張文韜 楊皓 毛國豪 莊家堯 陳新峰

摘要：從野生大豆根瘤內分離出菌株Y1并對其進行分子生物學鑒定，觀察其特性以及對大豆的促生作用。16S rDNA鑒定表明，菌株Y1為高地芽孢桿菌（Bacillus altitudinis）;采用Salkowski法驗證該菌株產生長素（IAA）的能力，發(fā)現(xiàn)其產IAA的量為38.49 mg/L。同時該內生菌具有解有機磷和無機磷的能力，溶磷量分別為71.48、152.36 mg/L。將菌劑接種到大豆幼苗后觀察其促生能力，結果顯示，接種該菌株可顯著增加大豆的株高和根長，同時，大豆葉片光合參數(shù)也有所提升。該結果可為研發(fā)新型微生物肥料提供優(yōu)質菌種，為進一步研究芽孢桿菌屬促生潛力提供理論依據。

關鍵詞：高地芽孢桿菌;16S rDNA;鑒定;促生潛力

中圖分類號： S182文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）05-0225-04

收稿日期：2021-09-29

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（編號：2017YFC0505500）;江蘇省教育廳資助項目（編號：2019JSJG247）;江蘇省高等學校林學優(yōu)勢學科建設項目（編號：164010641）。

作者簡介：張文韜（1998—），女，山東濟南人，碩士研究生，研究方向為水土保持與荒漠化防治。E-mail：szdl123456@sina.cn。

通信作者：莊家堯，博士，副教授，研究方向為水土保持與荒漠化防治。 E-mail： nlzjiayao@njfu.edu.cn。

近代以來人口急劇增加，隨之而來的糧食短缺這一問題日益嚴峻，而糧食作物生長過程中農藥化肥的使用不可避免。同時，農藥化肥過度使用也帶來了環(huán)境污染、土壤板結鹽漬化等許多問題。近年來，微生物菌肥因其高效、綠色的特點走入了大眾視線。微生物菌肥是以微生物的生命活動導致作物得到特定肥料效應的一種制品[1]，通過微生物自身分解作用，可以起到增加土壤肥力、供給植物養(yǎng)分等作用。相較于傳統(tǒng)化肥，微生物菌肥有以下明顯優(yōu)勢：（1）促進植物生長，提高產量品質?？梢酝ㄟ^促進營養(yǎng)獲取或改變植物激素水平來直接促進生長，也可以通過減少各種病原體對植物生長的抑制作用來間接促進生長發(fā)育，根瘤菌、巨大芽孢桿菌、多黏芽孢桿菌等是非常常見的植物生長促進細菌，有助于大幅提高作物產量和整個植物的生長[2]。（2）減少連作障礙，防范病蟲害。微生物菌肥能夠對土壤中的病原菌分泌物進行分解和抑制，來幫助土壤中有益微生物進行繁殖[3]，起到生物防治的效果。（3）改良土壤，增加土壤肥力。施用微生物菌肥可以增加土壤中的有益菌數(shù)量，提高土壤的保水保溫能力。同時部分菌肥可以起到固氮作用，一些微生物可以活化土壤里磷鉀礦物，幫助植物溶解磷鉀元素，從而增加土壤肥力[4]。

在我國已經登記在冊的有7 608種微生物菌肥商品，應用最廣泛的為鏈霉菌屬（Streptomyces）、芽孢桿菌屬（Bacillus） 和乳酸桿菌屬（Lacto bacillus） 的菌種，其中又以芽孢桿菌屬應用率最高。李銘東等研究了多黏類芽孢桿菌菌劑對于玉米生長的影響，發(fā)現(xiàn)在施用多黏類芽孢桿菌菌劑和正?；瘜W肥料混合的處理比單獨施用正?；瘜W肥料的處理，玉米的出苗率和苗高更高，同時發(fā)現(xiàn)使用菌劑的處理比沒有添加菌劑的處理根腐病發(fā)病率更低，玉米的產量更高[5]。高加明等從土壤中分離篩選1種高效解鉀菌菌株NGW1并應用于煙草栽培，發(fā)現(xiàn)添加菌種的植株其有效葉數(shù)、株高、最大葉寬、莖圍指標均高于對照組[6]。鐘松等通過在土壤施加膠質芽孢桿菌菌肥，發(fā)現(xiàn)該菌肥可有效提升高寒草原土速效養(yǎng)分，促進高寒草原牧草的根系生長[7]。

試驗菌株Y1是筆者所在課題組前期從野生大豆（Glycine soja）瘤內分離純化得到的。首先對其進行16S rDNA測序鑒定其菌種，分析該菌種的生物學地位。隨后分別對其產生長素能力、溶磷能力指標進行測定，最后將其接種到大豆植株上觀察其促生效應，以期發(fā)掘優(yōu)良的植物促生菌種資源，為芽孢桿菌菌肥的開發(fā)和廣泛利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 培養(yǎng)材料

酵母甘露醇瓊脂（YMA）培養(yǎng)基：甘露醇10 g、七水硫酸鎂 0.2 g、氯化鈉0.1 g、酵母粉3 g、磷酸氫二鉀0.25 g、磷酸二氫鉀 0.25 g、碳酸鈣3 g、瓊脂20 g，蒸餾水定容至1 000 mL，pH值7.0（液體培養(yǎng)基內不放瓊脂）。

Salkowski比色液：1 mL 0.5 mol/L FeCl3溶解于49 mL 35%濃H2SO4。

無機磷培養(yǎng)基：葡萄糖10 g、硫酸銨0.5 g、酵母粉0.5 g、氯化鈉0.3 g、氯化鉀0.3 g、硫酸鎂0.3 g、硫酸亞鐵0.03 g、硫酸錳0.03 g;磷酸鈣5 g、瓊脂 15 g，蒸餾水定容至1 000 mL，pH值7.0。

有機磷培養(yǎng)基：葡萄糖10 g、硫酸銨0.5 g、酵母粉0.5 g、氯化鈉0.3 g、氯化鉀0.3 g、硫酸鎂0.3 g、硫酸亞鐵0.03 g、硫酸錳0.03 g、卵磷脂0.2 g、碳酸鈣1 g、瓊脂15 g，蒸餾水定容至1 000 mL，pH值7.0。

1.2 菌種16S rDNA序列鑒定

提取Y1的DNA后，進行16S DNA的擴增，將PCR產物進行1.0%瓊脂糖凝膠檢測，觀察條帶性狀。利用TaKaRa MiniBEST Agarose Gel DNA Extraction Kit Ver.4.0純化試劑盒對產物進行純化。將純化后產物送至廣州基迪奧生物科技有限公司進行測序。將測序結果在NCBI數(shù)據庫上進行比對，獲知與該細菌的16S DNA序列同源性最高的已知序列。細菌測序所用的引物為通用引物515F/907R，引物序列515F ：5′-GTGCCAGCMGCCGCCG-3′; 907R ：5′-CCGTCAATTCMTTTRAGTTT-3′。

1.3 供試菌株分泌生長素（IAA）測定

在滅菌的YMA液體培養(yǎng)液中加入200 mg/L的L-色氨酸，接種Y1菌株后置于28 ℃、160 r/min恒溫振蕩培養(yǎng)箱中，7 d后，取50 μL菌懸液滴于白色塑料比色板上，同時加50 μL Salkowski比色液。將白色陶瓷板放在室溫下避光30 min，若顏色變紅表示Y1具有分泌生長素的能力[8]。菌株Y1產生IAA的濃度參考劉玉珍等的計算方法[9]。本試驗進行3次生物學重復。

1.4 供試菌株溶磷能力測定

1.4.1 定性測定 將制備的單一菌株活化后，用牙簽點至無機磷和有機磷培養(yǎng)基平板中，置于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中7 d，在平板中菌落周圍出現(xiàn)透明圈的即為解磷菌。

1.4.2 定量測定 將菌株Y1接種于新鮮牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)1 d制成菌液，取1 mL加入無機磷液體培養(yǎng)基中，用鉬銻抗比色法來測定上清液中有效磷含量。具體步驟參照文獻[10]。

1.5 大豆促生試驗

試驗于2021年4月在南京林業(yè)大學林學院簡易大棚內進行。大豆促生試驗參照舒健虹等的方法[11]，并作修改：將花土 ∶蛭石按體積比 3 ∶1 混合滅菌后放入花盆中，每個花盆放6 L混合土。把發(fā)芽程度相似的大豆種子播于盆中，放置在氣候箱內，在長出第1張真葉時，每株植物根部各接種 1 mL 菌懸液，以接種1 mL滅菌培養(yǎng)液為對照。每 3 d 噴灑1次營養(yǎng)液保持濕潤。45 d后，測其地上部分與地下部分生長情況。并使用LI-6400便攜式光合儀（Li-Cor Inc.USA）測定大豆葉片的光合數(shù)據。

1.6 數(shù)據處理

采用Excel 2016進行數(shù)據統(tǒng)計和計算，利用SPSS 26.0進行顯著性差異分析，使用Origin 2018軟件制圖。利用生物信息平臺提供軟件MEGA 6.0構建系統(tǒng)發(fā)育樹。

2 結果與分析

2.1 Y1的分子鑒定

Y1的16S區(qū)序列在GenBank對比后發(fā)現(xiàn)該菌株為Bacillus altitudinis（高地芽孢桿菌），將菌株Y1的16S rDNA測序結果進行同源性比較后利用MEGA 6.0構建系統(tǒng)發(fā)育樹，發(fā)現(xiàn)其與Bacillus pumilus（AY456263）的同源性最近（圖1）。

2.2 Y1分泌植物生長素能力鑒定

由圖2可知，室溫避光30 min后，白色瓷板上的液體明顯變成粉紅色，說明菌株Y1具有產生長素能力。用3-吲哚乙酸制作標準曲線為y=0.046 978x（r2=0.99），經計算，菌株Y1產IAA量為38.49 mg/L。

2.3 Y1解磷能力

2.3.1 定性測定 由圖3可知，Y1在無機磷和有機磷培養(yǎng)基上均有明顯透明溶磷圈出現(xiàn)。

2.3.2 定量測定 由圖4可知，菌株Y1在無機磷和有機磷液體培養(yǎng)基中的溶磷量隨時間變化呈增加趨勢，且溶解無機磷的能力高于溶解有機磷。7 d時，菌株Y1無機磷和有機磷中的溶磷量分別為152.36、71.48 mg/L。

2.4 接種菌株Y1對大豆葉片光合作用的影響

由表1可見，加菌組凈光合速率與對照相比顯著增加136.73%，氣孔導度與對照組相比顯著增加120.69%，胞間CO2濃度比對照組顯著提升28.95%，蒸騰速率與對照組相比顯著增加168.57%，達0.94 mmol/（m2·s），水分利用效率相比對照增加不顯著。

2.5 接種菌株Y1對大豆植株生長指標的影響

由表2可見，接種Y1菌株45 d后，株高顯著增加23.82%，根長顯著增加26.98%，地上部分鮮質量、地上部分干質量、莖粗均有所增加但并不顯著。這可能是由于植株之間這類指標的差異本身就小，所以無顯著變化。

3 討論與結論

吲哚乙酸（IAA）是植物存活過程中不可缺少的生長調節(jié)物質，植物根部對IAA非常敏感，多數(shù)植物內生菌都有產IAA的能力[12]。陳迪等從檳榔根際土壤和檳榔葉柄中分離細菌，測量它們對檳榔盆栽苗的促生能力，得到了有明顯促生作用的菌株 DC-7，測得吲哚乙酸（IAA）含量為35.78 mg/L，說明菌株DC-7的促生長作用可能來源于它的產IAA能力[13]。姜云等從人參中分離出菌株蘇云金芽孢桿菌JJ5-2的產IAA能力為10.2 mg/L[14]。本試驗中，菌株Y1的產IAA量為38.49 mg/L，說明該菌株有較高的產IAA能力。

土壤庫中存在著大量磷素，但能夠直接被植物吸收利用的可溶性磷的含量很低，為實現(xiàn)環(huán)境友好型的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標，應在增加作物產量的基礎上減少化學肥料的使用。溶磷菌可以促進土壤中有效磷的釋放，提供植物生長發(fā)育所必需的磷元素，促進植物的生長發(fā)育[15]。芽孢桿菌屬是目前報道的溶磷能力較強的菌種之一[16]。Hameeda等將篩選得到的5株解磷菌進行了盆栽和大田試驗，結果均表明接菌后能夠促進玉米的生長[17]。宋娟等從楓香根際土壤中篩選出4株解磷菌，并將其接種于楓香幼苗，發(fā)現(xiàn)該菌能夠顯著提高楓香的株高和地徑[18]。本試驗發(fā)現(xiàn)菌株Y1在無機磷和有機磷培養(yǎng)基板可以產生透明溶磷圈，具有解磷能力。同時，該菌株在無機磷和有機磷培養(yǎng)基中的溶磷量分別為152.36、71.48 mg/L。韋宜慧等從杉木林中篩選出溶磷能力最強的3株菌株，其溶解無機磷量分別為195.61、109.20、78.86 mg/L[19]。Irawan等從油棕（Elaeis quineensis）根際土壤篩選出的溶磷菌溶解無機磷量為58.6 mg/L[20]。說明Y1菌株的溶磷能力在溶解無機磷能力中屬于偏上水平，且兼具溶解有機磷的能力，是一株可以用作微生物肥料的菌株。

光合作用是植物生長發(fā)育最基本的生理活動之一，能夠為自身提供所需要的物質和能量[21]。其中凈光合速率是指植物通過葉綠素吸收固定光能輻射，在光合作用過程中積累有機物質，通常用于表征植物的光合效率。蒸騰速率能夠反映植物體內礦物質和水分運輸?shù)膹娙跻约叭~片在強光下降溫的效果。氣孔導度通常表現(xiàn)為植物葉片細胞的開合程度，在很大程度上決定了植物對二氧化碳的吸收作用、植被的光合效率以及呼吸速率。水分利用效率能夠反映植物在生長過程中的能量轉化效率[22]。本試驗中大豆接種菌株Y1后光合參數(shù)提升，能夠提升大豆對光的利用效率，從而促進光合作用。

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