新疆气候干旱，土壤 pH 较高，水分和土壤化学性质都不利于链霉菌微生物的繁殖和作用的发挥，因此提高链霉菌的抗逆性，尤其是耐高 pH 的特性，使之适应新疆石灰性土壤条件，对于该类生物肥料的推广应用至关重要。随着我国“神舟”系列载人航天飞船的不断发射，以及其它可利用的空间监测手段的应用，为人类进入航天时代展示了美好的前景^[1-2]。近几年，有关空间环境对微生物学性状的影响、应用及其分子遗传机制等逐渐成为研究热点，微重力作为一个比较特殊的环境因子，早已引起国内外研究学者的广泛关注^[3-4]。而经过航天诱变的微生物菌种变异幅度大，有益变异增多。微生物生长周期短、体积小、重量轻、易变异等优势，决定其在航天诱变育种中有其得天独厚的优势^[5-6]。通过神舟九号飞船搭载硅链霉菌菌株，前期经过研究，结合搭载诱变菌株的形态特征观察和 16S rDNA 同源性分析，将搭载诱变菌株初步鉴定为硅链霉菌 Streptomyces silaceus；为了进一步明确该菌株的基本属性及其分类鉴定，对搭载诱变菌株的生理生化特性进行分析，同时通过改变其生物学功能，从而在其中选育出有利、高效的正突变菌株，为科学提高菌种的抗逆性和对新疆土壤的适应性奠定良好的基础。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

搭载菌株的神舟九号航天飞船于北京时间 2012 年 6 月 16 日 18 时 37 分 24 秒在甘肃省酒泉卫星发射中心发射升空，于 6 月 29 日 10 时 03 分在内蒙古四王子旗返回地面，完成了菌种搭载任务。菌株返回地面后，由中国科学院微生物应用研究所保藏中心保藏，并对搭载诱变菌株进行筛选、培养，选育工作。

1.2 材料

1.2.1 供试样品

硅链霉菌菌种、测试菌种均由新疆山川秀丽生物有限公司提供，并对搭载诱变菌株和 CK（对照） 菌株的碳源利用、氮源利用、酶学实验、pH、温度耐受实验进行检测分析。

1.2.2 培养基

制作碳源利用培养基、氮源利用培养基、淀粉水解培养基、柴斯纳琼脂、PSB 培养、Bennett 培养基。

1.3 方法

1.3.1 碳源利用测定

将搭载诱变菌株和 CK 菌株分别接种在加有 D-阿拉伯糖、D-棉子糖等碳源利用培养基的平板上，置于 28℃光照培养箱内恒温培养，在 7 和 14 d 分别观察菌株的生长情况。如菌株在培养基上生长，则表示菌株能利用该碳源；如菌株不生长，表示菌株不能利用该碳源。

1.3.2 氮源利用测定

将搭载诱变菌株和 CK 菌株分别接种在加有硝酸钠、硫化铵等 10 种氮源利用培养基的平板上，置于 28℃光照培养箱内恒温培养，在 7 和 14 d 分别观察菌株的生长情况。如菌株在培养基上生长，则表示菌株能利用这种氮源；如菌株不生长，表示菌株不能利用该氮源。

1.3.3 淀粉水解测定

将搭载诱变菌株和 CK 菌株接种在淀粉琼脂的平板上，采用点接法，直径不超过 5 mm，置于 28℃培养 10 d 后，在菌落周围滴加碘液检测，若菌落周围呈现透明圈时，表示菌种产生淀粉酶；若菌落周围染成蓝色，不出现透明圈，说明该菌株不产生淀粉酶。

1.3.4 产 H₂S 测定

将搭载诱变菌株和 CK 菌株分别接种在柴斯纳琼脂培养基的平板上，分别在 7 和 14 d 培养后观察是否产生黑色素。如无黑色素产生，说明不产生 H₂S；如有黑色素产生，说明有产生 H₂S。

1.3.5 pH 耐受测定

将 PSB 培养基灭菌后，在无菌条件下用灭菌的 2 mol/L NaOH 和 2 mol/L HCl 溶液将 PSB 培养基的 pH 值分别调至 6.0、7.0、8.0、9.0、10.0，pH 值用 pH 计 METTLER TOLEDO 测量。将搭载诱变菌株和 CK 菌株分别按照 0.5% 的接种量接种至调节好 pH 值的 PSB 培养基中，置于 25℃、180 r/min 恒温摇床上培养 6 d 后，分别用预先烘干并称重的 50 mL 离心管在 10000 转速下常温离心 10 min，收集沉淀菌体和离心上清液。将菌体置于 60℃下烘干至恒重后，用电子天平称量菌体干重。

1.3.6 温度耐受测定

将搭载诱变菌株和 CK 菌株接种在 Bennett 培养基上，分别置于 5、15、25、35、45、55℃黑暗培养 16 d，观察记录其生长情况，每组设 5 个重复。

2 结果与分析

2.1 碳源利用

碳源作为培养基的主要成分之一，为细胞提供能源，组成菌体细胞成分碳架，构成代谢产物。碳源利用实验结果显示：搭载诱变菌株在 10 种碳源培养基上经过 7 和 14 d 后，菌株均可以生长，即可以利用这 10 种碳源，CK 菌株在 10 种碳源培养基上经过 7 和 14 d 培养后，菌株也可以生长，即也可以利用这 10 种碳源（表1）。并且搭载诱变菌株和 CK 菌株对这 10 种碳源的利用能力无明显差异。

注：如菌株在培养基上生长，则表示菌株能利用这种碳源，以 1 表示；如菌株不生长，表示菌株不能利用该碳源，以 0 表示。

2.2 氮源利用

氮源构成菌体细胞结构物质，为微生物提供能源，合成含氮代谢产物，在碳源不足时也可以用作碳源。氮源利用实验结果显示，搭载诱变菌株在 10 种氮源培养基上经过 7 和 14 d 后，菌株均可以生长，即可以利用这 10 种氮源，CK 菌株在 10 种氮源培养基上经过 7 和 14 d 后，菌株也可以生长，即也可以利用这 10 种氮源（表2）。并且搭载诱变菌株和 CK 菌株对这 10 种氮源的利用能力无明显差异。

注：如菌株在培养基上生长，则表示菌株能利用这种氮源，以 1 表示；如菌株不生长，表示菌株不能利用该氮源，以 0 表示。

2.3 酶学及产生 H₂S 实验

淀粉水解测定结果显示，经过 7、14 d 培养的搭载诱变菌落周围呈现透明圈，CK 菌落周围也呈现透明圈，说明搭载诱变菌株和 CK 菌株都可以水解淀粉。产生 H₂S 实验结果显示，经过 7、14 d 培养的搭载诱变菌株不产生黑色素，而 CK 菌株也不产生黑色素，说明搭载诱变菌株和 CK 菌株都不产生 H₂S （表3）。

注：水解淀粉：菌落周围出现透明圈，说明该菌株可以水解淀粉，以 1 表示；菌落周围染成蓝色，不出现透明圈，说明该菌株不可以水解淀粉，以 0 表示。产生 H₂S：菌株产生黑色素，说明该菌株可以产生 H₂S，以 1 表示；菌株不产生黑色素，说明菌株不产生 H₂S，以 0 表示。

2.4 pH 耐受实验

不同微生物对 pH 要求不同，大多数可生存的 pH 范围在 4～10 之间，各种微生物都有其生长的最低、最适、最高 pH，低于最低或者超过最高 pH 时，微生物生长受到抑制或者导致死亡。搭载诱变菌株和 CK 菌株的 pH 耐受实验结果显示：在 pH 为 7、8、9 条件下，搭载菌株与 CK 菌株生长情况无明显差别，但在 pH 为 6、10 条件下，搭载菌株较 CK 菌株生长情况更好，搭载菌株显示了较高 pH 耐受能力 （表4）。

注：+ 为可以生长，++ 为生长一般，+++ 为生长良好。

2.5 温度耐受实验

温度耐受实验结果显示，在 4～45℃条件下，搭载菌株与 CK 菌株均可以生长，在 15～35℃条件下，搭载菌株与 CK 菌株生长良好，并且生长情况差异不显著；但在 55℃下，两株菌均不能生长 （表5）。

注：+ 为可以生长，++ 为生长良好，-为不能生长。

3 结果与讨论

通过对搭载诱变菌株与地面对照（CK）菌株在碳源利用、氮源利用、水解淀粉、pH、温度耐受等生理生化特征方面进行比较得出：搭载诱变菌株和 CK 菌株相比较，在碳源利用、氮源利用、水解淀粉、不产生 H₂S 和温度耐受方面均无明显差别，表现出相似性，但在耐 pH 方面，与 CK 菌株相比，搭载诱变菌株生长的 pH 范围更广，有更好的耐受性，显示了更强的抗逆性。

神舟九号飞船搭载的微生物菌株，经过前期研究，将搭载诱变菌株初步鉴定为硅链霉菌 Streptomyces silaceus；本实验结果显示，搭载诱变菌株和 CK 菌株都可以利用 D-阿拉伯糖等 10 种碳源和蛋白胨等 10 种氮源，均可以水解淀粉，在温度耐受方面也无明显差异，体现了菌株的相对稳定性，保持了链霉菌的特性，进一步验证了搭载菌株为硅链霉菌 Streptomyces silaceus。

大量研究表明，空间各种条件如宇宙射线、交变磁场、微重力、高真空等环境因素对微生物生长、繁殖产生了显著影响^[7-11]，张文利等^[12]利用神舟三号飞船搭载的树莓试管苗发现其叶片细胞形状、叶绿体、线粒体等细胞结构变化较大。另外，通过神舟八号搭载的果胶酶菌株，与地面对照菌株相比持续产霉能力增强，产霉能力最稳定^[13]；搭载神舟五号的茅台大曲酵母菌，搭载诱变的菌株在耐有机溶剂、耐酶解、耐酒精、耐热性方面均高于搭载前菌株^[14]。这些与本实验结果有所不同，还需要进一步深入研究。

硅链霉菌除具有微生物能够解离土壤中的氮、磷、钾养分，提高化肥的利用率外，还能够促进作物生长，抑制病菌生长。但是土壤中自然生长的硅链霉菌数量少，且在高 pH 条件下不易存活，本实验研究结果显示，搭载诱变菌株与 CK 菌株相比较，pH 范围更广，有更好的耐受性，显示了更强的抗逆性。这与搭载神舟五号的茅台大曲酵母菌，搭载诱变的菌株的细胞结构发生了变异菌体的抗逆性增强结果一致^[14-15]。经太空搭载诱变的菌株，返回地面后，对诱变菌株进行了定向选育，选育出耐高 pH 的菌株，明确了太空环境可提高硅链霉菌对土壤酸碱性的抗逆性，显著提升了硅链霉菌的生物有效性和对土壤 pH 适应的广谱性，为新疆盐碱土改良利用提供高效产品和技术保障。

参考文献