新疆盐穗木根际耐盐碱菌株生物学特性的初步研究

樊永红，史长鑫，王 杰，陈晓钦，何晓东

（新疆大学生命科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830046）

近些年，随着全球气候的变化和经济的快速发展，造成了生态、生活环境的改变，使土壤盐碱化问题日益严重，已经成为一个世界性的问题。土壤盐碱化和次生盐碱化问题在世界范围内广泛存在，特别是在干旱和半干旱地区问题更为严重［1-2］。土壤退化和盐渍化严重威胁着农作物的生长，且受害面积越来越广泛，而盐胁迫是非生物胁迫中影响最大的，会直接造成作物的产量显著降低［3］。据统计世界上有超过6%的土地已经受到盐胁迫的侵害，有20%的可耕地正在受盐胁迫的威胁，并在不断地扩大。我国也存在着大面积的盐碱地，因为不合理的灌溉，过度使用化肥导致植被严重地受到人为破坏，盐碱地每年都有增长的趋势［4-6］。新疆地处欧亚大陆腹地，降雨量稀少，蒸发强烈，是我国最为干旱、土壤盐碱化分布面积最广、盐碱化类型最多、土壤积盐最重的地区。由于新疆地处特殊的气候条件和地理环境，戈壁、沙滩较多，盐碱地面积很大，可使用的耕地面积很有限。大面积土地盐碱化严重影响本地农业生产和生态环境，随着人们对土地的不合理开发利用和灌溉，可耕地的次生盐碱化程度越来越高，限制了新疆农业的发展。如果能确实有效地改良和利用盐碱土地，将有效提高本地农业生产的经济效益、社会效益和生态效益。通过对新疆盐碱地中耐盐碱植物根际土壤中耐盐碱菌株的研究，筛选出耐盐碱菌株，研究其对盐碱性的去除能力，来改善盐碱地的盐碱化程度，将为进一步研究其耐盐碱的机制、研制生物治理盐碱土壤的生物菌肥制剂产品等工作奠定基础［7-9］。对改善盐碱地的生态环境提供很好的理论基础［10-11］，也将为本学科的发展提供理论依据。利用对环境无污染的生物手段提高作物的耐盐性是可持续农业的发展趋势，具有广阔的发展前景。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 实验菌株

实验所用菌株为本实验室从和田地区盐碱地盐穗木根际土壤筛选鉴定的耐盐碱性能良好的D8 菌株，该菌株筛选及鉴定方法详见参考文献［12］。

1.1.2 培养基

本实验所用培养基均为牛肉膏蛋白胨培养基，牛肉膏 3 g，蛋白胨10 g，Nacl 5 g，琼脂20 g，水1 000 mL。

1.2 方法

将保存至冰箱的D8 菌株在一定条件下进行活化，留待备用。

1.2.1 培养基的成分对菌株生长的影响

1.2.1.1 不同碳源对D8 菌株生长的影响 分别配置2%盐浓度，pH 值为7.0 的牛肉膏蛋白胨液体培养基，分别以乳糖、麦芽糖、蔗糖、葡萄糖等量替换其中牛肉膏的培养基，接入D8 菌株，37℃下培养24 h 后测定其OD650，根据菌体生长情况确定碳源的影响。

1.2.1.2 不同氮源对D8 菌株生长的影响 分别配置2%盐浓度，pH 值为7.0 的牛肉膏蛋白胨液体培养基，分别以硫酸铵、硝酸铵、硝酸钾、尿素等量替换其中蛋白胨的培养基，接入D8 菌株，37℃下培养24 h 后测定其OD650。根据菌体生长情况确定氮源的影响。

1.2.2 生长曲线的测定

配制盐浓度为2%，pH 值为7.0 的牛肉膏蛋白胨液体培养基，将菌种接在培养基中，37℃，140 r/min 培养，每2 h 测一次650 nm 处吸光值，共测36 h，绘制生长曲线。

1.2.3 盐碱去除实验［13-15］

配置盐浓度为8%，pH 值为10.0 的牛肉膏蛋白胨液体培养基，接入生长至对数期的菌液2 mL，37℃，140 r/min 培养，每隔4 h 测一次pH 值，并用硝酸银测定一次氯离子浓度，共测48 h［12，14］。

1.2.4 不同初始pH 值对D8 菌株生长的影响

分别配置2%盐浓度，pH 值为7.0、8.0、9.0、10.0、11.0 的牛肉膏蛋白胨液体培养基，接入D8菌株，37℃下培养24 h 后测定其OD650。

2 结果与分析

2.1 培养基成分对菌株生长的影响

2.1.1 不同碳源对D8 菌株生长的影响

由图1 可以看出，D8 菌株对碳源的利用是比较广谱的，牛肉膏、麦芽糖、蔗糖、葡萄糖都是比较适宜菌株生长的碳源，从实验的结果可以看出，该菌株对蔗糖的利用率最高，对乳糖的利用最低。

图1 不同碳源对D8 菌株生长的影响

2.1.2 不同氮源对D8 菌株生长的影响

从图2 可以看出，菌体对氮源的利用中，D8菌株对蛋白胨的利用最好，其次是对硝酸钾、硫酸铵、硝酸铵的利用，利用最差的是尿素。

图2 不同氮源对D8 菌株生长的影响

2.2 生长曲线的测定

从图3 中可以看出，D8 菌株在前8 h 生长比较缓慢，从8 h 开始进入对数生长期，到26 h 达到对数生长期的后期并基本进入稳定期；由于处于对数生长的细胞生长繁殖速度快和分裂周期短，菌体酶系活跃，代谢旺盛，所以在后续的研究中采用对数生长期的细胞为后续实验材料。

2.3 D8 菌株盐碱去除率实验

由图4 可以看出，D8 菌株降pH 值性能在接入培养基初期效果非常明显，在28 h 时达到降pH 值最高值，这与菌株的生长曲线基本符合，随后pH值稍有回升的趋势，这可能与菌后期的活性降低有一定的关系。

图4 D8 菌株降pH 值曲线

从图5 降盐效果可以看出，菌加入初期基本没有降盐效果，但是在20 h 左右有了一定的降盐效果，方差分析的结果显示，各组数值之间并无明显差异（P＞0.05），所以可以认为在整个过程中盐浓度无明显变化。

图5 D8 菌株降盐效果

2.4 不同的初始pH 值对D8 菌株生长的影响

由图6 可以看出，D8 菌株具有较强的耐碱性能，pH 值8、9 皆为适宜其生长的pH 值，到达pH值11 时，菌株的生长受到极大地抑制。

图6 不同初始pH 值对D8 菌株生长的影响

3 结论与讨论

3.1 实验结论

本文所测试的生物学特性主要为培养基成分对菌株生长的影响，从实验的结果可以看出，D8菌株具有较为广谱的碳源偏好，牛肉膏、蔗糖、麦芽糖、葡萄糖均为其偏好碳源，而D8 菌株对氮源的偏好较为狭窄，其在选择对比的几个氮源中，对蛋白胨表现出了明显的偏好性；同时对菌株的生长曲线进行了测定，实验结果显示D8 菌株在前8 h 生长比较缓慢，从8 h 开始进入对数生长期，到26 h 达到对数生长期的后期并基本进入稳定期；后续进行了盐碱去除实验，实验结果表明D8 菌株降pH 值性能在接入培养基初期效果非常明显，在28 h 时达到降pH 值最高值，这与菌株的生长曲线基本符合，随后pH 稍有回升的趋势，这可能与菌后期的活性降低有一定的关系，从D8 菌株降盐的结果可以看出，整个过程中盐浓度无明显变化。从不同初始的pH 值浓度实验结果可以看出，D8 菌株具有较强的耐碱性能，pH 值8、9 皆为适宜其生长的pH 值，pH 值到达11 时，菌株的生长受到极大地抑制。

3.2 讨论

本文对D8 菌株的生物学特性进行了初步地实验分析，该菌株分离于盐碱环境较为严重的植物盐穗木的根际土壤中，该菌株有较强的耐盐碱性能，并且有一定的降pH 值能力，其降盐碱能力同其生长周期密切相关，分析原因可能是细菌在其生长过程中吸收环境中氢氧根离子从而使pH 值有所降低，当细菌死亡后，细胞壁的通透性改变，存在于细菌体内的氢氧根离子又重新回到环境中。后续实验可以加强这部分的研究，来更好地解释pH 值变化的原因以及该菌能耐受高盐高碱环境的根本原因。之后可以做生物发酵的实验，也可以提取有用的目的基因进行转基因实验，做成微生物制剂用于改善土壤盐碱化，或者找出能使盐碱土壤用于生产农产品的方法。本研究将为微生物方法改善耐盐碱土壤提供一定的理论基础和实践依据，为土壤盐碱化的生物治理提供新的思路和方法。