一株巨大芽孢杆菌的促生特性及其对小麦种子发芽的影响

殷小冬 李其胜 贾艳艳 杨文飞 杜小凤 文廷刚 顾大路

摘 要 通过室内试验研究了巨大芽孢杆菌ACCC 02979的促生指标及其对小麦种子发芽的影响。结果表明，巨大芽孢杆菌可同时利用无机磷和有机磷，培养液中可溶性磷含量分别为66.59 mg·L-1和

0.26 mg·L-1，另外其产吲哚乙酸（IAA）能力为3.13 mg·L-1。巨大芽孢桿菌发酵液及其稀释液对小麦种子发芽率具有积极的作用，其中T2、T3和T5处理（菌株发酵液与水体积比分别为1∶20、1∶30、1∶50）的小麦种子发芽率最高，相较于对照均提高了11.8%。该菌株为一株促生菌，可应用于微生物肥料的研发。

关键词 巨大芽孢杆菌；有机磷；无机磷；吲哚乙酸

中图分类号：S512.1 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.02.065

植物促生菌是指能够活化土壤营养元素，如固氮、解磷和解钾，或者产生赤霉素、吲哚乙酸（IAA）等植物激素的一类细菌，主要包括芽孢杆菌属、假单胞菌属、布克霍尔德氏菌属等[1]。这些细菌在提升土壤肥力、改善土壤理化性状，促进植物生长发育等方面发挥着重要作用[2-3]。邢嘉韵等研究了不同比例巨大芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的混合菌剂对马铃薯生长的影响，结果表明，混合菌剂提高了马铃薯生长发育过程中叶片的光合作用能力及抗氧化酶活性，收获期的水分利用率和土壤中的微生物数量都有显著提高[4]。 聂振等从南方水稻土中筛选到366株解磷菌，其中一种菌解磷含量高达147.3 mg·L-1，能利用多种碳源和氮源，具有改善土壤退化的潜力[5]。陈岩岩等从板栗的根际土壤中筛选高效解磷促生菌，筛选到P6菌株的解磷量为75.98 mg·L-1。在其后的盆栽试验中接种该菌株，结果表明土壤中碱性磷酸酶和酸性磷酸酶活性均比对照提高145%以上，板栗的株高、茎粗均有所提高，植物体内的含磷量比对照提高了50%[6]。

巨大芽孢杆菌是一类重要的促生菌，在土壤元素活化，盐碱土改良，植物抗病、抗寒、抗旱，微生物肥料研发等方面发挥着重要作用，且其对人畜无害，具有重要的利用价值。为探究巨大芽孢杆菌的应用效果，笔者从中国农业微生物菌种保藏管理中心购买了一株巨大芽孢杆菌，研究其促生特性及其对小麦种子发芽的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试菌株

试验菌株为巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium de Bary），采购于中国农业微生物菌种保藏管理中心（Agricultural Culture Collection of China，ACCC），菌株编号为ACCC 02979。

1.1.2 供试培养基

1）LB培养基。蛋白胨10 g，酵母浸粉5 g，NaCl 10 g，蒸馏水1 000 mL，pH值为7.0～7.5，121 ℃高压灭菌15 min。

2）无机磷培养基。葡萄糖10 g，（NH4）2SO4 0.5 g，NaCl 0.3 g，KCl 0.3 g，FeSO4·7H2O 0.03 g，MgSO4·7H2O

0.3 g，MnSO4·4H2O  0.03 g，Ca3（PO4）2 5 g，蒸馏水1 000 mL，

pH值为7.0～7.5，121 ℃高压灭菌15 min。

3）有机磷培养基。葡萄糖10 g，（NH4）2SO4 0.5 g，NaCl 0.5 g，KCl 0.3 g，FeSO4·7H2O 0.03 g，MgSO4·7H2O 0.3 g，MnSO4·4H2O  0.03 g，卵磷脂0.2 g，蒸馏水1 000 mL，pH值为7.0～7.5，121 ℃高压灭菌15 min。

1.1.3 供试小麦

小麦品种为淮麦20。

1.2 方法

1.2.1 产吲哚乙酸（IAA）功能测定

将菌株分别接种于50 mL含有L-色氨酸（100 mg·L-1）的LB液体培养基中，180 r·min-1、30 ℃条件下摇床培养2 d。吸取5 mL菌液于离心管，6 000 r·min-1离心10 min，取1 mL上清液并加入2 mL

的SalkowskiS显色剂于5 mL离心管中，避光静置30 min，出现粉红色为阳性，说明有IAA产生，以未接种菌株的培养液为对照调零，测定其OD530值。对照标准曲线计算单位体积发酵液中IAA的含量。

1.2.2 解磷能力测定

从保存培养基上挑取一环菌种接种于LB培养基上，28 ℃活化培养24 h。按2%接种量分别装入装有50 mL蒙金娜有机磷液体培养基和蒙金娜无机磷液体培养基的150 mL三角瓶中，设置3个重复，以接入相同接种量培养基空白为对照，30 ℃、180 r·min-1振荡培养3 d。吸取10 mL发酵液到离心管中，5 000 r·min-1离心10 min。吸取上清液5 mL于50 mL容量瓶中，用水稀释至20 mL，缓缓加入2，6-二硝基酚指示剂2～3滴，之后滴加氢氧化钠溶液或稀硫酸溶液调节溶液pH，调节至溶液颜色刚呈微黄色。加入钼锑抗显色剂5 mL，摇匀之后用蒸馏水定容。在室温下放置30 min后在700 nm处用分光光度计比色，以空白作为对照。

1.2.3 小麦种子发芽试验

从保存培养基上挑取一环接种到LB固体平板培养基中，在30 ℃环境中活化48 h。待其长出单菌落后，用镊子夹住100 ?L黄枪头挑取单菌落放入装有30 mL LB液体培养基的100 mL三角瓶中，30 ℃、180 r·min-1环境中培养72 h，设置3个重复，以不加菌的液体培养基作为对照。待其OD值为0.8～1.0，吸取1 mL液体转移到装有50 mL LB液体培养基的150 mL三角瓶中，30 ℃，180 r·min-1环境中培养48 h。将巨大芽孢杆菌菌株发酵液与无菌水分别按照1∶0，1∶10，1∶20，1∶30，1∶40，1∶50，0∶1的体积比配制成7个浓度，分别记为T0、T1、T2、T3、T4、T5、CK2，同时设置LB液体培养基作为对照，为CK1，共计8个处理。将小麦种子用75%乙醇消毒3 min，1%次氯酸钠消毒10～15 min。将小麦种子用不同浓度的发酵液浸泡24 h。在培养皿上放2层滤纸，加入15 mL无菌水润湿，放入28℃培养箱中，24 h后测定种子发芽率，持续测定7 d。

2 结果与分析

2.1 巨大芽孢杆菌的促生特性

如表1所示，巨大芽孢杆菌在解有机磷及无机磷方面均存在一定的积极作用，其中解无机磷的能力较强，对磷酸三钙的解磷能力达到66.59 mg·L-1，而對以卵磷脂为主要有机磷源的分解能力不强。巨大芽孢杆菌在生长过程中也会分泌一定量的IAA，达到3.13 mg·L-1。

2.2 巨大芽孢杆菌对小麦种子发芽的影响

如表2所示，巨大芽孢杆菌发酵液对小麦种子发芽存在一定的促进作用。在没有稀释的情况下，在发酵液里浸泡的小麦种子第4 d发芽率达到90.0%，比对照提升了5.8%。随着发酵液的稀释比例的扩大，小麦种子的发芽率呈现出不同的变化。当细菌发酵液稀释10倍时，小麦种子发芽率最低。当发酵液稀释20倍、30倍和50倍时，小麦种子发芽率达到最大，为95%。

3 结论与讨论

巨大芽孢杆菌是一种应用广泛的植物有益菌，对环境安全无害，因此长期受到广泛关注。巨大芽孢杆菌的促生作用主要体现在它的解磷作用。磷是植物生长发育的必需元素，是植物体内核酸、ATP、植素、辅酶等物质的组成部分。磷元素还能通过提高植物体内可溶性糖和磷脂的含量增强植物自身的抗寒能力[7-8]。

土壤中的磷元素大多数以难溶性磷的形式存在，植物不能直接吸收利用。而巨大芽孢杆菌的分泌物中含有苹果酸、酒石酸、草酸等有机酸，可以降低土壤pH值并与Ca、Fe、Al等金属离子发生螯合作用，将土壤中的磷元素释放出来供植物吸收利用。本试验中巨大芽孢杆菌降解无机磷的能力较强，在土壤中可降解无机磷释放速效养分。吲哚乙酸（IAA）是植物体内存在的一种天然激素，能够促进种子发芽和不定根的形成，促进果实生长。1979年，科研人员发现巴西固氮螺菌可以分泌IAA。此后，大量科研人员加强了对产IAA菌的筛选。我国科研人员在盐碱地、黄棕壤、潮土等各类土壤中也筛选出许多产IAA的细菌。在本实验中，巨大芽孢杆菌具有一定的产IAA能力，且对小麦种子发芽也存在一定的促进作用。

本研究中的巨大芽孢杆菌在生物有机肥方面表现出巨大的潜力，是生物有机肥的主要菌种来源。将巨大芽孢杆菌与秸秆、菇渣等农林废弃物发酵成生物有机肥，在田间施用含巨大芽孢杆菌的生物有机肥的过程中，生物有机肥逐渐发生矿化，阴离子脱羧基化并逐渐释放出大量碱性物质，同时本身含有的碱性离子可以与土壤中的H+结合，可以弱化酸性土壤，提高其pH值。因此，含巨大芽孢杆菌的生物有机肥可以配施土壤改良剂从而改善酸性土壤的理化性质，避免土壤酸化进一步加剧。生物有机肥含有的芽孢杆菌是有益微生物，一方面它可以加快土壤氮磷钾等元素的矿化过程，增强蛋白酶、脲酶、酸性磷酸酶的活性，进一步提高土壤铵态氮、硝态氮、速效磷和速效钾的含量；另一方面它能够定殖在作物根系表面，刺激根系生长，提高根尖数、根系表面积、根系体积等指标，从而提高植物养分吸收能力。巨大芽孢杆菌生物有机肥同样也能与生物炭进行复配。生物炭炭化后具有多微孔结构和较大的比表面积，其多孔结构有益于微生物存活，所以两者可以形成互补结构，微生物依赖于生物炭在土壤养分利用和作物生长发育等方面发挥重要功效。在育苗基质中添加生物炭和菌肥，其蔗糖酶和过氧化氢酶活性提高，有效提高基质中微生物数量和活性，提高基质对有害因子的抵御能力。生物炭和菌肥复配可以降低基质容重，增加基质总孔隙度，提高基质透气性。另外，由于生物炭化学性质比较稳定不易分解，可以长期作为肥料的载体，缓慢吸收释放养分，提高作物肥料利用率。生物炭和菌肥复配处理下基质中的有机碳、碱解氮、酶活性提高，叶绿素含量增加，有效提高光合作用，进一步提高其生物量。

本研究通过室内试验研究了巨大芽孢杆菌的解磷特性和产IAA能力，在应用方面也进行了一些研究。研究表明，该巨大芽孢杆菌具有较强的解无机磷能力，可以产生一定量的IAA，对小麦种子发芽率具有积极作用，在土壤改良、促进植物生长及微生物肥料方面表现出一定的潜力。

参考文献：

[1] 何雪香，李玫，廖宝文.红树林固氮菌和解磷菌的分离及对秋茄苗的促生效果[J].华南农业大学学报，2012，33（1）：64-68.

[2] 赵东利，冯冠军，蒋龙，等.吲哚乙酸（IAA）对大蒜根生长发育的影响[J].大连大学学报，2008，

29（6）：89-91.

[3] 徐文思，姜瑛，李引，等.一株植物促生菌的筛选?鉴定及其对花生的促生效应研究[J].土壤，2014，

46（1）：119-125.

[4] 邢嘉韵，兰时乐，李姣，等.巨大芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌混合对马铃薯生长及土壤微生物含量的影响[J].湖南农业大学学报（自然科学版），2017，43（4）：377-381.

[5] 聂振，林思芹，林元山.水稻根际解磷菌的分离鉴定与特性研究[J].湖南农业科学，2021（5）：1-4.

[6] 陈岩岩，叶项宇，常肖锐，等.板栗根际高效解磷菌的筛选[J].经济林研究，2021，39（2）：132-139.

[7] 郑传进，黄林，龚明.巨大芽孢杆菌解磷能力的研究[J].江西农业大学学报，2002，24（2）：190-192.

[8] 刘柯驿，潘澈，彭静，等.细胞分裂素生产菌对马铃薯早期生长生理的影响[J].湖南农业科学，2012（1）：12-14.

（责任编辑：刘宁宁）