瓶中,置于4 ℃冰箱備用。

        制備具有一定濃度梯度的不同IAA溶液,按照所選擇的色譜條件進樣20 μL,獲得不同濃度時IAA的峰面積。根據(jù)峰面積(y)和對應(yīng)的IAA標準品濃度(x,mg/kg)繪制標準曲線,并得出線性方程、相關(guān)系數(shù)。

        1.5.2.2菌液中IAA濃度的測定活化待測菌株,接種于LB液體培養(yǎng)基中,培養(yǎng)24 h后取出,8 000 r/min離心 15 min,然后取各上清液過微孔濾膜,待儀器穩(wěn)定后,用微量進樣器進樣,進樣量為20 μL。根據(jù)標樣中各組分的保留時間確定樣品中的IAA組分,并根據(jù)峰面積計算IAA含量。

        1.6產(chǎn)IAA菌株白菜盆栽試驗

        1.6.1試驗時間、地點試驗于2015年1—3月在山東金正大生態(tài)工程集團股份有限公司研發(fā)中心的智能玻璃溫室中進行。

        1.6.2試驗材料供試白菜(Brassica campestris L.)品種為蘇州青,種子由山東昌邑市蔬菜研究所提供;供試底肥為氮 ∶磷 ∶鉀=15 ∶15 ∶15的硝基復(fù)混肥;供試土壤為棕壤,有機質(zhì)含量12.3 g/kg。

        1.6.3試驗設(shè)計試驗共5個處理(表1),每個處理4盆,每盆裝土5 kg,硝基復(fù)混肥作為底肥1次性施入土壤,每盆施入1.33 g。白菜2葉1心時間苗,每盆保留生長一致、均勻分布的4株作為試驗株,管理措施一致??瞻捉M接種清水為對照(CK1),處理組接種菌株的發(fā)酵液(108 CFU/mL)。處理1在盆栽中接種0.5 mL滅活菌株發(fā)酵液(T1),處理2接種 0.5 mL 未滅活菌株發(fā)酵液(T2),處理3在盆栽中接種 1.0 mL 滅活菌株發(fā)酵液(T3),處理4接種1.0 mL未滅活菌株發(fā)酵液(T4)。每組設(shè)4個重復(fù)試驗,重復(fù)接種2次,間隔為15 d,其間適時定量澆水,試驗周期58 d。收獲時測定葉片SPAD值、葉片數(shù)和鮮質(zhì)量、干質(zhì)量[6-7]。

        1.6.4葉片數(shù)、生理指標測定葉片數(shù)的統(tǒng)計只選擇綠色可食用部分;SAPD值測定采用SPAD-502Plus型葉綠素儀;干質(zhì)量測定按常規(guī)方法進行[8]。

        1.6.5數(shù)據(jù)分析試驗數(shù)據(jù)采用Excel進行處理,利用SPSS 16.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計及差異顯著性分析。

        1.716SrDNA序列分析鑒定

        IAA產(chǎn)生細菌16S rDNA PCR擴增參考謝永麗等的方法[9]。將16S rDNA擴增產(chǎn)物回收純化后測序,測序所得序列通過NCBI數(shù)據(jù)庫進行BLAST比對。

        2結(jié)果與分析

        2.1產(chǎn)IAA細菌的分離和篩選

        分離純化得到細菌共計38株,初篩12株產(chǎn)IAA的菌株,經(jīng)過定性初篩和定量復(fù)篩,獲得1株具有較好的產(chǎn)IAA能力的細菌,其發(fā)酵24 h產(chǎn)IAA水平達到48 mg/L以上,將其命名為HB-1。

        2.2菌株HB-1的室內(nèi)促生試驗

        2.2.1菌株HB-1對白菜葉綠素含量、葉片數(shù)的影響從圖1看出,在SPAD值上,各菌劑處理均高于CK,最高的是T4處理,比CK高5.02%,且差異極顯著(P<0.01),其次是T2處理,比CK高2.97%,差異明顯。從葉片數(shù)來看,各處理均高于CK,且差異明顯,其中T4處理比CK高15.78%,且差異極顯著(P<0.01)。

        2.2.2菌株HB-1對白菜鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的影響圖2顯示,所有菌劑處理的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量較沖施清水的對照(CK)相比都增加,與CK相比,添加HB-1發(fā)酵液的各個處理鮮質(zhì)量增加1.54~17.98 g,增幅達到1.16%~13.55%,差異達到顯著水平,其中施加1.0 mL/盆等體積發(fā)酵液較滅活發(fā)酵液鮮質(zhì)量增加11%;添加HB-1發(fā)酵液的各個處理干質(zhì)量增加0.26~1.32 g,增幅達到2.97%~14.92%,其中未滅活的T4處理干質(zhì)量、鮮質(zhì)量增幅最高,與CK相比鮮質(zhì)量平均增加 17.98 g,增幅達到13.55%,差異達到極顯著水平,干質(zhì)量平均增加1.32 g,增幅達到14.92%,差異達到極顯著水平。滅活的發(fā)酵液處理T1、T3較清水對照也有不同程度的增產(chǎn),分析原因,可能是發(fā)酵液中殘留養(yǎng)分促進了白菜生長。結(jié)果表明,在施加底肥的基礎(chǔ)上施用HB-1發(fā)酵液,可以顯著提高白菜的生物產(chǎn)量。

        2.316S rDNA測定結(jié)果

        對菌株HB-1的16S rDNA基因部分序列進行BLAST

        比對,利用MEGA 4.1的Neighbor-Joining軟件進行系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建。由圖3遺傳距離可知,菌株HB-1與枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)的同源性最高(99.7%),與其他菌株的遺傳距離相對較遠,可以確定菌株HB-1是1株枯草芽孢桿菌。

        3討論與結(jié)論

        從番茄根際土壤中分離篩選獲得1株具有較好產(chǎn)IAA能力的革蘭氏陽性菌株HB-1,其發(fā)酵24 h產(chǎn)IAA水平達到48 mg/L以上。通過將其培養(yǎng)后的發(fā)酵液進行白菜的促生試驗表明,與沖施清水的處理相比,沖施滅活HB-1發(fā)酵液與未滅活發(fā)酵液對白菜均有促生作用,施加HB-1發(fā)酵液的處理葉綠素含量、葉片數(shù)均高于對照(CK);鮮質(zhì)量、干質(zhì)量較CK相比都增加,鮮質(zhì)量增加1.54~17.98 g,增幅達到116%~13.55%,差異達到顯著水平;干質(zhì)量增加0.26~1.32 g,增幅達到2.97%~14.92%。沖施1.0 mL未滅活發(fā)酵液處理較空白處理鮮質(zhì)量可提高13.55%,差異達到極顯著水平;沖施0.5 mL未滅活發(fā)酵液處理較空白處理鮮質(zhì)量可提高6.48%,差異達到顯著水平。試驗結(jié)果表明,菌株HB-1具有較強的促生作用。通過對菌株的16S rDNA序列的測定和分析,鑒定菌株HB-1為枯草芽孢桿菌。

        枯草芽孢桿菌HB-1具有較好的產(chǎn)IAA能力,因為枯草芽孢桿菌具有非常好的生產(chǎn)性能及抗逆、定植能力,因此該菌株篩選為功能微生物肥料的研發(fā)提供了較好的選擇。

        參考文獻:

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