比较新疆叶城两种主栽红枣—骏枣与灰枣的土壤养分、微生物多样性和枣营养品质之间的差异,分析土壤养分、微生物与枣营养品质之间的相关性,从土壤养分、微生物角度研究枣营养品质的影响因素.通过化学分析法测定叶城骏枣与灰枣土壤养分、枣营养品质指标,高通量测序分析土壤微生物多样性,将土壤养分和微生物优势门属微生物进行冗余分析,研究枣营养品质指标与土壤养分、微生物功能类群的相关性.结果显示,新疆叶城两种主栽红枣土壤的全氮、速效氮、有机质含量显著不同;细菌群落变化的主要原因是土壤 TN(全氮)值,真菌群落变化的主要原因是土壤AN(速效氮)值.两种主栽红枣土壤微生物多样性显示,骏枣土壤微生物在细菌水平上具有更高的物种丰富性和多样性,薄壁杆菌属(Gracilibacillus)、芽胞杆菌目(Bacillales)等溶磷微生物、固氮微生物等功能土壤微生物相对丰度和占比较高,差异显著;枣营养品质,尤其是不可溶膳食纤维、Fe、K、Zn的含量差异明显.而不可溶膳食纤维、K、蔗糖含量与TP(全磷)、OM(有机质)存在显著负相关;Fe、Zn含量与薄壁杆菌属、芽胞杆菌目等九类功能微生物存在显著正相关;Mg、可溶性糖、可溶性膳食纤维含量与Paenibacillaceae存在显著负相关.相关性结果表明,新疆叶城两种主栽红枣的枣营养品质与土壤养分、微生物功能类群具有密切的联系,土壤养分和微生物的共同作用也影响着枣果的营养品质.

[目的]对实验室分离筛选得到的一株解淀粉芽孢杆菌SQ-2 进行促生特性研究,确定该菌株对水稻促生的浓度范围与作用机制,并分析接种菌株前后的土壤菌群结构.[方法]利用钼蓝比色法与固氮酶试剂盒对菌株SQ-2 的溶磷能力及固氮酶活性进行检测.将 102、104、106、108 和 3×108 CFU/mL的菌悬液接种至水培与土培水稻中,分别培养 14 d和 20 d后测定其水培、土培水稻的根茎干鲜重、茎长与茎粗.采用苯酚-次氯酸钠比色法、茚三酮检测法与 3,5-二硝基水杨酸比色法测定土培水稻土壤中脲酶、蛋白酶与蔗糖酶的活性.利用pH计电位法检测土壤pH值,用对应试剂盒检测土壤速效氮磷钾含量及酸性磷酸酶活性,并对接种 3×108 CFU/mL组的土培水稻土壤进行根际细菌群落结构分析.[结果]菌株SQ-2 对磷酸三钙的溶解量为 229.63 mg/L,固氮酶活性为 55.07 U/L.与对照相比,接种菌悬液浓度在 104 CFU/mL时,水培水稻根的干、鲜重增长最为显著;在接种浓度为3×108 CFU/mL时,土培水稻根茎的干、鲜重增长最为显著.随着接种菌悬液浓度的升高,上述土壤酶活性与速效氮磷钾浓度都有着不同程度的增加,而接种菌株 3×108 CFU/mL的土壤pH值则由原来的 7.83 降至 7.26.接种菌株SQ-2 改变了水稻根际土壤中的菌落构成,显著提高了土壤α多样性的Ace、Chao、Sobs与Shannon指数.[结论]解淀粉芽孢杆菌 SQ-2 对土培、水培水稻均有不同程度的促生效果.在土培实验中,能够通过提高土壤酶活性、速效氮磷钾水平及改变土壤菌群结构来起到促生作用,为细菌菌肥的研发提供了新的菌株资源.

土壤盐渍化是影响作物生长发育和产量的主要环境因素,利用土壤有益微生物治理盐渍化土壤是盐碱地改良的有效途径.本实验室前期从盐渍化土壤中筛选到两株耐盐菌株氧化微杆菌(Microbacterium oxydans)C8 和嗜麦芽窄食单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)B4.菌株C8 具有解钾、溶有机磷和无机磷及产生长素的能力,菌株B4 具有溶有机磷和产生长素的功能.本文研究了C8 和B4 混合发酵对其功能的影响,结果表明,C8 和B4 混合培养后,其解钾、溶磷及产生长素的能力显著高于单一菌株.利用正交试验和响应面优化试验对其混合发酵培养基和培养条件进行优化,C8 和B4 混合发酵最适培养基配方为:葡萄糖 10 g/L,酵母膏 10 g/L,NaCl 4.5 g/L;最适培养条件为:pH 7.4,温度 28.8℃,转速 129 r/min,接种量 2%,装瓶量 20%,培养时间 23 h.以烟草为材料,检测复合菌剂对植株生长的作用,结果显示,盐胁迫下C8 和B4 复合菌剂处理显著促进植株生长.

磷是生物分子中的重要元素,是陆地生态系统初级生产的主要限制因子之一.全球粮食需求的增加和现代农业对磷肥的消耗导致集约农田中磷的过量输入,进而引起土壤磷流失的增加和地表水的持续富营养化.溶磷微生物(phosphate solubilizing microorganisms,PSMs)被认为是可以提高农业生产力的生态友好型肥料,在改善土壤肥力方面有重要意义.全面和深入理解 PSMs 功能及其在磷的土壤生物化学转化过程中的作用,对提高土壤磷有效性有至关重要的作用.本文系统综述了PSMs的种类和分布多样性,主要参与微生物磷循环的功能基因,以及PSMs如何参与土壤磷循环和这些过程背后的反应机制,以便更好地认识 PSMs 能力及其在土壤磷循环中的作用,以便于在未来的应用中发挥更大的潜力.

[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.

[背景]菊科(Asteraceae)外来入侵植物欧洲千里光(Senecio vulgaris L.)来源于欧洲,广泛分布于我国西南和东北地区,在湖北高海拔山区也有分布.在入侵过程中,内生细菌可能在其获取氮磷营养方面起到了一些关键性作用.[目的]探究欧洲千里光内生固氮菌和溶磷菌的多样性和功能,为理解其入侵机制及防治提供参考.[方法]选择来自 6 个不同种群的种子,萌发后转移到花盆生长 6-8 周,并从每个种群中各挑选 9 株生长情况良好的植株,对其叶片和根组织表面进行消毒处理.使用基于 nifH 基因(固氮功能基因)的高通量测序方法对植物的固氮微生物群落结构和多样性进行研究.通过涂布平板法和平板划线法,在固体无氮培养基(Ashby)和无机磷培养基(inorganic phosphate,NBRIP)上对植物内生菌进行分离、纯化,对纯化的固氮菌株和溶磷菌株进行16S rRNA基因测序.采用钼锑抗比色法分析纯化溶磷菌株的溶磷能力.[结果]基于nifH基因的内生菌高通量测序结果表明,欧洲千里光叶样本中固氮菌多样性显著高于根样本;固氮菌群落中丰度最高的属是慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium,30.9%-34.0%),其次是伯克氏菌属(Burkholderia,27.2%-27.4%)、Methyloversatilis(2.1%-7.1%)和固氮螺菌属(Azospirillum,2.9%-3.9%);共 6 个门,其中变形菌门(Proteobacteria)在所有样本内相对丰度均达 90%以上.用Ashby培养基筛选得到 238 株纯菌,分布在 4 门 7 纲 10 目 16 科 19 属,其中丰度前 5 的优势菌属包括微杆菌属(Microbacterium,31.0%)、芽孢杆菌属(Bacillus,24.8%)、假单胞菌属(Pseudomonas,22.1%)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas,6.2%)和类芽孢杆菌属(Paenibacillus,2.8%).用NBRIP培养基筛选共得到 318 株菌株,鉴定这些内生菌覆盖到 3门 5 纲 7 目 15 科 16 属,其中丰度前 5 的优势菌属包括芽孢杆菌属(48.4%)、假单胞菌属(19.2%)、微杆菌属(15.2%)、类芽孢杆菌属(3.6%)、不动杆菌属(Acinetobacter,3.6%).挑选了 24 株代表性菌株对溶磷能力进行了定性及定量检测,结果表明有 17 株具备显著的溶磷能力,而且细菌培养过程中培养基pH值下降.[结论]欧洲千里光内生固氮菌和内生溶磷菌具有丰富的多样性,并且溶磷菌具有一定的溶磷能力,在欧洲千里光的入侵过程中可能起着促进作用.

化肥的过度施用已在白芷种植中造成产量下降、品质退化等诸多问题.为推动白芷绿色栽培模式,挖掘白芷根际真菌资源,该研究分别从道地及非道地产区白芷根际分离、筛选具有固氮、溶磷、解钾、产铁载体和产吲哚乙酸(IAA)促生特性的白芷根际真菌,结合形态特征及ITS rDNA序列对菌株进行综合鉴定,采用盆栽试验验证其促生效果.结果表明,通过各促生活性从道地和非道地白芷根际分离筛选获得了 37 株促生真菌,多为镰孢菌属Fusarium,且道地产区白芷根际可培养的促生真菌种类较非道地产区的更为丰富多样.所有菌株中以黑曲霉ZJ-17 的综合促生潜力最强,在室外不施肥的条件下,接种ZJ-17对种植于道地和非道地产区土壤的白芷的生长、产量和有效成分积累均有显著的促进作用,增产率分别为 73.59%、37.84%,一定程度上缓解了不额外施肥对白芷生长的限制.因此,黑曲霉ZJ-17 在白芷增产保质、化肥减施上具有极大的应用前景,可实际应用于促进白芷生长,制备生物肥料上.

为了减少农业生产中化学肥料的使用,本研究利用无机磷培养基对富磷的茶树(Camellia sinensis L.)根际微生物进行筛选,获得一株对磷酸三钙具有高效降解能力的真菌菌株JL-1,经鉴定为产红青霉(Penicillium rubens).通过检测菌株JL-1 在溶磷过程中发酵液的pH值、磷含量和有机酸含量变化发现,该菌株在无机磷培养基中,发酵液pH值与葡萄糖酸含量、pH值与磷含量以及葡萄糖酸与磷含量分别呈显著负相关、显著负相关和显著正相关,且在电子显微镜下观察到磷酸三钙颗粒表面存在被侵蚀痕迹,深入分析发现菌株JL-1 通过分泌葡糖糖酸实现侵蚀磷酸三钙与溶磷的目的.通过单因素试验、Plackett-Burman设计试验、最陡爬坡试验和中心组合试验等一系列试验对培养条件进行优化发现,菌株JL-1 溶解磷酸三钙的最佳碳源和氮源分别是葡萄糖和硫酸铵.葡萄糖含量、磷酸三钙含量和温度是影响菌株JL-1 溶磷能力的主要因素,在葡萄糖 29.8 g/L,磷酸三钙 7.1 g/L,温度 31.9℃的条件下,菌株JL-1 在无机磷培养基中的溶磷能力达到最佳,溶磷量达到 1 194.15 mg/L,是初始值的近 3 倍.在缺磷土壤中,该菌株能显著促进小麦(Triticum aestivum L.)生长,其根长、株高和总鲜重分别提高 57.9%、36.4%和 42.9%,进一步说明产红青霉JL-1 具有良好的解磷、促生功能.菌株JL-1 优良的溶磷特性与溶磷能力为其在生物肥料方向的开发和应用提供了参考.

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.

药用植物是中药体系中最重要的药物来源,是人类赖以防病治病的天然宝库.根际是植物与外界环境进行物质与能量交换的主要场所.根际促生菌能够改变药用植物根际土壤的理化性质,加快根际土壤有效养分的转化,产生相应的特定物质,进而影响着其生长、发育及代谢活动等,这些促生菌对植物生长起到极其重要的作用.就国内外近年来药用植物根际促生菌在固氮、溶磷、产生激素以及生物防治方面研究进展进行总结,旨在为药用植物的研究奠定理论基础,为应用于药用植物的栽培、生产及种质创新提供新思路.