一种芽孢杆菌的新用途

秦秀兰，庞惠仙

(1.昆明市林业技能开发站， 云南 昆明 650223；2.昆明市濒危动植物收容拯救中心，云南 昆明 650224)

一种芽孢杆菌的新用途

秦秀兰1，庞惠仙2

(1.昆明市林业技能开发站， 云南 昆明 650223；2.昆明市濒危动植物收容拯救中心，云南 昆明 650224)

芽孢杆菌为杆菌科的一属细菌，为好氧或兼性厌氧的杆菌，广泛分布在水、空气和土壤中。芽孢杆菌在菌体生长及代谢过程中产生多种活性物质和酶，合成多种维生素和植物生长素，何月秋等(2009)报道：解淀粉芽孢菌9601-Y2具有非常好的促进植物插条生根和生长的作用。在进行春兰等种子萌发特性研究时发现，Bs芽孢杆菌在国兰种子萌发中具有较强的促进作用，即被该菌感染的春兰种子萌发率特别高，萌发整齐，萌发持续时间短。对该菌分离培养、再接种实验证明，春兰种子萌发率高出无菌萌发的10倍以上，且实验证明，该菌不仅对春兰种子有效，而且对多种莲瓣兰、墨兰、寒兰等种子的萌发同样有效，有效率达95%以上。研究发现的芽孢杆菌这一新用途对保护中国兰花(春兰)资源和新品种培育具十分重要意义。

芽孢杆菌；新用途；促萌作用;代谢产物；根状茎；种子萌发率；应用前景

1 芽孢杆菌简介

芽孢杆菌(bacillus)为杆菌科的一属细菌。为好氧或兼性厌氧的杆菌，一般为革兰氏染色阳性。在某种环境下，菌体内的结构发生变化，经过前孢子阶段，形成一个完整的芽孢。芽孢对热、放射线和化学物质等有很强的抵抗力。在化学组成方面，在芽孢内含有大量营养细胞中不存在的二吡啶羧酸的钙盐；在结构方面，芽孢的原生质外围有三层膜，从内到外是厚的皮层、孢子壳和孢子外膜。在芽孢杆菌属中，对种的划分是以菌体的大小、孢子的形状及其在菌体内的位置、糖的利用及其产物、能否还原硝酸，以及在高浓度的食盐条件下能否生长等为依据。芽孢杆菌广泛分布在水、空气和土壤中，代表种是枯草芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、腊状芽孢杆菌。

由于芽孢杆菌在菌体生长及代谢过程中产生多种活性物质和酶，合成多种维生素和植物生长素等，因此被广泛应用于生物医药、动物饲料、农业、土壤改良、环境治理等领域。其中：何月秋，吴兴兴等(2009)报道，解淀粉芽孢杆菌9601-Y2具有非常好的促进植物插条生根和生长的作用。其原理是9601-Y2产生聚酮类化合物，起到减少插条病害的作用，产生吲哚乙酸(IAA)和赤霉素(GA3)，促进植物根系生长和腋芽萌发；分泌植酸酶，降解土壤中植酸，提高植物吸收的有效态磷元素；它还能在植物根围和根内及地上部分器官内定植，发挥促长作用。因此，芽孢杆菌属的多种芽孢杆菌对人类而言是有益菌。

2 Bs芽孢杆菌对国兰种子萌发的促萌作用

中国兰花(简称国兰)是我国著名传统名花，具有很高的观赏、经济和文化价值。目前野生遗传资源已受到严重破坏。杂交育种是保护兰花资源和新品种培育的重要手段和有效途径，但由于国兰种子特殊的生理结构导致种子萌发困难，使国兰杂交育种进程受到一定影响。自然状态下，国兰种子只有与菌根真菌共生才能发芽长成幼苗。国内外关于菌根真菌与兰科植物相互关系的研究已有近百年的历史，取得一定突破，但由于菌根真菌的专一性和选择性问题，使真菌共生萌发技术难以推广应用。无菌萌发技术主要采用化学和物理方法，软化和破坏种皮，解决了部分国兰种子的萌发问题，但仍不能使大多数国兰种子顺利萌发。笔者在进行春兰等种子萌发特性研究时发现，被某种细菌感染的春兰种子萌发率特别高，萌发整齐，萌发持续时间短。随后将细菌分离培养，并接种到其他无菌萌发培养瓶中进行验证，结果种子萌发效果很好，萌发率高出无菌萌发的10倍以上。反复试验结果表明，这种细菌不仅对春兰种子有效，对多种莲瓣兰、墨兰、寒兰等种子的萌发同样有效，有效率达95%以上，促进兰花种子萌发的效果具有广谱性。经西南林学院植物病理学专家杨斌博士初步鉴定，为芽孢杆菌，即Bacillus sp(简称Bs芽孢杆菌)。这一发现及研究不仅解决了国兰种子萌发困难，萌发率低、萌发持续时间长的问题，也极大地提高了国兰实生繁殖的成功率，为解决兰科植物中其他地生兰种子萌发困难问题带来了希望。

3 Bs芽孢杆菌应用的研究进展

在发现并验证Bs芽孢杆菌对国兰种子萌发的促进作用之后，随即开展了Bs芽孢杆菌在国兰实生繁殖及应用技术方面的研究。经过反复试验表明，Bs芽孢杆菌促进国兰种子萌发的方法分3种情况：1)播种完种子后随即接种细菌。随即接种，可缩短种子萌发时间，种子萌发较早，萌发率高，萌发整齐；2)无菌播种效果不好，即1 a以上无种子萌发，或种子萌发少，萌发不整齐时再接种细菌，只要种子没有丧失生活力，接种4～13个月，种子即开始大量萌发，持续萌发时间4～10个月；3)播种时同时采用无菌萌发和细菌共生萌发，对于容易萌发的种子，可同时得到无菌中间繁殖体，便于进行无菌培养；而对于难萌发或萌发效果不好的种子，也可以保证在最短时间内获得理想的萌发效果。与Bs芽孢杆菌共生萌发后发育成的中间繁殖体即根茎状，可以带菌培养，也可以除菌后进行无菌培养。与无菌萌发方法相比，该发明的方法不需要对种子进行特别处理，操作简单，效果很好；与菌根真菌共生萌发方法相比，该方法克服了菌根真菌的专一性和选择性、操作复杂、技术难度大等问题，使用方法简单，对不同种类的国兰种子都有效。目前通过初步研究还发现，感染Bs芽孢杆菌的兰花种子不仅萌发效果好，而且萌发后形成的根状茎生长也较快；灭活的菌液也能促进兰花种子萌发，这说明Bs芽孢杆菌的代谢产物中可能含有生长素类物质。

国兰种子十分细小，发育不健全，缺乏给幼苗提供营养物质的胚乳，且种皮厚，难吸水。种子发育不健全和种皮坚韧是阻碍国兰种子萌发的主要原因之一。关于Bs芽孢杆菌是如何促进国兰种子萌发的，初步研究判断是Bs芽孢杆菌侵染国兰种子后，代谢过程中产生的某种活性物质或酶逐渐消融国兰种皮，最后解除种皮对种子萌发的抑制，解除种皮的抑制后，发育不健全的胚在Bs芽孢杆菌产生的生长素类物质的刺激下，在培养基提供的营养环境条件下，种子得以顺利萌发。但这只是一种初步判断，还需要对Bs芽孢杆菌的代谢产物进行分析，对Bs芽孢杆菌的侵染过程及国兰种子结构的变化过程进行观察研究，也就是要弄清Bs芽孢杆菌促进国兰种子萌发的机理才能最终得出答案。目前该项目的进一步研究正在进行中。

图1 在Bs芽孢杆菌作用下一种国兰种子大量萌发Fig.1 Intensive seed germination of a Cymbidium withBacillus Bs

(白色和绿色的为原球茎或小根状茎)

图2 根状茎的生长及分化出苗Fig.2 Growth and seedling differentiation of rhizome

4 Bs芽孢杆菌研究的意义及应用前景

现有的无菌萌发技术与菌根真菌共生萌发技术，还不能解决大多数国兰种子的萌发问题，并且现有技术操作过程复杂，难度较大，不方便推广应用。而国兰种子与Bs芽孢杆菌共生萌发技术对所做过的绝大多数国兰种子都有效，只要种子没有丧失活力都能萌发，甚至对无菌播种5 a都没有萌发的部分种子也有效，并且种子处理过程、操作过程简单，效果良好，具备推广应用的条件。缩短国兰种子的萌发时间和提高萌发率是缩短国兰杂交育种周期的关键，也是国兰杂交育种的关键技术之一。因此，该项研究对人工改良培养新品种、保护野生兰花资源具有重要理论意义和实践价值，对培育云南特色兰花新品种、促进云南兰花产业的可持续良性发展，具有积极的推动作用。同时，许多研究证实，多种芽孢杆菌都能产生吲哚乙酸(IAA)和赤霉素(GA3)等生长素类物质，能促进植物根系生长和腋芽萌发；分泌植酸酶，可降解土壤中植酸，改善土壤营养环境，提高植物吸收的有效态磷元素等。初步研究表明，Bs芽孢杆菌的代谢产物中含有生长素类物质。假如进一步的研究证实Bs芽孢杆菌还有促进植物生长、改善土壤营养状况等功效，不仅可开发在Bs芽孢杆菌作用下一种国兰种子大量萌发出具有广谱性又方便推广应用的兰花种子促萌剂，还可研发出新型植物生长调节剂和土壤处理剂，应用范围更广，推广前景更加可观。

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A new use ofBacillus

QIN Xiu-lan1,PANG Hui-xian2

(1.Kunming Forestry Technology Development Station, Kunming 650223, China;2. Kunming Endangered Animal and Plant Asylum Save Center, Kunming 650224, China)

Bacillus, a genus of aerobes or facultative anaerobes which widely distributed in water, air and soil ,could produce a variety of active substances and enzymes, and synthesise various vitamin and auxin in the growth and metabolism. He Qiuyue once reported thatBacillusamyloliquefaciens9601-Y2 took good effect on promoting the rooting and growth of cuttings . The study on the seed germination ofCymbidiumgoeringiifound thatBacillusBs greatly promoted the seed germination ofCymbidium, and the infected seed ofCymbidiumgoeringiigerminated evenly with high germination rate and short germination duration. The experiment onBacillusisolation and reinoculation proved thatBacillusworked for the seed germination of bothCymbidiumgoeringiiwith the 10 times higher germination rate than aseptic germination, and the otherCymbidiumsuch asCymbidiumtortisepalum,CymbidiumsinenseandCymbidiumkanran, germination rate of which was over 95%. The new use ofBacillusfound in this research was significant to protecting Cymbidium resources and cultivating new varieties in China.

Bacillus; new use; germination promoting effect; metabolite; rhizome; germination rate; application prospect

2017-03-22.

秦秀兰(1963-)，女，四川犍为人，硕士，高级工程师.主要从事林业职业教育、林业经济及森林培育等研究.Email: 1617992365@qq.com

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.03.030

S723.1；Q939.124

A

1671-3168(2017)03-0133-03