盐碱先锋植物碱蓬内生细菌研究进展

张艳蕊，张安琪，张浩，张梦涵，徐雨欣，曲善民，苗阳阳

（黑龙江八一农垦大学动物科技学院草业科学系/黑龙江省寒区饲料资源高效利用与营养调控重点实验室 大庆市 163319）

碱蓬（Suaeda salsa）是藜科（Chenopodiaceae）碱蓬属（Suaeda）植物，是典型的真盐生植物，是重要的盐生植物资源，在世界范围内广泛分布。碱蓬具有保护和改良土壤的生态功能，是极具利用价值的自然资源[1]。碱蓬是滨海盐碱地生态系统群落演替而来的先锋物种，是植被建设过程中的重要植物[2]。

植物内生菌（Endophyte）是指在特定时期或全部时期的一种生活在植物组织中的微生物，不会给植物带来明显的病害症状。它几乎存在于所有植物中，分布广泛、种类繁多，被内生菌感染的植物生长迅速，能够抵抗逆境和病害[3]。对植物内生菌研究已经成为我国微生物领域热点问题之一，研究发现其主要包括内生细菌、内生真菌和内生放线菌[4]，其中内生细菌较为丰富。植物内生细菌能在健康的植物组织中定殖，促进植物生长，提高植物抗逆性[5]。本文就碱蓬内生细菌的种类、生物学作用、盐碱土改良及其前景对碱蓬内生细菌的研究进展进行概述。

1 碱蓬内生细菌的种类

碱蓬内生细菌较丰富的分布于碱蓬的根、茎、叶组织，不同地区、不同部位及不同季节分离获得的内生细菌的种类和数量均存在差异。碱蓬种子中的微生物类群相对较少，碱蓬成熟后微生物的多样性会有所提高。

碱蓬根、茎、叶组织中均有芽孢杆菌属（Ba⁃cillus）和不动杆菌属（Acinetobacter），表明这两个属为碱蓬内生细菌的优势菌属[6]，不动杆菌属和芽孢杆菌还具有解磷、解钾和固氮作用[7]。芽孢杆菌属中的枯草芽孢杆菌（Bacillusstutilis）可以提高作物抗性、促进作物生长、改良土壤、改良作物品质等[8]。碱蓬内生中度嗜盐菌具有良好的耐盐碱性，稀有且种类丰富，包括盐单胞菌科（Halomonadaceae）的嗜铬杆菌属（Chromohalobacter）、库什尼娅属（Kushneria）、盐单胞菌属（Halomo⁃nas）以及芽孢杆菌科（Bacillaceae）的芽孢杆菌属（Bacillus）[9]。盐单胞菌属和不动杆菌属不仅具有较高耐盐性，还具有促生、生防、降解有机污染物及抗氧化等功能[10]。假单胞菌属（Pseudomo⁃nas）和芽孢杆菌属都能产生吲哚乙酸或赤霉素[11]。碱蓬根系内生细菌还有海细菌属（Marinobacteri⁃um）、副球菌属（Paracoccus）、游动球菌属（Pla⁃nococlus）、刘志恒菌属（Zhihengliuella）[12]。

2 碱蓬内生细菌的生物学作用

2.1 固氮作用

氮是植物生长发育所必需的营养物质之一，氮形态对植物的生理代谢过程具有重要的影响[13]，但大多数植物不能直接利用分子态氮，一些细菌可以将这些分子态氮转化成结合态氮被植物利用。内生固氮菌可以作为生物控制和植物生长促进剂，对内生固氮菌研究始于20世纪80年代，植物内生细菌具有的固氮作用已被大量试验研究所证实[14-18]。王琦琦等[19]从木碱蓬根际分离获得58株耐盐微生物，其中有8株具有固氮活性。具有固氮活性的内生菌可以产生固氮酶，固氮酶不仅能将氮还原成氨，还可以传递电子，从而固定空气中的氮素传递给植物吸收利用[20]。

2.2 促生作用

一部分内生细菌可分泌甲酸、乙酸、丙酸、乙醇酸、延胡索酸等多种有机酸，降低土壤pH值，将难溶性磷酸盐和不溶钾盐溶解成为植物可吸收利用的磷、钾盐，提高土壤速效磷和钾元素含量，促进植株的生长发育[21-23]。一部分内生细菌也能够合成植物生长素3-吲哚乙酸（IAA）及其类似物。IAA的前体是色氨酸，它可以促进植物的光合作用及其生长发育，对植物抽枝或幼苗顶部芽端形成均有促进作用。贾西贝等[24]从碱蓬根际土壤中分离筛选获得一株可产生IAA的促生菌株BG-5，经通过16SrDNA序列分析，后可知该菌株为短小芽孢杆菌（Bacilluspumilus）。芽孢杆菌可以通过植物光合作用和碳水化合物的影响，促进植物的生长活力[25]。宋立超等[26]在碱蓬根际分离获得一株细菌B-1，16SrRNA序列分析该菌株可能是动性球菌属（Planococcus），具有解磷和产生IAA的作用，且有一定促生潜力。碱蓬内生假单胞菌属不仅可以产生1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC）脱氨酶，将乙烯前体ACC分解成氨和α-丁酮酸，降低乙烯浓度，缓解乙烯对植物的不良反应，促进植物生长[27]；还可以不同程度地产生铁载体、吲哚乙酸、赤霉素（GA）和脱落酸（ABA），促进植物对养分的吸收[28]。

2.3 抗盐碱作用

碱蓬具有适应盐碱地恶劣环境的能力，体内盐含量相对较高，绝大多数的细菌适合在低盐碱的环境中生长繁殖，因此盐地碱蓬内生细菌属于极端微生物之一的嗜盐微生物，且在盐地不同植株中的中度嗜盐菌相对稳定[29]。刘诗扬等[30]从碱蓬中分离获得1株具一定耐盐性的芽孢杆菌EB0901，其最适生长pH值为7，可在NaC1浓度为10%以上的碱性培养基中生长。王新新等[31]发现从碱蓬根际土壤中分离筛选所获得的戈登氏菌属（Gordonia）、无色杆菌属（Achromobacter）、迪茨菌属（Diet⁃zia）、假单胞菌属（Pseudomonas）和芽孢杆菌属（Bacillus）对NaCl耐受浓度为6%~10%。研究发现芽孢杆菌产生ACC脱氨酶、分泌铁载体、调节植物激素的分泌、提高植物耐盐性[32]，即使植物在盐碱条件下仍然可以继续生长发育。

2.4 生防作用

盐地碱蓬的优势内生细菌是芽孢杆菌属，具有明显的抗菌活性，对植物病原真菌的菌丝体生长有一定的抑制作用[33]。碱蓬内生枯草芽孢杆菌对草酸青霉、橘灰青霉、串珠镰孢菌、冬克青霉、茄病镰孢菌等10种病原真菌均有良好的抑制效果，对草酸青霉菌菌丝干物质抑制率可达86.4%[34]。有研究发现芽孢杆菌还对镰刀菌、紫青霉菌、白色念珠菌、稻瘟病菌、芦笋茎枯病菌、玉米小斑菌、青枯病菌等多种植物病原真菌也有拮抗作用[35-36]。由此可见，碱蓬内生芽孢杆菌可以作为植物病原菌的生防菌。

3 盐碱地改良

盐碱地因其具有含盐量高、碱化严重、养分贫瘠、易板结、透气性差等特点，使得大多数植物和微生物难以生存，少数微生物因具有天然的耐盐碱能力而得以生存。植物根围是土壤—植物—微生物三者相互作用的一个特殊区域，植物根围微生物是土壤中物质循环的动力，与土壤肥力、植物生长、土壤状况等密切相关[37]。碱蓬对盐碱地具有良好的适应性，是盐碱地生物改良的理想材料，其根际土壤微生物在土壤改良过程中发挥着重要作用。

碱蓬是滨海盐碱地和滨海地区常见的植物，是一种耐盐性极强的盐生植物，能改良滨海盐渍土[38-39]，改善土壤质量，为微生物提供一个适宜的生存环境，增加微生物的种类和数量；碱蓬能有效降低盐碱地的盐含量，增加微生物群落结构多样性[40]，有助于嗜盐微生物在盐碱土生物修复过程中发挥作用。林学政等[41]利用盐地碱蓬对滨海盐碱地进行生物修复，发现种植翅碱蓬区域根际土壤微生物种类和数量均高于相同地理环境裸地土壤微生物种类和数量，原因可能是这些翅碱蓬对盐碱土壤有改良作用，也可能是翅碱蓬与其根际微生物相互作用促进降解微生物生长繁殖，从而促进了对盐碱土壤的修复。芽孢杆菌和不动杆菌，在1.5 mol/L NaCl条件下仍可以生长，Na2CO3耐受性为50 mmol/L，最高pH耐受性为10[42]。蜡样芽孢杆菌可增加生物膜的形成，降低Na+摄取，适应渗透压的增加[43]，在盐碱地生物修复中具有重要应用价值。盐碱土壤是一类典型的极端环境，在极端环境下微生物可产生胞外多糖（EPS），EPS聚集阴离子与阳离子相互作用，对Na+的吸附能影响外环境pH改变[44]，达到改良盐碱土的目的。因此，碱蓬内生中度嗜盐菌有望为提高作物耐盐性、改良盐碱地提供新途径及菌种资源。

4 展望

碱蓬属植物具有极强的生命力，可大量生长于盐碱地带，碱蓬内生细菌可获取植物生长所需的资源以及调节植物的生长发育。碱蓬内生细菌种类繁多，但大部分培养条件没有被人们掌握。由于传统的富集培养和平板培养等方法所能分离得到的微生物数量不超过总数的1%，导致所分离得到的碱蓬内生细菌十分有限，且大多无法进行培养鉴别。高通量测序是核酸测序以极低的单碱基测序成本和超高的数据产出量为特征，速度快和准确率高为特点，为基因组学和后基因组学研究提供了新的科研方法和解决方案。高通量是目前植物病原菌分子检测的发展方向，随着高通量测序技术的迅速发展，基因组测序通量更高，测序时间和成本逐渐下降，使其已普遍应用于微生物的基因组学研究，高通量测序技术能更加全面、准确、快速反映环境微生物群落结构。目前，对于盐地碱蓬微生物的试验研究多局限于纯培养法的分离鉴定，若将高通量技术应用于碱蓬内生细菌的试验研究中，可以充分了解到碱蓬不同组织内生细菌的多样性。

现有的试验研究中发现碱蓬内生细菌具有固氮作用对植物的生长发育起到促进作用，但具体固氮菌株种类尚未明确，还需继续对具有固氮作用的碱蓬内生菌株进行分离鉴定。大部分对碱蓬内生细菌的研究主要集中于碱蓬内生细菌的促生作用，在碱蓬内生细菌的生防作用方面的研究较少，仅明确了碱蓬内生芽孢杆菌可以抵抗病原菌，但碱蓬内生菌的生防机理尚未明确。因此仍需对碱蓬内生细菌继续进行研究，筛选出生防效果良好的菌株。

微生物修复盐碱土壤环境是一项新型技术，与传统的化学、物理等方法修复盐碱土壤技术相比，处理成本低、处理方式多样、对环境影响小，已经得到了广泛应用。利用碱蓬改良盐碱土仍然是研究重点，多数研究成果仅限于实验阶段，研究关键是筛选出能够高效生物修复的菌株[37]。有研究发现巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、假单胞菌属的耐盐性强，可以有效地改良盐碱地[45]。但在碱蓬内生细菌修复盐碱土的研究中，具有修复盐碱土作用的菌株尚未明确，仍需继续对碱蓬内生细菌进行试验研究，筛选出对盐碱地具有改良作用的菌株。

碱蓬是一种抗逆性极强适合在盐地和海滨沙滩生存的盐生植物，碱蓬内生细菌是极具利用价值和开发潜力的微生物资源，具有重要的理论意义和实际应用价值。从碱蓬不同组织中筛选培育出具有促生、防病虫害、降解污染物、修复土壤等功能优良、安全、广谱、稳定的菌株，将为绿色可持续发展农业做出巨大贡献。