能够促进植物生长的植物根际细菌统称为植物根际促生菌(PGPR).PGPR的应用可以减少农药化肥的使用,有助于农业可持续性发展.过去二十多年中,围绕PGPR功能与作用机理相关的理论与应用研究取得了显著进展.本文旨在总结PGPR的促生与生防机制,重点探讨PGPR在参与植物营养元素的改善与摄取、产生植物激素、分泌信号小分子、合成挥发性有机化合物促进植物生长以及合成抗生素类物质拮抗植物病原菌五个方面的生物学功能,并探讨了PGPR在基础与应用两方面的后续研究方向,以期为未来PGPR相关研究提供理论参考.

[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.

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.

从来源于盐碱地和重金属污染地的8株菌中筛选对盐胁迫下番茄幼苗具有明显促生作用的菌株,并研究这些菌株的相关生物学特性及其对番茄幼苗的盐耐受机制,检测菌株产1-氨基-环丙烷-1-羧酸(ACC)酶活、吲哚乙酸(IAA)产量、解磷、生物膜形成能力、耐盐性和菌株对盐胁迫下植株叶片中的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性,叶片中丙二醛(MDA)、脯氨酸和叶绿素含量的影响.结果显示,其中4株菌(Pseudomonas protegensTM1109、Achromobacter sp.KY5104、Variovorax sp.TY4204和P protegens KY4410)在0.7％盐胁迫下对番茄鲜重增长效果更好,增长率范围为33％-50％.盐耐受机制研究结果显示TY4204和KY5104通过诱导或增强SOD和POD活性来清除番茄体内氧自由基对番茄的损伤.它们也可以合成ACC脱氨酶来抗盐胁迫,同时通过降低叶片中MDA含量来减轻番茄在盐胁迫下的损伤.TM1109和KY4410虽然不产生ACC脱氨酶,IAA产量水平也较低,但可以在盐胁迫下通过诱导或增强SOD和POD活性来清除番茄体内氧自由基对番茄的损伤,具备溶解有机磷能力,且TM1109可溶解无机磷并具备良好的生物膜形成能力,有助于番茄对营养的吸收和生物膜对离子的选择性吸收以抵抗盐胁迫.本研究表明TM1109、KY5104、TY4204和KY4410菌株可以通过多种作用机制来缓解番茄盐胁迫并促进番茄的生长.

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)与根围促生细菌(plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR)联合降解有毒有机物、修复污染土壤和促进植物生长的作用倍受关注.本试验旨在探究AMF与PGPR联合降解土壤中菲和芘的效应,以菲和芘1∶1混合处理浓度各0、50mg/kg、100mg/kg和150mg/kg下对高羊茅Festuca elata接种AMF根内根孢囊霉Rhizophagus intraradices(Ri)、变形球囊霉Glomus versiforme(Gv)、PGPR荧光假单胞菌Pseudomonas fluorescens Ps2-6、芽孢杆菌Bacillus velezensis Ps3-2、Ri+Ps2-6、Ri+Ps3-2、Gv+Ps2-6、Gv+Ps3-2和不接种对照共36个处理.结果表明,供试AMF增加了PGPR的定殖数量;接种PGPR则显著提高AMF的侵染率.AMF、PGPR或AMF+PGPR处理均显著降低土壤中菲和芘含量,促进植物对土壤中菲和芘的吸收,显著提高高羊茅根系和叶片内的菲和芘含量.在土壤中菲和芘100mg/kg和150mg/kg水平下,Gv与Ps2-6及Ri与Ps2-6能相互促进对土壤中菲和芘的去除效应,其中接种Gv+Ps2-6组合处理的去除率最高,达到95％-98％,土壤中多酚氧化酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性显著高于单接种处理和不接种对照,而酸性磷酸酶活性变化则表现为相反趋势.其中以Gv+Ps2-6组合处理的多酚氧化酶活性最高,为0.17mg/g,是不接种对照的1.9倍;脱氢酶和过氧化氢酶活性分别达到1.32μg/(g.h)和1.81mL/g;酸性磷酸酶活性则比不接种对照土壤降低27％-45％;易提取球囊霉素相关土壤蛋白含量和总球囊霉素相关土壤蛋白含量分别是不接种对照的1.6倍和1.5倍.

[背景]Pseudomonas最突出的植物促生性状是可抑制植物病原微生物,但其它植物促生性状报道相对较少.[目的]明确Pseudomonas sp.BP16的植物促生性状,揭示其对小麦幼苗和马铃薯的促生效应,以期为该菌株的田间应用提供理论依据.[方法]基于无机磷培养基,以涂布划线技术进行分离纯化;通过多相分类对BP16进行分类鉴定;以选择性培养基或比色法等方法对促生性状进行定性或定量分析;设置3种处理pBP16、VK、CK,分别代表施加含BP16的颗粒微生物肥料、施加不合菌的空载体颗粒、颗粒微生物肥料和空载体颗粒都不施加的空白处理,采用盆栽试验分析不同处理下的小麦和马铃薯生长性状及其根围土理化性质的变化.[结果]共分离得到41株菌;1株编号为BP16菌株的16S rRNA基因序列与P.brassicacearum subsp,neoaurantiaca的相似性最高(99.38％),但一些生理生化特征如明胶液化存在一定的差异;BP16菌株的解磷酸钙-磷能力最强,其发酵液中水溶性磷含量可达67.15μg/mL菌液,而且该菌具有固氮能力、产IAA (Indole-3-acetic acid)能力(8.93 mg/L)、产铁载体能力(D/d为2.46)、ACC脱氨酶活性,同时能够抑制植物病原菌马铃薯晚疫病病原菌、亚麻枯萎病病原菌和向日葵菌核病病原菌,其抑菌率分别为76.19％、32.00％和22.22％;pBP16相比VK和CK处理,显著提高了小麦的株高、根长、叶绿素含量以及干重(提高约5.29％-90.90％),根围土速效磷和速效氮含量也显著提高,提高约8.63％-83.81％;同时,pBP 16较VK和CK处理的单株产量以及根围土速效磷都有极显著的提高,而速效氮水平高于CK.[结论]菌株BP16为P.brassicacearum的一个新亚种,具有多种植物促生性状,对植物促生效应良好,可作为植物促生菌剂用菌种、具有良好的应用前景.

[目的]旨在分离、筛选并鉴定体外具抑菌促生作用的定殖于植物根内和根围的放线菌,以期丰富放线菌种质资源,为研制植物病害生防菌剂提供技术依据.[方法]采用稀释涂布平板法分离盐碱地、湿地、工业污染土壤中优势植物根内及其根围中的放线菌;通过平板对峙试验筛选具有抑菌效应的菌株,进而采用Salkowski比色法、CAS平板检测法和无氮源培养法进一步检测抑菌菌株的促生作用;通过形态观测、生理生化特性检测及16S rRNA基因序列分析鉴定菌种.[结果]共分离到链霉菌属(Streptomyces)、诺卡氏菌属(Nocardia)和小单孢菌属(Micromonospora)3属共283株定殖于植物根内和根围的放线菌,3个采样地中湿地数量最多,均为根围土＞根内;其中链霉菌属占总数的77％,可分为10个类群.经筛选获得7株抑菌活性和促生效应较强的菌株,其中菌株H6-1抑菌效应最大,其无菌发酵液对尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)、灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)、立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)、轮纹大茎点霉(Macrophoma kawatsukai)和瓜类炭疽菌(Colletotrichum orbiculare)的抑制率分别为32.3％、42.6％、48％、72.2％、58.1％和60.5％;而D11-4菌株的促生作用最强,能产吲哚乙酸(22.3 mg/L)、产铁载体(晕圈直径25.2 mm)和固氮.经鉴定这7株放线菌是吸水链霉菌变种(Streptomyces angustmyceticus)H4-6、娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei) S2-2、浑圆链霉菌(Streptomyces globosus) H6-1、(Streptomyces iakyrus) GD8-4、波卓链霉菌(Streptomyces bottropensis) GH8-6、(Streptomyces paradoxus) H8-2和(Streptomyces coralus)D11-4.[结论]三个生境中定殖于植物根内和根围的放线菌类群丰富且所筛选获得的7株放线菌具有生防潜力,值得进一步研发.

[背景]芽胞杆菌是农业上重要的微生物菌剂,对植物具有促生、防病、防虫等作用.[目的]了解亚热带植物内生和根际芽胞杆菌的种群分布,为其功能挖掘提供科学依据.[方法]采用可培养手段对甘蔗(Saccharum officinarum)、红麻(Hibiscus cannabinus L.)、黄麻(Corchorus capsularis L.)、黄秋葵(Abelmoschus esculentus)和玫瑰茄(Hibiscus sabdariffa)根际土壤和根内生芽胞杆菌进行分离,利用16S rRNA基因测序对分离菌株进行分类鉴定,并分析系统发育地位.[结果]共获得了可培养芽胞杆菌菌株144株,其中根内生芽胞杆菌82株,根际土壤62株.经16S rRNA基因测序鉴定为芽胞杆菌4个属37个种,分别为芽胞杆菌属、短芽胞杆菌属、类芽胞杆菌属和赖氨酸芽胞杆菌属.芽胞杆菌菌落数量和种类在根部及其根际土壤中差异较大,根际土壤中芽胞杆菌菌落数量远远大于根部,根际土壤中芽胞杆菌菌落含量范围为(0.2-370.0)×105 CFU/g,而根部为(0.1-81.0)×103 CFU/g.根部分离获得的芽胞杆菌种类远大于根际土壤中,从作物根际土壤中共获得了芽胞杆菌19个种,从根部获得内生芽胞杆菌共32个种.阿氏芽胞杆菌(Bacillus aryabhattai)、仙草芽胞杆菌(Bacillus mesonae)和假蕈状芽胞杆菌(Bacillus pseudomycoides)同时存在于4种作物的根际土壤和根部,其他芽胞杆菌种类仅存在于1种作物的根际或者根部.[结论]亚热带作物根际土壤和根部芽胞杆菌种类和数量极为丰富,而且还存在可分离培养的芽胞杆菌潜在新物种,这为了解植物与根际微生物相互作用、根际环境生态平衡提供了理论基础和科学依据.

根结线虫可导致危害严重的土传植物病害,多粘类芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa) KM2501-1由于对南方根结线虫(Meloidogyne incognita)具有良好拮抗效果,因而具有开发潜力.通过小型发酵罐对KM2501-1菌株进行发酵生产,并对发酵液原液进行温室盆栽和田间小区试验的效果评价.结果显示,发酵液上清对南方根结线虫2龄幼虫具有很好的触杀活性,48 h后线虫的校正死亡率可达93.7％.在温室试验中,与清水对照相比,发酵液处理组番茄根结指数显著降低,在5、10和20 mL/盆范围内随着施用量的加大而不断下降,防治效果最高达到55.9％,接近阿维菌素的防治效果(64.7％).在田间试验中,发酵液处理组番茄根结指数也显著低于清水对照组,防治效果最高达到41.8％,优于阿维菌素的防治效果(29.4％);此外,番茄株高与地上部鲜重也显著增高,其中鲜重提高29.9％.因此,多粘类芽孢杆菌KM2501-1发酵液可有效控制番茄根结线虫病害并促进植株生长,具有开发应用前景.

[背景]由燕麦镰孢(Fusarium avenaceum)和麦根腐平脐蠕孢(Bipolaris sorokiniana)等病原真菌引起的青稞(Hordeum vulgare L.var.nudum Hook.f.)根腐病普遍发生,对藏区农业生产和发展产生了极大威胁.[目的]从青稞健康植株根际土壤中筛选具优良防病促生能力的菌株,通过研究菌株间的互作效应以筛选优良菌剂配伍,制作防效优良的防病促生菌剂,以期为青稞根腐病的防治及青稞增产提供优质的菌剂资源.[方法]采用选择性培养基筛选促生菌株,采用平板对峙法筛选拮抗菌株;采用灌根法和叶面接种法测定菌株致病性;采用乙炔还原法测定固氮能力,钼蓝比色法测定溶磷能力,采用高效液相色谱法测定分泌吲哚乙酸能力;采用16SrRNA基因序列分析鉴定菌种;田间测定菌剂防效,并采用TOPSIS综合分析法进行综合评价.[结果]共分离出具固氮、溶磷能力菌株23株,并从中筛选得到6株拮抗能力良好的菌株,其中5株溶有机磷、3株溶无机磷、3株固氮菌,而且均分泌吲哚乙酸;测定其致病性发现对青稞、燕麦、油菜、豌豆等采样区常见作物均无致病性;经鉴定分别为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)2株、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)1株、蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)1株、荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)1株及不动杆菌(Acinetobacter sp.)1株;优化筛选得到7种优良组合(SC1-SC7),选择其中4种最优组合(SC2、SC4、SC6和SC7)作为菌剂配方,制作液剂、粉剂和颗粒剂3种剂型菌剂,田间小区测定其防效,发现组合SC7(短小芽孢杆菌Xpq-3、蜡样芽孢杆菌Xpq-15和不动杆菌Xpq-21)液剂防病促生效果最佳.[结论]青稞根围土壤中存在有优良的防病促生菌株,利用其制作的菌剂对青稞根腐病有良好的防效.