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烟草根际固氮菌的筛选、鉴定及优化培养

2023-10-17 来源:我们爱旅游
中国烟草学报Acta Tabacaria Sinica http://ycxb.tobacco.org.cn doi:10.16472 ̄.chinatobacco.2014.408 89 烟草根际固氮菌的筛选、鉴定及优化培养 刘晓璐 ,杨柳青 ,吕乐 ,郭涛2,刘永智 ,赵鹏 ,董昕 ,闫海 1北京科技大学化学与生物工程学院,北京100083; 2山东省农业科学院水稻研究所,济南250100 摘要:对四川广元烟草主产区三个种植基地的烟草根际固氮菌进行筛选,分离出28株具有固氮活性的菌株。经扩增rDNA限 制性酶切片段分析法(ARDRA)初步分类,共获得5个操作分类单元(OTU),并由16S rDNA序列进行了分析鉴定。结果表明不 同分类单元分别是:苏云金芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、甲基营养型芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和炭疽杆菌。优化了N7菌株(巨大 芽孢杆菌)培养条件,确定其最佳碳源为蔗糖,最适宜初始pH值为7.5,最适温度为30 ̄C。 关键词:烟草;固氮菌;筛选;16s rDNA;优化培养 引用本文:刘晓璐,杨柳青,吕乐,等.烟草根际固氮菌的筛选、鉴定及优化培养[J].中国烟草学报,2015,21(1) 氮是烤烟生长过程中最重要的营养元素之一,其 供应量的高低对烤烟生长以及产量质量具有重要的影 响[1]。在烤烟吸收的氮营养中,60%以上来自于土壤, 肥料氮仅占总氮量的35%左右[2。】,因此,提高土壤 供理论依据。 1材料与方法 1.1土壤和菌种 土壤样品取自四川省广元市的烟草种植区,取样 地点为植烟时间1O年以上,且烟草质量、产量都较 高的种植区。将取得的土壤样本在生理盐水中稀释后 涂布到Ashby无氮培养基平板上,25 ̄C恒温培养7 d。 供氮量对烤烟获得高产具有重要的实践意义。为提高 土壤供氮能力,部分学者提出了采用生物固氮菌来提 高烤烟的固氮和供氮能力,并且取得了一定的研究成 果。卢江平 和阎启富【5 于1996年进行了生物固氮 菌在烤烟上的应用效果试验,结果表明,生物固氮菌 的应用可以显著提高烤烟产量和产值,特别是不施用 取长势良好的单克隆菌落,在Ashby培养基上划线培 养2 d,用接种针取菌划线转接到牛肉膏蛋白胨培养 基上培养,获得固氮菌纯化菌株,保存于一2O℃。 氮肥处理,烤烟栽培经济效益提高显著高于施用氮肥 处理,证明生物固氮菌对促进烤烟生长具有良好的作 用;王豹祥研究了不同菌种对烤烟养分吸收以产量质 量的影响规律,结果表明,固氮菌处理烤烟产量提高 9.12%,产值提高30%以上,而化肥使用量降低了 26%;罗红燕【 研究证明,vA菌根可以显著促进烤 1.2培养基 Ashby培养基:KH2PO4 0.2 g,CaCO3 5 g, MgS0i7H20 0.20 g,甘露醇10 g,NaC1 0.2 g,琼脂18 g, CaS04"2H,O 0.1 g,蒸馏水1 000 mL。 牛肉膏蛋白胨培养基:牛肉膏5 g,蛋白胨1 g, NaC1 5 g,琼脂18 g,蒸馏水1 000 mL。 1.3 16S rDNA鉴定 烟生长,氮磷钾养分利用率可以提高10%以上,植 株干物质积累量提高20%以上,土壤内微生物数量 提高幅度达到163.2%,土壤内有效氮磷钾提高12% 以上,对提高烤烟经济效益具有重要的作用。烤烟固 生工SK8255提取全基因组试剂盒提取筛选的固 氮菌全基因组DNA。NANODR0P2000(Thermo)检 氮菌的施用导致烤烟产量升高的主要原因是固氮微生 物可以较好的为烤烟提供氮素营养,促进烤烟对氮元 素的吸收和利用[8 ;在目前固氮菌的研究中,鲜有根 测DNA的质量和浓度并将DNA工作浓度调至100. 200 ng/1.t L。采用Biome ̄a扩增仪(Thermo,USA) PCR扩增。扩增体系:98℃预变性30s;98℃变性 际固氮菌及其固氮能力的报道【9】。本文研究了烤烟根 系固氮菌的应用与筛选,以期为该菌种的生产应用提 基金项目:北京高等学校青年英才计划项目(No.YETP0394) 10s,58℃复性30s,72℃延伸1min,35个循环;再 延伸lOmin。PCR反应总体系为20 L,其中ddH O 6.4 作者简介:刘晓璐(1983一),博士,副教授,主要研究方向为功能基因组学、资源与应用微生物学,Email:xiaoluliu@ustb.edu.cn 通讯作者:闫海(1962一),博士,教授,主要研究方向为环境微生物学,Email:haiyan@ustb.edu.ca 收稿日期:2014.10.12 山u。詈0 I, 7 6 5 4 3 2 1 0 中国烟草学报Acta Tabacaria Sinica 2015 Vo1.21 No.1 优化培养结果 3结论与讨论 8 亘}g 0∞ Q0 6 4 2 O .●一蔗糖 .|卜葡萄糖 .●●一甘油 +甲醇 + 醇 图5不同碳源对N7生长的效应 Fig.5 Effects of different carbon sources on growth of N7 图5显示,N7可利用的碳源较广泛,除甲醇和 乙醇效果稍差外,葡萄糖、蔗糖、甘油均为较好的碳 源被N7利用,且以蔗糖为碳源的培养基生长量最高。 25 3O 35 40 温度/ ̄C 5 50 6 00 6 5O 7.00 7.50 8.00 初始pH值 图6不同温度和初始pH值和对N7生长的效应 Fig.6 Effects of different initial pH values and temperatures on growth ofN7 初始pH值和培养温度的单因素实验结果表明(图 6),N7在初始pH值6.5—7.5均能生长,快速生长的 最优初始pH值为7.50。N7菌株的培养温度在25. 40 ̄C范围内均可生长,30 ̄C是培养N7的最佳温度。 白生固氮菌是一类生活在土壤有机质中促进植物 目c0∞ (10 O 8 6 4 2 0 生长的根际细菌[12]o本试验筛选出的固氮菌都属于 自生固氮菌,均为杆菌。苏云金芽孢杆菌、枯草芽孢 杆菌、甲基营养型芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌都是具有 固氮功能的细菌。 N7的16S序列与Bacillus megaterium相似性达 到98%,可推断这个菌株是巨大芽孢杆菌。巨大芽 孢杆菌是一种益生菌,在20世纪40年代,巨大芽 孢杆菌就已进行实验研究,学者Sundar、Molla以及 Ellott等发现以巨大芽孢杆菌为核心制成混合菌剂, 可降解难以溶解的含磷化合物[13-15]。1958年Hin在 日本首次分离得一株具有高固氮活性的巨大芽孢杆 菌,相对于生物肥料来说,巨大芽孢杆菌具有自身独 特的优良特点,其生存能力及适应能力较强,对于在 非人工氮素供应上这类菌株将起着十分重要的作 用[16-1 。巨大芽孢杆菌不仅具有高效降解烟草中亚硝 酸盐的功能_l ,更有研究表明由巨大芽孢杆菌制成 的微生物制剂喷洒在烟草叶片上,能有效的提高叶片 的香味,并且降低蛋白质含量,对烟草的品质有很大 提高f1 。并且巨大芽孢杆菌与节杆菌双菌种共同作 用能有效提高废次烟叶的综合利用和烟草薄片质量, 这对烟草企业有巨大的经济意义『2…。 N2、N5、N6、N9、N10的16S序列与Bacillus subtilis相似性达到98%,由此可推断这几个菌株是 枯草芽孢杆菌。枯草芽孢杆菌是一种益生菌,不仅能 够提高植物种子的发芽率,更具有固氮活性[21]0目 前有研究表明,枯草芽孢杆菌是一种内生固氮菌,定 殖在宿主植物体内,直接分泌固氮产物给植物吸收, 不易受到外界环境条件的干扰,更有利于充分发挥固 氮效能,表现出更高的固氮效率[22]o在甘蔗内生固 氮菌的研究中,证实了枯草芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌 的高效固氮活性[23]o English等研究显示,烟叶分别 或混合接种枯草芽孢杆菌和环状芽孢杆菌后,能迅速 产生一种令人愉悦的香气[24]o并且研究表明利用枯 草芽孢杆菌还可以高效防治烟草青枯病[2 。 N1的16S序列与Bacillus thuringiensis相似性 达到99%,由此可推断该菌为苏云金芽孢杆菌。苏 云金芽孢杆菌不仅常用作微生物杀虫剂,也具有高 效固氮功能。N4、N8、NI2的16S序列与Bacillus methylotrophicus相似性达到99%,由此可推断这几 个菌是甲基营养型芽孢杆菌,具有高效固氮功能。但 是目前对苏云金芽孢杆菌和甲基营养型芽孢杆菌的固 刘晓璐等烟草根际固氮菌的筛选、鉴定及优化培养 氮功能研究相对较少,这两个菌种的固氮活性需要做 进一步的研究。ARDRA的分析结果大致一致,证实 了我们分类的正确性。 本试验对巨大芽孢杆菌的适宜培养条件、最适 pH值等进行了研究。把蔗糖作为N7的最优碳源进 行下一步的研究。与蔗糖相比,葡萄糖属于单糖,一 般较容易被细菌利用,但在其代谢过程中产酸速度较 快,从而使得培养基pH值快速降低,这可能是导致 其生长量较蔗糖低的主要原因[9】。N7快速生长的最 优初始pH值为7.50,菌株在中性或偏碱性的条件下 生长好,这与文献报道的植物生长促生菌的适宜培养 条件一致[26-29]o在温度优化培养中,N7的最适生长 温度是30℃,可能是由于较低的温度(25℃),菌 体新陈代谢较慢,导致菌生长和分裂速度受影响;较 高的温度(40℃),由于该温度超过了菌体内酶的最 适温度,使得其催化效率有所下降,从而影响了细菌 的生长。 参考文献 【1】 王鹏,张吉立,李洋,等.大豆饼肥对烤烟氮积累及烟 叶产值的影响[J1.干旱地区农业研究,2012,5:143.146. 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These diazotrophs were isolated by using free nitrogen medium.Ampliifed rDNA restriction analysis(ARDRA)showed that all strains isolated could be classiifed into 5 Operational Taxonomic Units(OUT).Different OUTs was identiifed by 1 6S rDNA sequencing,and those were identiied as Bacilflus:Bacillus thuringiensis;Bacillus subtilis;Bacillus methylotrophicus;Bacillus megaterium and Bacillus anthracis.The batch culture conditions of isolate N7(Bacillus megaterium)were optimized via adjusting carbon sources,temperature and pH values.It was found that sucrose iS the best carbon source,and the best initial pH value iS 7.5,and he tbest temperature iS 30℃. Keywords:tobacco;nitrogen—fixing bacteria;screening;1 6S rDNA;optimization Citation:Liu Xiaolu,Yang Liuqing,Lyu Le,et a1.Screening,identiifcation and culurte optimization of nitrogen-ifxing bacteria in tobacco rhizosphere[J].Acta Tabacaria Sinica,2015,21(1) 烟草科技 2015年第2期目次 ・烟草农学 基于芯片数据的烟草qRT-PCR内参基因鉴定与验证 ………………“干头干尾”烟丝挥发性香味物质的主成分聚类分析 ………………………刘泽,何邦华,杨蕾,唐军, 王燃,许亚龙,李泽锋,卢鹏,孟利军,曹培健 …不同种类绿肥翻压对植烟土壤理化性状的影响 邓小华,石楠,周米良,田 峰,陈前锋, ……………周冰,侯英,朱勇,邱昌桂 UPLC—MS/MS法测定新鲜烟草中的脱落酸和茉莉酸 …………………………陈霞,陈干思,刘萍萍,翟妞, 赵炯平,江智敏,菅攀锋,覃…………………………勇 …………金立锋,郑庆霞,周会娜,林福呈 灰分校正对范氏洗涤法同时测定烟草中ADF和ADL的影响 张婕,葛永辉,向章敏,周淑平,杨慧,耿召良 2,3.吡嗪二甲酸二茴香酯的合成及其热裂解 ………………深翻和施用土壤改良剂对烟草青枯病发生的影响 万川,蒋珍茂,赵秀兰,魏世强, 李玲,马冠华,徐畅,陈益银 储藏醇化措施对烤烟烟包内温湿度及烟叶品质的影响 程昌新,王超,杨应明,王玉,董石飞, ………………付培培,赵铭钦,来苗,包晓容,姬小明, 王鹏泽,尤方芳,陈发元 ・何晓健,刘媛嫒,李……………………………………伟,叶协锋 烟草工艺 ……………贵州喀斯特山区烟叶高光谱参数与叶绿素含量的关系 付虎艳,靳涵丞,张洪亮, 张军,潘高潮,舒清态 基于低能X射线透射成像的打叶片烟中烟梗在线检测 …朱文魁,刘斌,毛伟俊,席建平,钟科军, ・烟草化学 主流烟气中氨与部分羰基化合物的偏相关分析及应用 ………………张辉,王艺斌,黄岗,陈良元 基于t假设检验及SVM神经网络的卷烟真伪判定…魏中华 微波膨胀条状梗丝应用效果评价 丁美宙,熊安言,王海滨,李全胜,孙觅,王二彬 沈晓晨,曹美,张华,庄亚东,曹莹,王珂清 毅, …………刘献军,朱怀远,朱………・设备与仪器 Image。Pro Plus技术在沟槽滤棒特征参数测量中的应用 赵亮,徐玉中,应伟,章军,刘万里,邱建雄,张博 ………离子色谱法测定卷烟侧流烟气中的甲胺和乙胺 刘伟,张艳芳,李杰辉,陈伟华,胡立朝,苏国岁 烤烟香型与产区及品种的关系研究 张霞,张涛,段沅杏,王………………基于计算机视觉的片烟形状测量方法 岚,杨光宇, …………………徐大勇,王澍,张龙,李新锋,范明登 陈永宽,缪明明,刘志华 j乙酸甘油酯酸度的电动连续分液器快速滴定 边照阳,刘珊珊,杨飞,李中皓,张洪非,唐纲岭 ………张文,夏营威,高震宇,堵劲松 异形烟包六面整形装置的设计………………钟龙圣,廖艳培 

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