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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2015, 31(6):129-137
收稿日期 ：2014-11-02
基金项目 ：现代农业产业技术体系建设专项资金项目（CARS-32）
作者简介 ：陈宇丰，男，硕士研究生，研究方向 ：热带农业生态学 ；E-mail ：cyfhndx@126.com
通讯作者 ：戚春林，男，副教授，研究方向 ：热带农业生态学 ；E-mail ：chunlinqu@163.com
香蕉根际土壤解钾放线菌的筛选鉴定及解钾特性研究
陈宇丰1，2 柯春亮2 周登博2 高祝芬2 戚春林1 张锡炎2
（1. 海南大学环境与植物保护学院，海口 570228 ；2. 中国热带农业科学院热带生物技术研究所，海口 571101）
摘 要： 旨在根据解钾菌的解钾特性和机理，从香蕉根际土壤中分离获得解钾能力较强且十分稳定的高效解钾放线菌。首先，
通过解钾分离培养基和筛选培养基的初筛，获得一批高效解钾菌，然后在实验室条件下鉴定菌株类型和测定解钾率，得到一株高
效解钾放线菌。最后通过形态观察、生理生化实验和 16S rRNA 基因序列分析对所筛菌株进行鉴定，并测定不同条件下的解钾率，
对其解钾特性进行了研究。结果显示，从香蕉根际土壤中筛选出 16 株高效解钾菌，通过鉴定和解钾率的测定，最终获得一株稳定
的解钾链霉菌（Streptomycete）M3-4，其在 120 h，30℃，pH 为 6，钾长石粉为 5 g，摇床转速为 250 r/min 条件下，以麦芽糖为碳源，
蛋白胨为氮源时解钾率达最大值。该菌株为陕西链霉菌（Streptomyces shaanxiensis），解钾率约为 20%。
关键词 ： 香蕉根际土壤 ；放线菌 ；解钾率
DOI ：10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.06.020
Screening，Identification and Potassium-dissolving Characteristics of
Potassium-dissolving Actinomycete in Banana Rhizosphere Soil
Chen Yufeng1，2 Ke Chunliang2 Zhou Dengbo2 Gao Zhufen2 Qi Chunlin1 Zhang Xiyan2
（1. College of Environment and Plant Protection，Hainan University，Haikou 570228 ；2. Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology，
China Academy of Tropical Agricultural Sciences，Haikou 571101）
Abstract: According to the characteristics and mechanism of potassium-dissolving by potassium-dissolving bacteria, strains of the highly
efficient and stable potassium-dissolving bacteria were isolated from the banana rhizosphere soil. Firstly by primary screening in potassium-
dissolving separation culture medium and screening culture medium, a number of highly efficient potassium-dissolving bacteria were obtained.
Then identifying the strain types and determining the potassium-dissolving ratio in laboratory, highly efficient strains of potassium-dissolving
actinomycetes were gained. Finally, based on the morphological, physiological and biochemical characteristics and 16S rRNA gene sequence
analysis, the strains were identified, the potassium-dissolving ratios of them were measured under different conditions, and the potassium-
dissolving characteristics were studied. After identifying the isolated 16 strains of efficient potassium-dissolving bacteria and measuring their
potassium-dissolving ratios, finally a stable potassium-dissolving Streptomycete M3-4 was obtained. The potassium-dissolving ratio reached the
highest under the conditions: 120 h, 30℃, pH=6, the medium potassium mineral content was 5 g, shaking speed in 250 r/min, maltose as carbon
source, and peptone as nitrogen sources. The strain is Streptomyces shaanxiensis and potassium-dissolving ratio is about 20%.
Key words: banana rhizosphere soil ；actinomycete ；potassium-dissolving ratio
钾是土壤中含量最高的营养元素［1］，在地壳矿
质元素中居第 7 位，在岩石圈中排名第 4 位［2］，其
对植物的新陈代谢和生长发育起着至关重要的作用，
主要参与细胞渗透调节、物质运输，促进酶的活化、
氮素的利用、蛋白质和糖类的合成，以及增强植物
的光合作用［3］。土壤中钾元素一般可分为水溶性钾、
交换性钾、非交换性钾和矿物质钾，能直接被植物
吸收利用的有效钾约占总量的 2%［4］，有 95% 的钾
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.6130
以缓效态形式存在于钾长石或云母等硅酸盐矿物中，
不能被植物直接吸收利用［5］。
研 究 表 明， 土 壤 中 分 布 着 大 量 的 功 能 微 生
物［6，7］，解钾菌便是从土壤中分离出的一类能利
用铝硅酸盐和磷灰石类矿物的细菌，通过分泌低分
子量有机酸，能快速溶解以云母、伊利石、钾长石
等钾矿石形式存在的钾或通过鳌合硅离子将钾离子
释放到土壤中［8］。利用解钾微生物可以增加土壤
中有效钾离子的含量，促进作物生长发育，提高
产量［9］。
研究表明，解钾菌是常用的促生根际菌（PG-
PR）之一，通过在植物根际定殖，促进植物生长、
提高产量和营养利用率［10，11］。当前解钾细菌主要以
Bacillus mucilaginosus、Bacillus edaphicus 和 Pseudo-
monas sp. 为主［12-14］，赵飞等［15］筛选到 35 株解钾
细菌 ；罗华元等［16］筛选了 1 株高效解钾侧孢芽孢
杆菌（Bacillus lateraporus）。此类解钾细菌解钾能力
不强，且在生产应用上也不稳定，而土壤中的放线
菌，极少具有解钾功能，目前对土壤中的解钾放线
菌研究较少。为缓解钾肥短缺的现状和开发新一代
稳定的解钾细菌，本研究以钾长石粉为唯一钾源的
硅酸盐选择性培养基，利用梯度稀释分离法和平板
划线法从香蕉根际土壤中分离出 16 株解钾细菌，并
通过分离纯化、发酵培养和对发酵培养液中速效钾
的测定，得到一株解钾能力较强的放线菌 M3-4，研
究该解钾菌的生理生化特征和对钾长石粉的解钾特
性，培养时间、pH、溶氧量和钾长石粉量对解钾能
力的影响，旨在了解解钾链霉菌的生长习性和解钾
机理，为开辟新的效果好、成本低且不污染环境的
解钾菌，充分利用土壤中的钾素资源提供科学依据，
对发展生态、经济的绿色农业具有十分重要的意义。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 供试土壤 土样 8 份，采自海南省临高县南
宝 镇（109 5117"E，19 471"N）、 美 台 镇（109
3558"E，19 4051"N）、皇桐镇（109 5058"E，19
4958"N）香蕉园健康植株根际土壤。采集后置于无
菌封口袋中混匀、封口，于冰盒中保存。土样带回
实验室后，除去根系、石块等杂物，于冰箱 4℃保
存备用。
1.1.2 培养基 分离培养基：葡萄糖 10.0 g，NaCl 0.2
g，KH2PO4 0.2 g，MgSO4·7H2O 0.2 g，CaSO4·2H2O 0.2
g，CaCO3 5.0 g， 琼 脂 15.0 g， 去 离 子 水 1 000 mL，
pH7.2。
筛选培养基 ：蔗糖 5 g，Na2HPO4 2 g，MgSO4·
7H2O 0.5 g，FeCl3 0.005 g，CaCO3 0.1 g，土壤矿物 1 g，
琼脂 18-20 g，蒸馏水 1 000 mL，pH7.0-7.5。
营养培养基 ：酵母粉 5 g，胰蛋白胨 10 g，NaCl
10 g，琼脂 20 g，pH7.2-7.5。
1.2 方法
1.2.1 解钾菌的分离筛选
1.2.1.1 初筛 称取 10 g 新鲜土壤样品，溶于 100
mL 无菌水中，利用磁力搅拌器充分混匀制成悬液，
再用 10 倍稀释法进行稀释处理，分别配制 10-4、
10-5 和 10-6 的土壤悬液，吸取 0.1 mL 悬液涂布至分
离培养基上，每个梯度设 3 个重复，28℃倒置培养
3-4 d，待细菌菌落长出后进行四分体划线纯化。
1.2.1.2 复筛 将纯化后的菌株转接至以钾长石为
唯一钾源的筛选培养基平板上，28℃培养 4 d，用
四苯硼钠（1% 四苯硼钠 +2% 氢氧化钾）覆盖平板，
并加入 0.04% 的溴酚蓝显色，观察菌落周围出现亮
蓝色的菌株，初步定为解钾细菌，纯化后保存于细
菌营养培养基斜面上。
1.2.2 解钾菌的分类鉴定
1.2.2.1 形态与培养特征观察 采用国际链霉菌规
划中的标准培养基［17］，28℃培养 7-21 d，观察菌株
培养特征，包括生长情况、气生菌丝、基内菌丝、
孢子丝特征等 ；酵母膏麦芽膏琼脂培养基上取灭菌
的盖玻片以 45 角斜插入划线处，28℃培养 7-21 d，
观察盖玻片上气生菌丝、孢子丝及孢子形状。
1.2.2.2 生理生化特征 参照 Shirking 与 Gottlieb［18］
的方法对菌株进行生理生化鉴定。
1.2.2.3 细胞壁化学成分分析 快速薄板层析法［19］
对菌株进行细胞壁氨基酸、全细胞水解液糖型分析。
1.2.2.4 16S rDNA 序列分析 选用细菌 16S rDNA 通
用 引 物 27F（5-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3），
1492R（5-GGTTACCTTGTTACGACTT-3）建立 PCR
扩增体系进行扩增。PCR 反应体系（25 μL）：上游
2015,31(6) 131陈宇丰等：香蕉根际土壤解钾放线菌的筛选鉴定及解钾特性研究
引物 1 μL，下游引物 1 μL，DNA 模板 2.0 μL，2×Taq
PCR Master Mix 12.5 μL，ddH2O 8.5 μL。扩增程序 ：
94℃ 预 变 性 5 min ；94℃ 变 性 30 s，55℃ 退 火 30
s，72℃延伸 1.5 min，共 35 个循环 ；72℃后延伸 7
min。产物经纯化后测定基因序列 ；采用 EzTaxon 与
GenBank 搜索序列相似性，选取相似性较高的模式
菌株序列，用 MEGA5.05 中 Neighbor-Joining 法比较
同源性，构建系统发育树。
1.2.3 解钾菌解钾能力测定 将筛选获得的解钾菌
在营养培养基平板上培养 48 h 后，接种于无菌水中，
充分震荡摇匀，制成悬液。配制解钾培养液 ( 无钾 )，
按 50 mL 分装于加入有 5 g 钾长石粉的 250 mL 三角
瓶中，121℃灭菌 25 min 后，进行后续实验，每个
处理设置 3 个重复。
1.2.3.1 培养时间对解钾率的影响 将菌株悬液按
1% 的接种量接种于上述无钾培养液中，28℃ 250
r/min 振荡培养，分别于 24、48、72、96、120、144
和 168 h 取样，以不接菌处理为对照，测定速效钾
含量。
1.2.3.2 培养液 pH 对解钾率的影响 分别配制 pH
为 3、4、5、6、7、8 和 9 共 7 个梯度的无钾培养液，
培养液其他成分不变。将菌株悬液按 1% 的接种量
接入配制好的无钾培养液，28℃ 250 r/min 振荡培养
120 h 后取样，以不接菌处理为对照，测定不同 pH
条件下培养液速效钾含量。
1.2.3.3 摇床转速对解钾率的影响 将上述无钾培
养液按 1% 的接种量接入菌株悬液，28℃分置于 50、
100、150、200、250 和 300 r/min 摇 床 上 振 荡 培 养
120 h 后取样，以不接菌处理为对照，测定速效钾
含量。
1.2.3.4 钾长石粉量对解钾率的影响 将上述无钾
培养液按 50 mL 分装于 250 mL 三角瓶中，并按 0.5、
1、2、3.5、5、7.5 和 10 g 的梯度量分别加入钾长石
粉，121℃灭菌 25 min，按 1% 的接种量接入菌株悬液，
28℃ 250 r/min 振荡培养 120 h 后取样，以不接菌处
理为对照，测定速效钾含量。
1.2.3.5 不同碳氮源对解钾率的影响 在上述无钾
培养液中，分别以葡萄糖、蔗糖、乳糖、果糖、淀
粉及麦芽糖为碳源，以氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、
硝酸钠、酵母膏及蛋白胨为氮源，培养液其他成分
不变，按 1% 的接种量接入菌株悬液，28℃ 250 r/min
振荡培养 120 h 后取样，以不接菌处理为对照，测
定速效钾含量。
1.2.3.6 不同温度对解钾率的影响 将上述无钾培
养液按 1% 的接种量接入菌株悬液，分置于温度为
24℃、26℃、28℃、30℃、32℃、34℃和 36℃，转
速为 250 r/min 摇床上振荡培养 120 h 后取样，以不
接菌处理为对照，测定速效钾含量。
1.2.3.7 测定方法 将以上培养液样品全部倒入蒸
发皿中，在水浴锅上浓缩至 10 mL 左右，加入 4 mL
H2O2 继续蒸发，直至黏稠物质完全消失，4℃ 4 000
r/min 离心 10 min，收集上清液至 50 mL 容量瓶中，
用蒸馏水定容。在火焰原子吸收光度计上测定速效
钾含量，并设置未接菌处理为空白对照，每个处
理重复 3 次，按以下公式计算菌株对钾长石粉的解
钾率 ：
ab
×100%=
c×d×2×104
䀓䫮⦷ %
其中，a 为培养液中钾含量（mg/L），b 为对照
中钾含量（mg/L），c 为钾长石粉量（g），d 为全钾
含量（%）。
1.2.4 数据处理 数据采用 Excel2007 和 SAS9.1 统
计软件进行方差分析及多重比较。
2 结果
2.1 解钾菌的筛选
对土壤样品进行涂布处理，初步得到菌株 248
株，经过一系列的分离和初筛，得到具有高效解钾
能力的菌株共 16 株，通过制备无钾培养液，发酵液
的处理采用过氧化氢灰化法［21］。并在火焰原子吸收
分光光度计上测量解钾量，由表 1 可知，16 株解钾
菌的解钾能力均较强，解钾率基本都在 10% 以上，
高于对照。其中 M3-4 菌株培养液中速效钾含量最高，
解钾能力最强，解钾率显著高于其他菌株，本实验
以 M3-4 菌株为研究对象，对其生理生化特性和解钾
特性做进一步研究。
2.2 解钾菌M3-4的分类鉴定
2.2.1 形态特征 图 1 显示，电镜下，菌株 M3-4 的
基内菌丝弯曲呈树根状、不断裂 ；气生菌丝多分枝 ；
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.6132
孢子丝较长且直、呈柔曲形 ；孢子呈椭圆形，表面
光滑。
2.2.2 培养特征 解钾菌 M3-4 在 8 种供试培养基上
生长良好，其菌落形态，见表 2。
2.2.3 生理生化特征 菌株 M3-4，生长 pH 范围为
3.0-9.0，最适生长 pH 为 7.0 ；最适生长温度为 28-
32℃ ；不能生长在 NaCl 含量大于 5% 的培养基上 ；
其他生理生化特征，见表 3。
2.2.4 细胞壁化学成分分析 薄板层析结果表明，
菌株 M3-4 细胞壁中含有 LL-DAP 和甘氨酸，全细胞
水解物无特征性糖，糖组分模式为 C 型，属于细胞
壁Ⅰ型放线菌。
2.2.5 系统发育树及同源性分析 菌株 M3-4 经 16S
rDNA 测序获得 1 430 bp 的基因片段，将序列信息
提交到 GenBank 数据库中，以 EzTaxon 与 GenBank
进行基因序列相似性比对。结果显示，菌株 M3-4
与 链 霉 菌 属（Streptomyces） 同 源 性 均 很 高， 归 为
链 霉 菌 属。 从 16S rDNA 序 列 相 似 性 比 较 分 析 来
A B
图 1 菌株 M3-4 的孢子丝形态（A）及孢子形态（B）
表 2 菌株 M3-4 的培养特征
培养基 生长情况 菌落 气生菌丝 基内菌丝 可溶性色素
ISP2 Abundant Dark Brown Waxy Bright Brown None
ISP3 Abundant Dark Brown Greyish-blue Bright Brown Brown
ISP4 Poor Bright Brown White Brown Light navy blue
ISP5 Moderate Milk White White Milk White None
ISP6 Moderate Silver Brown None Silver Brown None
ISP7 Abundant Bright Brown White Yellowish-Brown None
PDA Moderate White White Beige Dark Brown
Gause No.1 Abundant Silver Brown None Silver Brown None
表 1 解钾菌 M3-4 对钾长石粉的解钾率
菌株 解钾率 /% 菌株 解钾率 /%
M3-4 29.56±0.33 a M4-3 13.36±0.33 de
H3-2 28.81±0.33 a M4-2 12.79±0.33 efg
H4-9 15.80±0.56 c M4-C 15.05±0.33 c
H4-6 13.17±0.33 de N4-W 12.98±0.98 def
H3-5 10.09±0.33 h N4-Y 17.31±0.33 b
H3-7 12.04±0.33 g M3-6 16.74±0.65 b
H4-3 13.73±0.33 d M3-5 17.49±0.56 b
N4-I 12.04±0.65 g NH-9 12.23±0.33 fg
注 ：表中数据为 x-±s。同列数据后不同字母表示经 Duncan 氏新复极差法检
验在 P<0.05 水平差异显著
表 3 菌株 M3-4 的部分生理生化特征
生化实验 碳源利用
特征 结果 特征 结果
明胶液化 + α-乳糖 +
色素 + D-纤维二糖 +
接触酶 + D-果糖 +
硝酸盐还原 + D-半乳糖 +
淀粉水解 + D-葡萄糖 +
V-P + D-甘露糖 +
MR + D-山梨醇 +
酪氨酸酶 + D-海藻糖 +
H2S + D-木糖 +
氮源利用 L- 阿拉伯糖 +
L-精氨酸 + L-苯丙氨酸 +
L-丝氨酸 + 棉子糖 +
L-苯基丙氨酸 + 蜜二糖 +
甘氨酸 + 木聚糖 +
蛋氨酸 + D-甘露醇 -
L-羟基脯氨酸 + 肌醇 +
L-半胱氨酸 + 松三糖 +
L-乙硫氨酸 + 鼠李糖 +
缬氨酸 + 核糖 -
组氨酸 + 水杨苷 +
硝酸铵 + 可溶性淀粉 +
氯化铵 - 蔗糖 +
注 ：+ ：结果为阳性 ；- ：结果为阴性
2015,31(6) 133陈宇丰等：香蕉根际土壤解钾放线菌的筛选鉴定及解钾特性研究
看， 该 菌 株 与 深 蓝 链 霉 菌（Streptomyces cyaneus）、
古腊科链霉菌（Streptomyces curacoi）、陕西链霉菌
（Streptomyces shaanxiensis）、青蓝链霉菌（Streptomyces
caeruleatus）、 林肯链霉菌（Streptomyces lincolnensis）
等菌株比较靠近，相似率均在 99.5% 以上。选取
34 株同源性较高的链霉菌属标准菌株序列，与待
测菌株序列构建系统发育树（图 2）。从系统发育
树 可 以 看 出， 菌 株 M3-4 与 Streptomyces cyaneus 和
Streptomyces shaanxiensis 亲缘关系最近，相似率均达
100%。根据系统发育树相似性和同源性分析，其与
Streptomyces shaanxiensis 位于同一大分支，且进化关
系和距离最近，再结合形态特征、培养特征和生理
生化特征，鉴定此菌株为 Streptomyces shaanxiensis，
编号为 M3-4。
Streptomyces mirabilis NBRC 13450 T AB184412
Streptomyces kaempferi I37 T HE591382
Streptomyces olivochromogenes NBRC 3178 T AB184737
Streptomyces albosporeus subsp. labilomyceticus NBRC 15387 T AB184638
Streptomyces clavuligerus ATCC 27064 T CM000913
Streptomyces lucensis NBRC 13056 T AB184280
Streptomyces achromogenes subsp. achromogenes NBRC 12735 T AB184109
Streptomyces avermitilis MA-4680 T BA000030
Streptomyces griseochromogenes NBRC 13413 T AB184387
Streptomyces cellostaticus NBRC 12849 T AB184192
Streptomyces lanatus NBRC 12787 T AB184845
Streptomyces longwoodensis LMG 20096 T AJ781356
Streptomyces galbus DSM 40089 T X79852
Streptomyces bungoensis NBRC 15711 T AB184696
Streptomyces capoamus JCM 4734 T AB045877
Streptomyces corchorusii NBRC 13032 T AB184267
Streptomyces canarius NBRC 13431 T AB184396
Streptomyces olivaceoviridis NBRC 13066 T AB184288
Streptomyces osmaniensis OU-63 T FJ613126
Streptomyces neopeptinius KNF 2047 T EU258679
Streptomyces spongiae Sp080513SC-24 T AB498741
Streptomyces curacoi NRRL B-2901 EF626595
M3-4
Streptomyces cyaneus NRRL B-2296 T AF346475
Streptomyces shaanxiensis CCNWHQ 0031 T FJ465151
Streptomyces caeruleatus GIMN4 T GQ329712
Streptomyces lincolnensis NRRL 2936 T X79854
Streptomyces cinnabarinus NBRC 13028 T AB184266
Streptomyces griseoruber NBRC 12873 T AB184209
Streptomyces antibioticus NBRC 12838 T AB184184
Streptomyces coacervatus IFM 11055 T AB500703
Streptomyces alanosinicus NBRC 13493 T AB184442
Streptomyces acidiscabies ATCC 49003 T D63865
Streptomyces kasugaensis M338-M1 T AB024441
Streptomyces varsoviensis NRRL B-3589 T DQ026653 99
76
94
76
47
69
81
84
90
80
62
47
62
63
56
25
40
43
50
20
28
57
34
26
7
17
17
45
39
30
31
22
0.002
标尺为 0.002，表示相似性百分比 ；分支点数字为自聚值 ；括号中为菌株序列号
图 2 基于 16S rDNA 基因序列构建菌株 M3-4 的系统发育树
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.6134
2.3 解钾菌M3-4对钾长石粉的解钾动态研究
解钾菌 M3-4 对难溶性钾矿石的解钾作用，除
了与菌株本身的遗传特性和难溶性钾矿石的种类、
成分有关外，还与培养时间、培养液的 pH、难溶性
钾矿石的含量、溶解氧和碳氮源种类密切相关。
2.3.1 培养时间对解钾菌 M3-4 解钾率的影响 由
图 3 可知，在 168 h 内，菌株 M3-4 对钾长石的解钾
能力随时间的动态变化差异性显著。随着培养时间
的增加，解钾率总体呈上升趋势，从 24 h 8.65% 的
解钾率线性上升，在 120 h 升至峰值，解钾率达到
29.73%，显著高于其他培养时间（P<0.05）。在 120
h 之后，144 h 和 168 h 的解钾率略有下降，平均降
低约 4.5%，解钾率分别为 25.38% 和 24.23%，二者
差异不显著（P<0.05）。结果表明，菌株 M3-4 培养
到第 5 天时解钾率最高，解钾能力最强，在 5 d 以
后虽基本处于平稳状态，但总体来说，在代谢产物
的影响下，其解钾能力略有降低。
研究对该菌株的培养和农业生产有十分重要的意义。
2.3.3 摇床转速对解钾菌 M3-4 解钾率的影响 由
图 5 可知，不同溶解氧显著影响菌株 M3-4 的解钾能
力。以 50 r/min 为摇速间隔，从 50 r/min 开始，随
着摇速的不断增大，M3-4 的解钾率呈线性增长的趋
势，在 250 r/min 时达到平衡状态。以 250 r/min 和
300 r/min 为峰值，解钾率分别为 29.95% 和 30.03%，
两者无显著性差异，基本保持恒定。结果表明，菌
株 M3-4 的发酵培养最理想的摇速应为 250 r/min，
在此溶解氧范围内，该菌株可以正常的生长和新陈
代谢，且解钾能力也处于最强状态。
bc
f
e
d
c
a
b
0
5
10
15
20
25
30
35
24 48 72 96 120 144 168ษޫᰦ䰤/h䀓䫮⦷/%
不同字母表示经 Duncan 氏新复极差法检验在 P<0.05 水平差异显著，下同
图 3 培养时间对解钾菌 M3-4 解钾率的影响
d
e
d
b
a
b
c
0
5
10
15
20
25
30
35
3 4 5 6 7 8 9
pH
䀓䫮⦷/%
图 4 pH 值对解钾菌 M3-4 解钾率的影响
aa
b
c
d
e
0
5
10
15
20
25
30
35
50 100 150 200 250 300᩷ᒺ䖜䙏/ r·min-1 䀓䫮⦷/%
图 5 摇床转速条件对解钾菌 M3-4 解钾率的影响
2.3.2 pH 对解钾菌 M3-4 解钾率的影响 由图 4 可
知，在不同 pH 条件下，菌株 M3-4 的解钾能力差异
性显著。 pH 从 3-9，随着 pH 值的逐渐增大，解钾
率呈现先升高后降低的趋势。以 pH6 的解钾率最高，
达到了 29.99%，比 pH3 时升高了 17.37%，差异十
分显著。在 pH6 之后，解钾率开始显著降低，在
pH9 时降至最低值，解钾率变为 19.46%。纵观整体，
以 pH 为 5 和 7 次之，解钾率略低于 pH6 时的解钾
率，分别为 27.51% 和 27.21%，且两者无显著性差异。
结果表明，pH 值显著影响菌株 M3-4 的解钾率。菌
株 M3-4 最适宜生长的 pH 环境为微酸性或中性，此
2.3.4 钾长石粉量对解钾菌 M3-4 解钾率的影响 由
图 6 可知，钾长石粉量对解钾菌 M3-4 的解钾能力有
显著性影响。随着钾长石粉量的增加，菌株的解钾
能力显著升高。以 0.5-5 g 之间的增长最显著，每个
梯度平均增长 3%。钾长石粉为 5 g 时，解钾率达到
了 28.76%，基本处于平稳状态，随着钾长石粉量的
增加，解钾率变化微乎其微。而以钾长石粉量为 7.5
g 和 10 g 时解钾率最高，分别为 29.44% 和 29.52%，
2015,31(6) 135陈宇丰等：香蕉根际土壤解钾放线菌的筛选鉴定及解钾特性研究
两者差异不显著。结果表明，不溶性钾矿石含量越
高，该菌株活性越大，此研究对菌株的应用和农业
生产有指导意义。
8 可知，温度对菌株 M3-4 的解钾能力影响差异性显
著。 温度在 24℃-36℃区间，随着温度的不断升高，
解钾率呈先升高后降低的趋势。在 30℃时达最大值，
解 钾 率 为 29.96%， 温 度 在 24℃-30℃， 解 钾 率 随
着温度的升高增长迅速，梯度间差异十分显著。在
30℃-36℃，解钾率随着温度的降低减小缓慢。而在
28℃和 32℃时，菌株解钾率略低于最大值，分别为
28.09% 和 27.58%，两者无显著性差异。结果表明，
培养温度在 28℃-32℃时，菌株 M3-4 的解钾率最大，
该研究可有利指导菌株 M3-4 的培养和发酵生产。
aab
c
d
e
f
0
5
10
15
20
25
30
35
0.5 1 2 3.5 5 7.5 10䫮䮯⸣㊹䟿/g䀓䫮⦷/%
图 6 钾长石粉量对解钾菌 M3-4 解钾率的影响
e
b
c
d
a a
e
d
c
b
a a
0
5
10
15
20
25
30
35
A B C D E F⻣Ⓚ≞Ⓚ䀓䫮⦷/%
⻣Ⓚ≞Ⓚ
A ：葡萄糖 / 氯化铵 ；B ：蔗糖 / 硝酸铵 ；C ：乳糖 / 硫酸铵 ；D ：果糖 / 硝酸钠 ；
E ：淀粉 / 酵母膏 ；F ：麦芽糖 / 蛋白胨
图 7 碳氮源对解钾菌 M3-4 解钾率的影响
d
c
b
a
b
d
e
0
5
10
15
20
25
30
35
24 26 28 30 32 34 36ᓖ/ć䀓䫮⦷/%2.3.5 碳氮源对解钾菌 M3-4 解钾能力的影响 由图7 可知，不同碳氮源对菌株 M3-4 的解钾能力影响差异显著，以麦芽糖为碳源，蛋白胨为氮源时培养液速效钾含量最高，菌株 M3-4 的解钾率最大，分别为30.08% 和 29.99% ；而以淀粉和酵母膏为碳氮源解钾
能力次之，其解钾率分别为 29.97% 和 29.67%，与
两个峰值无显著性差异（P<0.05）。以葡萄糖和氯化
铵为碳氮源解钾能力最低，解钾率分别为 19.15% 和
10.74%。结果表明，该解钾菌株对碳源的利用以双
糖和多糖为主，利用效率优于单糖。对氮源的利用
以有机氮为主，有机氮利用效率优于无机氮。
图 8 温度对解钾菌 M3-4 解钾率的影响
3 讨论
解钾菌又称硅酸盐细菌（Silicate bacteria），是
一类能够分解钾长石、云母等硅酸盐类矿物，把
土壤中的固态钾分解、转化成为可以被作物直接吸
收的有效钾和分泌一些促进植物生长的活性物质的
微生物［21］。土壤中含有大量的解钾微生物［22］，大
多数解钾细菌都是从土壤中分离获得，特别是从
作物根际土壤中更容易分离获得高效解钾菌［23］。
张朝辉等［24］ 从烟草根际分离一株解钾菌 ；吴凡
等［25］ 从桑树根际土壤中分离获得 7 株高效解钾
菌 株。 国 内 外 研 究 表 明， 目 前 发 现 的 解 钾 菌 多
为 Bacillus sp. 和 Pseudmonas sp.，特别是胶质芽孢
杆 菌 B. mucilaginosus 和 克 霍 尔 德 菌（Burkholderia
sp.） 研 究 最 为 广 泛［26-28］， 如 Sugumaran 等［26］ 和
Mikhailouskaya 等［29］研究，而有关香蕉根际解钾菌
的报道很少。本研究是对香蕉根际土壤进行试验分
析，从香蕉根际土壤中分离得到 16 株高效解钾菌，
其中有 10 株为高效解钾放线菌，系属链霉菌属，是
解钾菌类稀有微生物，目前尚无该类解钾菌的报道2.3.6 温度对解钾菌 M3-4 解钾能力的影响 由图
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.6136
和研究。其他 6 株为芽孢杆菌是植物根际土壤中最
常见的细菌，解钾能力和活性明显低于 10 株放线菌。
本研究通过解钾率的测定，选用其中一株解钾
活性最大的放线菌 M3-4 菌株进行试验研究。菌株的
初步种属鉴定表明，M3-4 与深蓝链霉菌具有最大序
列相似性，达到 100%，在基于 16S rDNA 序列构建
的系统发育树中处于同一支，亲缘关系最近。该菌
株基内菌丝弯曲呈树根状、不断裂 ；气生菌丝多分
枝 ；孢子丝较长且直、呈柔曲形 ；孢子呈椭圆形，表
面光滑与陕西链霉菌（Streptomyces shaanxiensis）相一
致，无显著性差异。
植物根际土壤微生物在改善土壤肥力、 改善根
际环境、 促进根系生长和防治植物病害等方面均有
一定的作用［30-32］。Grudev［33］和 Karavaiko［34］等发
现解钾菌可以破坏不溶性钾矿物的结构，从钾矿物
中释放出 SiO2 和 K
+，其对矿物结构的破坏作用与胞
外多糖及低分子量的酸性代谢产物有关。不同菌株
的解钾特性和解钾能力各异，李海龙等［35］从土壤
中分离的一株解钾菌对钾长石的解钾率为 25.1% ；
赵飞等［36］从钾矿物表面分离的两株解钾菌对钾长
石的解钾率为 29.8% 和 25.4% ；贺积强等［37］从紫
色土中筛选获得的 40 株解钾菌的解钾率为 0.66%-
7.90%。培养条件对微生物的解钾能力也有较大的影
响，培养条件通过影响微生物的生长和代谢产物进
而影响解钾能力，菌株在不同培养条件下，解钾能
力差异性波动十分显著。本研究结果表明，解钾菌
M3-4 以培养时间为 120 h，pH 为 6 时解钾能力最大，
解钾率高达 29.73% 和 29.99% ；培养 120 h 以后，其
解钾能力稍有降低，但基本处于稳定状态，而 pH
在 5-7，温度在 28℃-32℃区间内，解钾率均高于
27%。在选择钾长石粉量和溶解氧方面，从实际应
用和经济效益综合考虑，钾长石粉量为 7.5 g，摇床
转速为 250 r/min 时，解钾能力基本达最佳状态，解
钾率分别为 29.44% 和 29.95%，与后续的处理无显
著差异，解钾率均在 29% 以上。本试验中，菌株
M3-4 以麦芽糖为碳源解钾能力最高，以葡萄糖为碳
源解钾能力最低，解钾率分别为 30.08% 和 19.15%，
前者为二糖，后者为单糖，解钾率相差 10%，差异
性显著。而该菌株氮源的利用条件，以有机氮为氮
源时显著高于以无机氮为氮源时的解钾能力。
4 结论
解钾菌解钾能力的强弱是作为评价其性能的
重要指标。本实验从香蕉根际土壤中分离、筛选出
16 株高效解钾菌，通过鉴定和解钾率的测定，最终
获得一株解钾能力较强的链霉菌 M3-4。解钾菌株
M3-4 对钾长石的平均解钾率为 29.91%，培养液中
有效钾含量为 350 mg/L，具有较大的解钾优势，对
开发微生物菌肥和钾肥的使用具有指导意义，是绿
色农业兴起和发展的风向标。
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（责任编辑 马鑫）