不同产地太白贝母根际解钾菌的筛选、鉴定及其促生特性研究
doi: 10.11838/sfsc.1673-6257.24564
王逾涵1 , 郎佳琪1 , 任雪杨1 , 刘振宇1 , 王盼盼2 , 罗倩倩1 , 郭冬琴3 , 周浓1
1. 重庆三峡学院生物与食品工程学院,三峡库区道地药材绿色种植与深加工重庆市工程研究中心,重庆 404120
2. 重庆三峡学院环境与化学工程学院,重庆 404120
3. 重庆三峡医药高等专科学校药学院,重庆 404120
基金项目: 重庆市自然科学基金面上项目(CSTB2023NSCQ-LMX0010) ; 重庆市教委科学技术研究重大项目(KJZD-M202301204)
Screening and identification of inter-root potassium-solubilising bacteria of Fritillaria taipaiensis P.Y.Li from different origins and their growth-promoting characteristics
WANG Yu-han1 , LANG Jia-qi1 , REN Xue-yang1 , LIU Zhen-yu1 , WANG Pan-pan2 , LUO Qian-qian1 , GUO Dongqin3 , ZHOU Nong1
1. Green Planting and Deep Processing of Genuine Medicinal Materials in Three Gorges Reservoir Area,Chongqing Engineering Laboratory,College of Biology and Food Engineering,Chongqing Three Gorges University, Chongqing 404120
2. College of Environmental and Chemical Engineering,Chongqing Three Gorges University, Chongqing 404120
3. College of Pharmacy,Chongqing Three Gorges Medical College,Chongqin 404120
摘要
研究不同产地太白贝母的根际土壤解钾菌的功能菌株和高效菌株,并探究优良菌株的多样性以及对太白贝母的促生作用,为太白贝母植株产量及品质提升奠定基础。采用黄色解钾圈法对解钾菌株进行初筛,采用以钾长石为钾源的硅酸盐液体培养进行菌株解钾能力的定量测定,使用火焰分光光度法测定解钾能力,解钾能力指标筛选出优势菌 45 株;采用细菌促生能力指标溶磷、产铁、产吲哚乙酸(IAA)能力对菌株进行复筛。通过菌株形态学鉴定、革兰氏染色观察、生理生化实验与 16S rDNA 测序分析对 3 株高效促生解钾菌进行鉴定。结果表明:从太白贝母根际土壤样品中共分离得到 103 株解钾菌,其中 45 株解钾能力较为优势,通过初筛和复筛得到 3 株高效解钾菌株 K9-4、K2-4、K4-1,分别为蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)、伯克霍尔德菌(Burkholderia hospita)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),分属于 2 株芽孢杆菌属和 1 株伯克霍尔德菌属。解钾和溶无机磷能力最强的菌株为蜡状芽孢杆菌,增钾率达 60.32%,对钾长石粉的最高转化量达 1.26 mg·L-1、对磷酸三钙转化量达 8.85 mg·L-1; 产 IAA 和溶有机磷能力最强的菌株为枯草芽孢杆菌,对卵磷脂的最高转化量达 2.78 mg·L-1、产铁指数高达 2.42; 而伯克霍尔德菌株各项能力均介于其余两株之间。综上,成功筛选出 3 株高效解钾菌,具有强大的解钾、促生能力。这些菌株为微生物解钾菌肥的开发提供菌种资源,同时也为太白贝母植株的促生肥料选择提供更多选项。
Abstract
The aimed to study the functional and efficient strains of potassium-solubilising bacteria in the rhizosphere soil of Fritillaria taipaiensis from different origins,and to explore the diversity of good strains and their growth-promoting effects on Fritillaria taipaiensis,so as to lay the foundation for the improvement of yield and quality of Fritillaria taipaiensis plants.The yellow potassium-solubilising circle method was used for the initial screening of potassium-solubilising strains,silicate liquid culture with potassium feldspar as potassium source was used for the quantitative determination of potassium-solubilising capacity of the strains,and the potassium-solubilising capacity was determined using the flame spectrophotometer method,and the indicators of potassium-solubilising capacity were screened to find out 45 dominant bacterial strains;and the indicators of the bacterial biochemical capacity,such as the capacity of phosphorus-solubilising, iron-producing and 3-indoleacetic acid(IAA)-producing,were used to conduct the re-screening of bacterial strains. Three strains of highly efficient potassium-solubilising bacteria were identified by strain morphology,Gram staining observation,physiological and biochemical experiments and 16S rDNA sequencing analysis.Results showed that a total of 103 strains of potassium-solubilising bacteria were isolated from the rhizosphere soil samples of Fritillaria taipaiensis, among which 45 strains were more advantageous in potassium-solubilising ability,and three highly efficient potassiumsolubilising bacterial strains,K9-4,K2-4,and K4-1 were obtained by primary and re-screening,which were Bacillus cereusBurkholderia hospita and Bacillus subtilis,respectively,belonging to two strains of Bacillus and one strain of Burkholderia.The strain with the strongest ability to solubilise potassium and inorganic phosphorus was Bacillus cereus, with a potassium enhancement rate of 60.32%,and the highest conversion of potassium feldspar powder up to 1.26 mg·L-1,and the conversion of tricalcium phosphate up to 8.85 mg·L-1;the strain with the strongest ability to produce IAA and solubilise organic phosphorus was Bacillus subtilis,with a highest conversion of lecithin up to 2.78 mg·L-1, and the iron production index was as high as 2.42;while the above functions of Burkholderia cepacia strain were between the remaining two strains.In this study,three strains of high-efficiency potassium-solubilising bacteria with strong potassium-solubilising and life-promoting abilities were successfully screened.These strains could provide strain resources for the development of microbial potassium-solubilising bacterial fertilizers,as well as more options for the selection of pro-biotic fertilizers for Fritillaria taipaiensis plants.
太白贝母(Fritillaria taipaiensis P.Y.Li)为百合科(Liliaceae)贝母属(Fritillaria)的草本类药用植物,作为川贝母药材的基源植物之一,其适宜种植海拔相对较低,太白贝母资源分布广,药用历史悠久,但个别区域由于人工采挖导致资源濒临灭绝,属于国家濒危二级药用植物[1-3]。人工种植太白贝母发展迅速,栽培技术日渐成熟,但在实际生产中缺乏规范化生产指导,生长周期长以及乱挖乱采、过度采收等原因导致太白贝母野生资源质量急剧下降,不利于太白贝母市场开拓与可持续利用[4-5]
根际部分是植物-土壤-微生物的微生态系统[6],根际微生物可促进磷、钾等无机元素和土壤养分的分解释放[7],在提高植物营养吸收、促进植株生长等方面起着重要作用。土壤中能够被植物有效利用的钾元素含量较少,化肥的大量使用会增加环境污染的风险[8-9],钾作为植物生长的必需元素,对植物的新陈代谢和促进生长发育起着至关重要的作用,但在土壤中能被植物利用的速效钾仅为总量的 2%,而解钾细菌能将难溶性硅酸盐转变为可溶性物质[10]被植物直接利用。据研究,不同时期接种解钾菌均可促进滇重楼植株的生长发育,增加其根茎内有益营养元素的积累,降低重金属元素含量[11]。解钾菌剂可提高土壤中的速效钾含量,有效促进水稻、核桃、油茶、大豆、杉木等植物生长,还有抗病虫害、促生、提高产量、改善品质等作用[12-13],由于植物根际土壤中的解钾菌能产生对土壤微生物活性有促生作用的分泌物[14],有效利用钾类菌肥是农业耕种中的重要发展趋势,促进作物生长,增强作物的抗逆性等[15-16]。未来微生物菌肥应用在农作物领域的市场需求量将不断地扩大,作为低成本、环境友好型的肥料展现良好的发展前景[17-18]
高效促生解钾菌的筛选是微生物菌肥开发的首要条件[19],本研究以恩施市等 10 个地区的太白贝母根际解钾菌为研究对象,通过对其促生和解钾能力的筛选,结合菌落形态学鉴定、细菌生理生化检测及 16S rDNA 测序生物学鉴定菌种,为解钾微生物菌肥的开发提供有效菌种,也为解钾菌对太白贝母植物的促生效果提供参考。
1 材料与方法
1.1 太白贝母产区样本信息
根据课题组的前期调查、标本及文献中地理分布和生态差异[20],确定太白贝母具有代表性的采样点,采集太白贝母鳞茎、根际土壤样品,经重庆三峡学院周浓教授鉴定为百合科太白贝母(Fritillaria taipaiensis P.Y.Li)。栽培品每个区县设 1 个采样点,栽培品按照蛇形法随机挖取 3 年生的太白贝母 300 株以上,对每个采集点进行多点混合,每个产地样品生物重复 3 次,具体采样点主要分布的基本信息见表1
1不同产地野生和栽培太白贝母样品信息
1.2 仪器与试剂
仪器:ZXSD-A1270-生化培养箱(上海智城分析仪器制造有限公司),TAdvanced 96G 快速 PCR 仪(Biometra 股份有限公司)。
培养基:硅酸盐细菌培养基 8.6 g,琼脂 9 g,蒸馏水 1000 mL,pH 7.2~7.4,121℃,灭菌 20 min。改良解钾培养基中添加100 mg·L-1 溴百里酚蓝(BTB)显色剂。LB 细菌培养基、无机磷细菌培养基(海博生物 20180306)、有机磷细菌培养基、CAS 培养基,各种培养基均为混合去离子水 1000 mL,121℃灭菌 20 min 后使用。改进的 Aleksandrov 液体培养基:葡萄糖 5 g,硫酸镁 0.5 g,碳酸钙 0.1 g,氯化铁 0.005 g,磷酸三钙 2 g,钾长石 3 g,蒸馏水 1000 mL,pH 7.2~7.4,121℃,灭菌 20 min。
试剂:氯化钾、抗坏血酸、L-色氨酸、BTB、氯化铁、高氯酸等,试剂均为分析纯,水为怡宝纯净水。
1.3 解钾菌的分离、筛选方法
1.3.1 解钾能力测定初筛
将太白贝母根际土壤用无菌水制备为土壤悬液,取 100.0 μL 稀释后的菌液涂布于 Aleksandrov 固体培养基上,28℃倒置培养 3~4 d,将纯化过的菌株挑至改良过的带有 BTB 试剂的硅酸盐培养基中,挑选带有明显黄色解钾圈的菌株,菌株产生的有机酸在培养皿中放射状扩散[1921],与酸性指示剂 BTB 反应,形成黄色解钾圈,测量并记录菌落直径(d)及透明圈直径(D),用 D/d 的大小表示解钾菌的解钾指数。取 500.0 μL 菌株种子液接种于 Aleksandrov 液体培养基中收集 7 d 后的发酵液,离心(5000 r·min-1,10 min),取上清液,分别使用火焰分光光度计测定可溶性钾含量。经过 6% H2O2 消煮[22-23]后用火焰分光光度法测得发酵液中可溶性钾含量。
1.3.2 解钾菌促生能力复筛
溶磷能力测定:将菌株接种于 LB 培养基上后,在 28℃培养箱中培养 3 d。用无菌接种环挑去菌种至无机磷液体培养基中,在 28℃,摇床培养 7 d 后,通过钼锑抗比色法测定上清液的有效磷含量,根据标准曲线 y=1.43x+0.0043 计算含无机磷量。采用同样的方法测定解有机磷含量,根据标准曲线 y=0.14x+0.004 计算含有机磷量。
分泌吲哚乙酸(IAA)能力的测定:按 2% 接种量将菌株接到含有 500 mg/L 色氨酸的 LB 液体培养基中 7 d 后,测定 OD600 菌株发酵液中 IAA 的含量,对菌株分泌植物生长素进行定性及定量分析。根据标准曲线 y=0.0036x+0.0386 计算 IAA 含量。
产铁能力测定:采用无菌接种环挑取单菌落后接种于 CAS 固体培养基上,每个平板接种 3 个点,每个菌株设 3 次重复,于 28℃避光恒温培养 7 d。测定橙色产铁晕圈直径(D)及菌落直径(d),并计算其可溶性指数(D/d)。
1.4 解钾菌菌种鉴定
形态学及生理生化鉴定:将筛选好的高效解钾菌划线纯化后观察菌落大小、颜色等特征,进行革兰氏染色后显微镜观察个体形态,参照《常见细菌系统鉴定手册》[24],将分离纯化后的菌种进行接触酶、淀粉水解反应、硝酸还原反应、吲哚反应、柠檬酸反应、精氨酸双水解、蔗糖发酵反应、葡萄糖发酵反应、MR 反应、尿素酶反应、明胶反应以及革兰氏染色 12 种实验。
参照 Solarbio 细菌基因组 DNA 提取试剂盒,菌株的分子生物学鉴定测序工作由生工生物工程股份有限公司(成都)完成。采用通用引物 27F(5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′)和 1492R (5′-GGTTACCTTGTTACGACTT-3′),进行 PCR 扩增,反应程序为:95℃ 5 min,94℃ 30 s,55℃ 30 s, 72℃ 1 min,共 35 个循环。对扩增结果进行测序,结果在 NCBI 进行同源性比较分析,确定亲缘关系,用 MEGA 5.0 采用 Neighbor-joining 法模型构建系统发育树,自举法 1000 次检测进化树的可靠性。
1.5 数据分析
采用 Excel 2016 对实验数据进行数据处理分析。利用 SPSS 25.0 和 Origin 2021 进行数据分析和作图。对不同菌株的增钾量、解钾率等进行单因素方差分析(P<0.05)。用 MEGA 7.0 进行系统发育分析作图。
2 结果与分析
2.1 解钾菌的初筛结果
将土壤样品进行分离、稀释、涂布、纯化得到 103 株高效解钾菌株,其中从野生品种中筛选得到 13 株,移栽品种筛选得到 90 株。本次实验筛选出的解钾菌都为细菌,菌落形状大都为圆形,颜色以透明居多、少量为乳白色,中间凸起或扁平,表面多为湿润,菌落边缘大都整齐、两端钝圆。在 LB 固体培养基上常成圆形、椭圆形,对状、链状排列。其中部分菌株已丧失生物活性,挑选出 88 株优势菌株用于摇瓶液体培养。
1部分解钾菌在硅酸盐固体培养基上的菌落形态
通过解钾圈直径与菌落直径的比值(D/d),对 103 株解钾菌株纯化及观察黄色解钾圈,最终获得 45 株带有明显解钾圈的菌株,菌株解钾指数存在差异。野生品种筛选的解钾菌解钾指数在 1.07~1.59 之间,移栽品分离的菌株解钾指数在 1.07~2.74 之间。组别 K1-1、K1-2、K1-3、K1-4 等为来自不同产地筛选出的不同菌种。其中菌株 K5-1 解钾指数最高,为 2.74;菌株 K3-1 解钾指数最低,为 1.07,见表2。仅从解钾指数并不能判断菌株的解钾能力,需要结合发酵液中的可溶性钾含量进行综合分析。
2.1.1 解钾能力的定量测定
筛选出的 45 株解钾菌株的解钾能力不同,见表3。其中菌株 K2-2 的解钾能力最显著,菌液中速效钾为 1.64 mg·L-1,增钾量为 1.14 mg·L-1,菌株 K5-2 的解钾能力最弱,菌液中速效钾只有 0.51 mg·L-1,增钾量仅为 0.01 mg·L-1。25 株解钾菌发酵液的 pH 为 4.71~6.96,呈酸性。其中 K7-2 的 pH 最低,但速效钾含量最高的 K2-2 的 pH 为 6.45。
2解钾细菌的菌落直径、解钾圈直径以及两者的比值(x-±sn=3)
注:D/d 为解钾指数,解钾圈直径与菌落直径的比值。同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。
3解钾菌发酵液中的可溶性钾含量及菌液 pH(x-±sn=3)
注:同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。下同。
将菌株发酵培养后,通过发酵液中的速效钾含量以及其发酵液中的增钾量,发现各菌株发酵液中的增钾率存在显著性差异,见图2。增钾率超过 60% 的菌株有 9 株,超过 50% 的菌株有 17 株,其中 K1-2、K2-2 菌株的增钾率可达到 69.51%。综合解钾菌的解钾能力整体来看,不同产地的太白贝母根际解钾菌的解钾能力存在较大差异,但具体能力数值显示与地理分布无明显相关。
2.2 解钾菌的复筛结果
表4可以看出,不同的菌株具有不同的产 IAA 能力。在 45 种优势解钾菌中,IAA 含量超过 50 mg·L-1 的菌株有 7 株,超过 40 mg·L-1 的菌株有 14 株,其中含量最高的是 K9-3,可达 68.44 mg·L-1;IAA 含量最低的是 K1-3,仅有 18.44 mg·L-1。总体来说,实验所得产 IAA 能力大部分较强。
245 株解钾细菌的增钾率
4解钾菌发酵液中的吲哚乙酸含量(x-±sn=3)
少数菌株没有溶有机磷能力,磷增量数值则不做处理。测定解钾菌溶无机磷能力结果如表5所示,菌液溶无机磷增磷量在 1.91~11.76 μg·mL-1 之间,溶无机磷能力最强的是 K8-1,其 pH 为 4.15;相对最弱的菌株 K1-2,其 pH 为 5.26。测定解钾菌的溶有机磷能力结果表明,菌液溶磷能力增磷量在 2.82 μg·mL-1 以下,其中溶有机磷能力最强的菌株是 K10-3,其 pH 为 5.08;相对最弱的菌株 K4-3,几乎没有溶有机磷能力,其 pH 为 5.54。结果表明,所有处理组的 pH 均小于 CK 组,可知解钾菌能够产生酸性物质,但菌液 pH 的大小与解钾菌株溶无机磷能力并无明显的数量关系。
5测定解钾菌的溶磷能力及发酵液 pH(x-±sn=3)
注:字母 z 后的排序使用 Aa、Ab、Ac、···、Az 等标注,其前缀大写字母(如 A)仅为序列延续符号,无独立分类含义。
不同的根际菌可以产生铁载体,进而促进植物生长,解钾菌在 CAS 培养基上的产铁圈,圈落大都表现为橙色或透明,对有产铁能力的菌株做可溶性指数测定,结果如表6。产铁能力与其他指标结合共同挑选出促生能力较好的解钾菌株,其中产铁圈较大的是 K4-1、K3-5、K7-1;而可溶性指数较大的是 K1-2 和 K1-5,指数分别可达 2.95 和 3.23。
6解钾菌的产铁圈及可溶性指数(x-±sn=3)
注:D/d 为可溶性指数,产铁晕圈直径与菌落直径的比值。
2.3 解钾菌株的鉴定
将筛选的 45 株解钾菌株进行基本性质的测定[24-25],得到 36 株属于芽孢杆菌属,3 株属于叶杆菌属,3 株属于沙雷菌属,2 株属于微杆菌属,1 株伯克霍尔德菌属。包括革兰氏染色,接触酶、淀粉水解、硝酸还原、吲哚、柠檬酸、精氨酸双水解、蔗糖发酵、葡萄糖发酵,MR、尿素酶以及明胶实验。其中 36 株解钾菌革兰氏染色反应均为阳性,41 株均可产生明胶酶分解明胶,使明胶液化;甲基红实验表明,有 38 株反应呈阳性,可代谢糖产酸。葡萄糖发酵反应显示有 44 株氧化型。柠檬酸反应 40 株为阳性,见表7
综合初筛和复筛结果,将 45 株解钾菌进行 16S rDNA 测定与系统发育树构建,获得 3 株综合能力较强的解钾菌,将上述菌株共同构建系统发育树,见图3。可以看出 K9-4 的 16S 序列与 Bacillus cereus 相似度为 100%,推断为蜡状芽孢杆菌;K4-1 的 16S 序列与 Bacillus subtilis 亲缘性最近,相似度为 100%,推断该菌为枯草芽孢杆菌;K2-4 的 16S 序列与 Burkholderia hospita 相似度为 100%,推断该菌属于伯克霍尔德菌属。
7解钾菌株的生理生化特性
3部分解钾菌的系统发育树
2.4 高效解钾菌 K2-4、K4-1、K9-4 的解钾促生能力
3 株解钾、产 IAA、溶磷、产铁能力较好的菌株为 K2-4、K4-1、K9-4,其产 IAA 最高达 43.35 mg·L-1、对钾长石粉的最高转化量达到 1.26 mg·L-1、对磷酸三钙的最高转化量达到 8.85 mg·L-1、对卵磷脂的最高转化量达 2.78 mg·L-1、产铁指数最高达 2.42,结果见表8;3 株菌均能产生不同大小的橙色产铁晕圈,K4-1 菌株产生的产铁晕圈最大,晕圈直径达2.2 cm,菌落直径为0.7 cm,如图4所示。
8优势菌株的各项促生能力
4菌株 K2-4(A)、K4-1(B)、K9-4(C)的解钾和产铁载体情况
对 K2-4、K4-1、K9-4 在硅酸盐、LB 固体培养基和显微镜下的观察如图5所示,可见 K2-4 菌落体积较大,K2-4 为革兰氏阴性菌,其余 2 株菌株都为革兰氏阳性菌。K4-1、K9-4 符合芽孢杆菌属(Bacillus sp.)特征。K2-4 符合伯克霍尔德菌属特征(Burkholderia),结果见表9
5菌株 K2-4(A)、K4-1(B)、K9-4(C)在硅酸盐细菌培养基菌落图、LB 培养基菌落图以及革兰氏染色图
9优势菌株鉴定表
3 讨论
植物生长发育所必需的钾元素,参与多种新陈代谢过程[26-27],彭明友[28]研究发现钾肥对促进脐橙果树生长、增加果实产量以及改善果实品质具有较好的效果。土壤中解钾微生物能够将难利用的磷转化,提高土壤利用率,改善植物的产量和品质[29-30]。据报道,解钾菌对油菜、辣椒等植物的氮、磷、钾等元素的代谢、有效成分和生长发育影响具有确切的效果并推广应用[731]。解钾菌具有较强的根际效应分布,不同土壤类型中的解钾菌数量和能力不同[32],与本研究结果一致。微生物的多样性或群落结构会影响植物的药用物质的合成[33],不同太白贝母的微生物多样性存在差异,与太白贝母植物及采集环境有关。
微生物钾肥菌剂的制作,首先分离筛选出高效解钾菌,将解钾菌制成微生物钾肥菌剂与基肥或追肥配合使用,提高植物吸收利用速效钾的效率[34]。彭哲慧等[35]分离得到 3 种具有较强解钾能力的类芽孢菌属和剑菌属的菌株,其中 1 株胶质类芽孢杆菌的释钾能力最强。高佩等[36]从青海野生中国沙棘根际土中筛选出具有解钾能力的 3 株解钾菌株,这些菌株可以提高种子的发芽率,促进空心菜幼苗的生长发育。周浓等[7]从云南、贵州、四川移栽和野生品滇重楼根际土壤中分离得到 26 株解钾菌株,来自芽孢杆菌属、农杆菌属和葡萄杆菌属 3 个属,其中解淀粉芽孢杆菌的解钾能力最强。本研究所筛选出的部分解钾菌所属的芽孢杆菌与所讨论的研究结论类似。
目前对解钾微生物及其菌肥的利用主要在农作物上,对药用植物强溶解和促生能力的解钾菌的分离筛选较少,严重制约着药用植物生物菌肥的开发利用[11]。本研究从云南等地的太白贝母根际土壤中分离得到 103 株解钾菌株,根据解钾能力初筛后获得 45 株解钾菌,再用促生能力指标复筛出 3 株高效解钾菌,本研究筛选的具有解钾能力的根际促生菌是芽孢杆菌属和伯克霍尔德菌属,其中伯克霍尔德菌属尚未见相关报道,因此,对该菌属的菌株进行深入研究显得尤为重要。本研究增加了微生物钾肥的多样性,下一步将筛选的优势解钾菌与太白贝母植株共生培养进行品质和产量等研究,以期能够研发混合型微生态菌剂促进太白贝母的生长和品质的提升。
植物根际促生菌是一类能够在植物根部区域定殖或在根际土壤中稳定存在的微生物。它们通过分泌特定的物质,不仅能直接或间接地促进植物的生长,还能有效地预防和控制植物病害。这些有益的微生物通常来源于伯克霍尔德菌属和芽孢杆菌属等。本研究中,筛选出的蜡状芽孢杆菌也具备多项其他功能。刘瑾等[37]筛选非致病性的蜡状芽孢杆菌不仅具有显著的应用潜力,而且还显示出作为植物生长促进剂的潜力。此外,蜡状芽孢杆菌还能有效吸附污泥中的六价铬,从而减少其对环境的污染[38]。黎紫珊等[39] 发现将蜡状芽孢杆菌与稻秆生物炭结合使用时,可以显著提高土壤中细菌物种的多样性和数量,这为土壤重金属污染的微生物修复提供了重要的理论依据。
伯克霍尔德菌广泛分布于水体、土壤、植物、动物等中,大部分能产生天然代谢物,对植物具有抗病促生的功能,常被用于生产生物制剂,在农业生产中具有非常重要的意义[40]。伯克霍尔德菌属中的一些菌株还具备固氮和解磷的功能,这些功能能够促进植物的生长[41]。伯克霍尔德菌作为一种广泛认可的微生物生防菌,对多种病原菌具有较强的抑制效果。它以其广谱性、低毒性和对环境的友好性等显著优势,在生物防治领域展现出巨大的应用潜力。
枯草芽孢杆菌兼具生防和促生两大效果,具有高效、广谱的抑菌活性和多样化的生物活性,能促进作物生长发育[42]。郭彦钊等[43]研究发现,在合理的添加量范围内,枯草芽孢杆菌菌剂的添加可以降低盐碱土对无机盐离子的弥散能力。闫艳华等[44]筛选的枯草芽孢杆菌对黄曲霉菌的抑制率高达 87.5%,且对玉米生长具有一定的促生作用,其发酵代谢产物对黄曲霉菌的菌丝生长具有较强的抑制力。谭丹等[45]研究表明,枯草芽孢杆菌对由尖孢镰孢菌引起的拟石莲属多肉植物黑腐病菌具有抗性,结论也为多肉植物黑腐病的防治及生防菌剂开发提供参考。微生物菌肥中的有益微生物能够分泌活性物质,这些物质能够激活作物的免疫系统,从而降低作物受到病菌和土传病害侵袭的风险,这一过程有助于增强作物的抗虫性和抗病性[46]
解钾菌属于土壤习居菌,广泛分布于各类土壤,但由于土壤中主要硅酸盐矿物种类不同,其中所含的解钾菌种类也存在差异,可培养的细菌优势种群也明显不同[35]。由于太白贝母的产地不同,其根际土壤解钾菌的类别也不同,解钾能力也随之变化。即使来自同一属,不同菌株之间在解钾效果上也可能会呈现出明显的强弱差异。推测不同产地的太白贝母根际土壤解钾菌在不同的培养条件下,其解钾效果也可能存在差异。
4 结论
本研究筛选出3株高效促生解钾菌 K9-4 (Bacillus cereus)、K2-4(Burkholderia hospita)、 K4-1(Bacillus subtilis),经鉴定分别为蜡状芽孢杆菌、伯克霍尔德菌和枯草芽孢杆菌。3 株菌株均具有解钾、溶无机磷和产 IAA 能力,能同时具备解钾和促生能力,为微生物解钾菌肥的开发提供了菌种资源,也为促进太白贝母植株生长所用肥料提供选择对象。
1部分解钾菌在硅酸盐固体培养基上的菌落形态
245 株解钾细菌的增钾率
3部分解钾菌的系统发育树
4菌株 K2-4(A)、K4-1(B)、K9-4(C)的解钾和产铁载体情况
5菌株 K2-4(A)、K4-1(B)、K9-4(C)在硅酸盐细菌培养基菌落图、LB 培养基菌落图以及革兰氏染色图
1不同产地野生和栽培太白贝母样品信息
2解钾细菌的菌落直径、解钾圈直径以及两者的比值(x-±sn=3)
3解钾菌发酵液中的可溶性钾含量及菌液 pH(x-±sn=3)
4解钾菌发酵液中的吲哚乙酸含量(x-±sn=3)
5测定解钾菌的溶磷能力及发酵液 pH(x-±sn=3)
6解钾菌的产铁圈及可溶性指数(x-±sn=3)
7解钾菌株的生理生化特性
8优势菌株的各项促生能力
9优势菌株鉴定表
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