随着推进化肥农药"双减"、推动中药农业生态化等号召的提出,微生物菌肥成为了应对化肥农药零增长、促进药用植物高产优质、维持土壤健康、推动中药材种植业可持续发展的主力军.土壤状况和土壤微环境对药用植物的生长发育和品质形成至关重要,微生物菌肥作为一种环境友好型肥料作用于土壤,能通过补充土壤有机质和促进有益微生物代谢活动有效提高土壤质量,促进药用植物高产优质.对此,了解微生物菌肥介导的药用植物品质形成机制对中药生态农业的发展至关重要.该研究围绕微生物菌肥改善土壤性质、参与土壤养分循环、提高药用植物抗性、促进药效成分积累等主要过程梳理了菌肥在调控药用植物品质形成中的作用机制,介绍了菌肥在药用植物中的应用并对其发展作出了展望,以期为利用微生物菌肥提高中药材品质、改善土壤生态环境、推动中药生态农业可持续发展和推广菌肥的应用提供科学依据.

[目的]研究植物内生菌Wickerhamomyces sp.KLBMP0506对拟南芥(Arabidopsis thaliana)的促生作用及潜在的促生机制.[方法]本研究以野生型拟南芥为试验材料,将其与菌株KLBMP0506进行平板共培养及盆栽接种试验,并测定拟南芥鲜重、干重、主根长、侧根数、叶绿素含量和可溶性糖含量等生长、生理指标,同时对筛选的与拟南芥侧根、主根形成及生长素合成和运输相关的11个基因进行实时荧光定量聚合酶链式反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)分析.[结果]接种目的菌株KLBMP0506后,平板试验的拟南芥鲜重及侧根、盆栽试验的拟南芥鲜重、干重、茎长、叶绿素含量和可溶性糖含量均有一定程度的增加;分隔平板试验及菌株KLBMP0506发酵液中促生活性物质分析显示,该菌株产生的挥发性有机物质及其发酵液中的正丁醇和乙酸乙酯提取物均对拟南芥有明显的促生作用;此外,qRT-PCR分析显示KLBMP0506处理后,拟南芥中与侧根形成相关基因ABI4、FLA1的表达出现不同程度的下调,与生长素合成、运输相关基因AUX1、EIR1、YUC4的表达整体呈上调趋势,表明菌株KLBMP0506可能通过调控拟南芥中与侧根形成以及与生长素合成和运输相关基因的表达,而实现对拟南芥的促生作用.[结论]本研究明确了菌株KLBMP0506对模式植物拟南芥的促生作用,为其开发成为微生物菌肥提供理论依据.

由于香菇菌糠纤维素含量过高,作为菌肥难以被农作物直接利用,为了更好地解决香菇菌糠降解缓慢的问题,本研究以菌株酶活力和菌糠失重率为指标对 8 株真菌和 6 株细菌菌株进行香菇菌糠降解优选菌株的筛选,确定了降解能力较高的 2 株真菌和 2 株细菌,分别为桦褶孔菌 Lenzites betulina和一色齿毛菌Cerrena unicolor,无丙二酸柠檬酸杆菌Citrobacter amalonaticus和变栖克雷伯氏菌Klebsiella variicola;在此基础上研究这4株菌在降解香菇菌糠过程中降解酶活、纤维素、半纤维素、木质素以及主要营养成分的动态变化和肥力测定.研究结果显示,桦褶孔菌对木质素降解效果显著,降解率达到 56.35%;无丙二酸柠檬酸杆菌对半纤维素降解效果良好,达到 61.51%.通过对全碳、全氮的测定,发现 4 种菌株降解后的菌糠氮含量均高于对照组,表明加入菌剂后在一定程度上缓解了氮元素的损失量,增加了菌糠肥力.本研究通过比较研究不同类型的微生物对菌糠降解的理化特征,明确真菌和细菌在菌糠降解过程中具有不同的功能特征,为今后对香菇菌糠发酵堆肥、制备微生物复合菌剂研究方面提供重要的参考价值.

研究不同施肥处理对晋南旱塬麦田土壤微生物功能多样性的影响,可从微生物功能多样性的角度为旱地小麦减肥增产和肥力提升提供理论依据.本研究依托晋南黄土旱塬冬小麦种植区的长期定位试验田,设置秸秆炭(SF)、菌肥(BF)、有机肥(OF)、腐殖酸(HF)、测控施肥(MF)、农户施肥(FF)和不施肥(CK)7种处理,基于Biolog-ECO微平板法,研究了不同施肥处理下晋南旱塬麦田土壤微生物的碳源利用能力和功能多样性的差异.结果表明:不同施肥处理均能提高黄土旱塬麦田土壤微生物代谢活性和功能多样性,但不同处理的增效不同,SF处理下土壤微生物对碳源的利用最强,能够显著提高土壤微生物对31种碳源的总体利用能力和不同类型碳源的利用能力;SF处理下基于碳源利用的微生物功能多样性、物种丰富度、优势度均显著高于其他5个施肥处理,而其均匀度仅高于BF处理.主成分分析和双向聚类热图分析表明,不同施肥处理对土壤微生物群落代谢功能产生显著影响,SF处理对土壤微生物群落功能多样性有显著促进作用,这种促进作用主要体现在微生物对碳水化合物、羧酸类和氨基酸类碳源的利用上.综上,秸秆炭化还田对晋南旱塬麦田土壤微生物活性有较好的促进作用.

[背景]砂姜黑土地区存在秸秆腐解缓慢、秸秆还田后作物幼苗生长不良等问题.[目的]从砂姜黑土区农田筛选一株兼具秸秆腐解能力的玉米促生菌 MC29,以促进秸秆腐解和玉米作物生长.[方法]通过 16S rRNA基因序列分析对该菌株进行鉴定;采用液态摇瓶及盆栽试验验证菌株实际促腐、促生能力及土壤养分的提升效果,并且探究菌株的最佳生长及产吲哚乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)条件;采用电击转化法将绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)基因导入菌株细胞,并通过 PCR 琼脂糖凝胶电泳进行验证.[结果]分离筛选的玉米促生菌鉴定为纤维化纤维微细菌(Cellulosimicrobium cellulans).该菌株 MC29 羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose,CMC)酶活可达 13.32 U/mL,产IAA量为 8.63 mg/L.与对照相比,施用菌株MC29 后秸秆腐解率显著提高 24.8%;玉米soil and plant analyzer development(SPAD)值、植株总重、根表面积和根长分别提高 7.6%、21.3%、30.9%和 18.3%;土壤碱解氮含量显著提高 68.1%,土壤速效磷及土壤速效钾含量分别提高5.8%及6.0%.菌株MC29最佳生长条件为pH 7.0、装液量为25/250 mL、碳源为麦芽糖、氮源为酵母粉;最佳产IAA条件为pH 7.0、装液量为 50/250 mL、碳源为果糖、氮源为硝酸钾;成功构建荧光标记菌株MC29-GFP,并据此追踪到其接入砂姜黑土 15 d后定殖量为 2.8×105-9.5×105 copies/g.[结论]所筛选的纤维化纤维微细菌MC29 对于指导砂姜黑土区多功能秸秆促腐菌剂、微生物菌肥的研制及提升作物产量有一定的积极意义,并为探究其在砂姜黑土中的实际应用奠定基础.

[背景]花生根际分布着丰富的微生物类群,分离筛选多种功能的高效微生物是研发高效复合菌肥的基础.[目的]从花生根际土壤及根表分离微生物,分析可培养微生物的多样性,筛选高效解有机磷和无机磷、产吲哚乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)和铁载体功能的菌株,为研发花生微生物菌肥打下基础.[方法]利用稀释涂布法,从采自山东省栖霞市、平度市、烟台市莱山区3 个样点的花生根际土、根表样品中分离微生物,基于 16S rRNA基因序列对其进行系统发育分析,并通过初筛和复筛筛选高效解磷、产IAA和铁载体的菌株.[结果]共分离、纯化、保藏 147 株菌,其中 75 株分离自根际土壤,72 株分离自根表样品.系统发育分析表明所有的菌分布于放线菌门(Actinomycetota)、芽孢杆菌门(Bacillota)、拟杆菌门(Bacteroidota)和假单胞菌门(Pseudomonadota)这 4 个门的 40 个属,优势属为链霉菌属(Streptomyces,21.77%)、芽孢杆菌属(Bacillus,16.33%);根表样品微生物的多样性高于根际样品;共筛选到解有机磷菌株 62 株,短波单胞菌(Brevundimonas)YTU21021 解有机磷能力最强为 1.12 mg/L;解无机磷菌株 31 株,不动杆菌(Acinetobacter)YTU21009 解无机磷能力最强为 7.04 mg/L;产IAA的菌株 63 株,肠杆菌(Enterobacter)YTU21054产IAA量最高,达 184.19 mg/L;产铁载体细菌 7 株,伯克氏菌(Burkholderia)YTU21051 产铁载体能力最强,As/Ar为 0.90.[结论]花生根际和根表样品中可培养微生物多样性较为丰富,本研究筛选到的高效功能菌丰富了花生根际功能微生物资源,为后续与高效根瘤菌联合研发花生复合微生物菌肥奠定了基础.

[背景]植物根际促生菌在促进植物生长、提高植物系统抗性及改善土壤养分状况等方面具有极大的应用潜力.[目的]为微生物菌肥的开发利用提供高效微生物资源.[方法]采用稀释涂布平板法分离烟草根际土壤可培养细菌,利用PVK培养基筛选具强溶无机磷活性的菌株,结合钼锑抗比色法测定菌株溶磷活性;利用Salkowski's比色液检测菌株产吲哚乙酸(indole acetic acid,IAA)活性;以菌株溶磷量和IAA产量为指标,采用单因素试验设计进行发酵条件优化,以得到菌株溶磷活性和产IAA的最佳发酵方案;基于种子促发芽及幼苗促生长试验验证菌株的促生效果;结合形态学、生理生化和 16S rRNA基因序列对菌株进行分类学鉴定.[结果]于烟草根际土壤分离得到 127 个不同分类的菌株,10 个菌株具溶无机磷的能力,其中菌株SH-1464 溶磷活性最强,溶磷圈直径为 16.11 mm,溶磷量为 119.22 mg/L;Salkowski's比色结果表明,菌株具有极强的产IAA活性,为 39.88 μg/mL.单因素试验结果表明,菌株SH-1464 溶磷的最佳碳源为 10 g/L葡萄糖,最佳氮源为 0.5 g/L蛋白胨,最佳无机磷源及其添加量为 2.5 g/L磷酸三钙,最佳初始pH值为 7.5,温度 30℃,转速 200 r/min;菌株SH-1464 产IAA最佳培养条件为:麦芽糖 10 g/L,酵母粉 5 g/L,NH4NO3 10 g/L,氯化钾 2.5 g/L,L-色氨酸 0.1g/L,pH 6.5,温度 30℃,转速 180 r/min.基于单因素试验结果进行优化前后菌株溶磷量及IAA产量对比试验可知,优化后菌株的溶磷量为 225.9 mg/L,提升 84.5%;IAA产量为 75.3 μg/mL,提升 88.8%.促生试验结果表明:菌株SH-1464 处理下番茄种子的发芽率提高 84.5%,株高提高 55.1%,茎围提高 32.5%,根长、根重分别提高 16.4%和 149%,地上部分鲜重和干重分别提高 172.2%和 203.6%.结合形态学和分子生物学鉴定菌株SH-1464 为拟蕈状芽孢杆菌(Bacillus paramycoides,GenBank登录号为ON417365,保藏号为CCTCCM 2022924);此外,菌株还具有产蛋白酶、产纤维素酶、固氮、分泌铁载体的能力.[结论]菌株SH-1464 具有强溶无机磷、固氮、分泌 IAA、产蛋白酶、产纤维素酶及分泌铁载体等能力,可显著提高番茄种子的发芽率,对番茄幼苗株高、茎围、根长、根重、地上部分鲜重和干重等农艺性状具有显著促进作用,可作为高效微生物资源在微生物菌剂的开发利用等方面展现广泛应用前景.

真菌内生细菌是一类特殊细菌,在寄主真菌体内及生态系统中发挥重要作用.为发掘盘龙参内生真菌内具有促生功能的内生细菌资源,并探索其生物学功能,采用荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)检测高粱附球菌Epicoccum sorghinum菌丝中内生细菌的存在后,利用菌丝组织研磨法分离内生细菌,通过菌落形态、生理生化特性及分子特征对其进行鉴定.运用特异性引物验证细菌的内生性,采用Salkowski比色法、CAS比色法以及钼锑抗比色法对菌株的促生特性进行测定,通过水稻种子促生长实验初步验证内生细菌的促生长能力,并对内生细菌进行全基因组测序和促生相关功能基因分析.真菌E.sorghinum菌丝内能观察到与荧光素标记的单链核酸探针杂交后的细菌,证实其菌丝内含有细菌,从菌丝内分离出一株内生栖稻根瘤菌Rhizobium oryzihabitans 7-2H,具有产吲哚乙酸(IAA)、铁载体和溶磷能力,可显著提高水稻幼苗的茎长、根长、鲜重和干重.菌株 7-2H与标准菌株R.oryzihabitans M15 基因组之间的平均核酸一致性(average nucleotide identity,ANI)值为 96.98%,通过对基因组分析发现,菌株 7-2H含有与产IAA、铁载体及溶磷能力相关的基因.分离得到一株真菌内生栖稻根瘤菌,该菌具有良好的促进植物生长特性,可作为后续研发微生物菌肥的菌种资源.

[背景]由辣椒疫霉引起的辣椒疫病是全球辣椒生产中一种毁灭性的病害.近年来生物防治因其具有对环境友好、对人畜安全的特性而倍受关注.[目的]筛选对辣椒具有防病促生作用的海洋细菌菌株SH-27并鉴定其分类地位.[方法]采用稀释分离法和平板对峙法筛选拮抗辣椒疫霉菌的海洋细菌菌株,以发酵液灌根法测定海洋细菌SH-27菌株对辣椒盆栽的防病促生作用;通过形态特征、生理生化测试及多基因序列分析对海洋细菌SH-27菌株进行鉴定.[结果]从分离的142株海洋细菌中筛选获得11株对辣椒疫霉菌具有较强抑制作用的细菌菌株,其中以来自珊瑚的SH-27菌株的抑菌作用最强、抑菌谱广;室内盆栽试验结果表明,SH-27菌株发酵液处理后的辣椒植株根长、株高、茎粗、鲜重、干重均显著高于对照处理.SH-27菌株发酵液灌根处理后,对辣椒疫病4、6和9d的防效分别为70.81％、66.55％和48.20％.经形态特征、生理生化测试及16S rRNA、gyrA基因序列分析,鉴定SH-27菌株为解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens).[结论]海洋细菌SH-27菌株对辣椒具有较好的防病促生效果,具有开发为微生物农药及菌肥的潜力.

太子参是一种名贵中药材,存在连作障碍问题.本研究利用促生细菌(Bacillus subtilis和Burkholderia为主)研制的不同微生物菌肥,对太子参连作障碍进行消减处理.以未施肥(CK)、正茬(NP)、重茬(SP)、Bacillus subtilis菌肥(1号)、Burkholderia菌肥(2号)、Bacillus subtilis和Burkholderia混合菌肥(3号)等不同处理的太子参根围土壤为供试土样,分析不同菌肥对连作太子参根围土壤理化性质及真菌群落结构的影响,评价不同菌肥对太子参连作障碍消减效果.结果表明:3种外源微生物菌肥都能显著提高重茬太子参的产量,其中菌肥1号、2号和3号处理的产量比重茬地分别增产107％、112％和96％.另外,3种微生物菌肥显著提高连作太子参的土壤pH值,增加土壤速效氮含量及降低速效钾和速效磷含量,说明微生物菌肥中含有的大量功能菌能有效促进土壤养分的转化与利用.结合DGGE发现菌肥2号与3号处理的根围土壤真菌群落结构特征与正茬接近,其结果通过qPCR进一步验证.这表明微生物菌剂施加在重茬土壤中可以促进土壤微生物群落结构和功能多样性朝着正茬的根围微生态方向演变,即菌肥具备减少连作病害对太子参产量和品质的影响的潜力,同时可改善土壤质量,为优化太子参规范化栽培技术提供技术支持.