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海南香蕉根围土解磷菌的筛选鉴定及对香蕉幼苗生长的影响



全 文 : 中国南方果树/SOUTH CHINA FRUITS 2015;44(2):18~22
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毦毦

研究报告 ·其他常绿果树·
海南香蕉根围土解磷菌的筛选鉴定及对香蕉幼苗生长的影响
秦海利1,董存明1,3,张爱华1,2,赵 艳1,汤 华1,阮云泽1
(1海南大学,海口,570228;2海南省乐东黎族自治县香蕉枯萎病及热带经济作物土传病防控研究所,海南乐东,572500;
3海南泰谷生物科技有限公司,海口,570228)
 收稿日期:2014-12-24;修回日期:2015-03-04
基金项目:农业部公益性行业科研专项(201103004);国家自然科学基金(31372142);海南省应用技术研发与示范推广专
项(ZDXM2014038);中央财政支持中西部高校提升综合实力专项(ZDZX2013023)资助。
作者简介:秦海利(1989—),女,硕士研究生,研究方向为热带作物高效栽培。E-mail:hailiqin@126.com
通信作者:阮云泽。E-mail:ruanyunze1974@hainu.edu.cn
DOI:10.13938/j.issn.1007-1431.20140644
摘 要 采用磷酸盐生长培养基(NBRIP)从长势良好的海南香蕉根围土中分离到解磷细菌23
株,经过反复筛选纯化获得一株解磷能力优异的菌株1-7。通过液体摇瓶复筛,培养7d后发现,1-
7菌株培养液中可溶性磷为638.26mg/L,约有12.8%的磷酸三钙被溶解出来,是对照的13.9倍;
经16SrDNA序列和生理生化分析,初步鉴定此菌株为鲍氏不动杆菌Acinetobacter baumannii。盆
栽结果表明,两季试验中接种解磷菌1-7处理的香蕉株高、茎粗、鲜重、生物量分别比对照(不施磷
肥)增加了17.4%、10.4%、27.3%、21.1%和13.0%、8.2%、25.2%、13.2%,但与施化学磷肥处理
的差异不显著。
关键词 解磷细菌;香蕉根围;海南;鲍氏不动杆菌;生长发育
Screening and Identification of Phosphate-solubilizing Bacteria from
Rhizosphere Soil in Banana Orchards in Hainan and Its Influence on
Growth of Banana Seedlings
QIN Haili 1, DONG Cunming1,3, ZHANG Aihua1,2, ZHAO Yan1,TANG Hua1,
RUAN Yunze 1
(1Colege of Agronomy,Hainan University,Haikou,570228,China;2Prevention and Control Institute of Ba-
nana Fusarium Wilt and Tropical Economic Crops Soil Born Disease in Le Dong,Le Dong,Hainan,572500;3
Hainan Taigu Biotechnology co.,Haikou,570228)
Abstract In order to release invalid state of soil fixed phosphorus,23of phosphate-solubilizing bac-
teria were isolated from the rhizosphere of wel growing banana plants in Hainan province using Na-
tional Botanical Research Institute's phosphate growth medium(NBRIP).After repeated screening
and isolation,a strain named 1-7with the strongest phosphate-solubilizing capability was obtained.
After 7days incubation in liquid NBRIP medium,the content of soluble phosphate reached 638.26
mg/L,about 12.8%of the tricalcium phosphate was dissolved,which was 13.9times higher than
the control.Through the 16SrDNA sequence and physiological and biochemical analysis,strain 1-7
was identified as Acinetobacter baumannii.Moreover,the two seasons of pot experiments showed
that the plate height,stem diameter,fresh weight and biomass of banana seedlings in the treat-
ments inoculated with the phosphate-solubilizing strain 1-7were increased by 17.4%,10.4%,
27.3%,21.1%and 13.0%,8.2%,25.2%,13.2%,respectively,compared with the control,
but no significant difference by compared to chemical phosphorus treatment.
Keywords phosphate-solubilizing bacteria;banana;Acinetobacter baumannii;growth and develop-
ment
 第2期  秦海利,等:海南香蕉根围土解磷菌的筛选鉴定及对香蕉幼苗生长的影响
  磷在植物生长发育过程中起着积极的作
用,是植物体内重要化合物的组成部分,参与
光合作用和呼吸作用,是植物不可缺少的元
素之一[1]。在土壤中可被作物利用的可溶性
磷含量高低是限制植物生长的重要因子之
一。香蕉等热带果树在我国热带和亚热带地
区规模化种植,这些作物经济效益高,施肥量
大,特别是磷肥投入量远远大于吸收量,施入
土壤中的磷绝大部分以铁、铝,钙形成铁磷、
铝磷和钙磷,甚至有效性更低的闭蓄态磷,磷
肥对当季作物的利用率加上后效一般也不超
过25%[2]。因此,活化并释放这些被固定在
土壤中的磷,对于生产成本的降低和生产环
境的保护具有重要意义。
存在于土壤中的根际细菌被认为是最有
效的解磷微生物。它们能够利用自身的代谢
物质[3],或通过 NH+4同化作用[4]或释放
H2S[5],将被土壤固定的无效态磷释放出来。
本试验从香蕉根围土中通过NBRIP培养基
筛选高效解磷菌,并对其菌株进行16SrD-
NA鉴定,通过盆栽试验研究其解磷效果。
旨在利用微生物途径活化土壤中的矿化态
磷,以期为解磷菌在热带果树生产中的应用
提供参考,也为新型生物肥料提供菌源。
1 材料与方法
1.1 供试样品和培养基
供试土壤采自海南省乐东县万亩蕉园香
蕉根围土。
分离和筛选培养基采用国际植物研究所
磷酸盐生长培养基(NBRIP):葡萄糖10g,
磷酸三钙5g,氯化镁5g,硫酸镁0.25g,氯
化钾0.2g,硫酸铵0.1g,蒸馏水1 000mL,
pH值7.0,115℃灭菌20min[6]。
LB培养基:蛋白胨10g,酵母粉5g,氯
化钠10g,琼脂20g,定容至1 000mL,pH
值7.0~7.2,121℃灭菌20min。
1.2 解磷菌的分离
轻甩掉香蕉根上大块土后,用小刷子轻
刷出表面附着土,称为根围土,称根围土10g
加入无菌水90mL,30℃摇床振荡30min,
取上 清 液 逐 级 稀 释 至 10-2、10-3、10-4、
10-5,各取100μL涂布于NBRIP固体平板,
3次重复,30℃培养7d后,挑取有透明圈的
单菌落纯化,置于4℃冰箱保存备用。
1.3 解磷菌的筛选
在NBRIP培养基平板上分区,并用接
种针分别接种分离出来的解磷菌,30℃培养
7d后,测量菌株透明圈直径和菌落直径,计
算透明圈与菌落直径比。
选择直径比较大的和有代表性的菌株,
接种到NBRIP液体培养基中,在30℃,170
r/min的摇床中培养7d,每天定时取样测定
培养液中有效磷含量和pH值。对于摇瓶复
筛解磷效果较好的菌株,多次重复验证。
1.4 可溶性磷量与pH值测定
将筛选出的解磷菌在 NBRIP液体培养
基培养7d后,取菌液10mL 10 000r/min离
心10min(目的是为了除去培养液中的菌体
和残留的磷酸钙颗粒),上清液使用上海雷磁
PHS-3C型pH计测定pH值,最后用钼锑抗
比色法在波长700nm下比色测定可溶性磷
含量[7]。
1.5 高效解磷菌株1-7的分类鉴定
1.5.1 生理生化的测定  生理生化指标的
测定参考文献[8]和[9]。
1.5.2 16SrDNA序列分析  采用TIAN-
amp Bacteria DNA Kit提取菌株 1-7 总
DNA作为扩增模板,利用正反向引物5′-
AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′和 5′-
TACCTTGTTACGACTT-3′进行 16SrD-
NA序列扩增。PCR扩增采用50μL反应体
系:模板 DNA 1μL,引物(10μmol/L)各
2μL,dNTP(25 mM)4μL,10×buffer
5μL,MgCl2 4 μL,Taq 酶 (2.5 U/μL)
0.3μL,ddH2O 31.7μL。PCR反应条件:
94℃预变性5min,94℃变性30s,58℃退
火1min,72 ℃延伸1.5min,30个循环后
72℃延伸10min。PCR产物送广州华大基
因公司测序。
91
中 国 南 方 果 树/SOUTH CHINA FRUITS 第44卷
测序结果通过GenBank中的Blast搜索
数据库进行序列的同源性比较分析,采用
MEGA 5.0软件中的邻位相接法(NJ法)构
建系统发育树。
1.6 盆栽试验
共做两季,供试土壤为海相沉积物发育
的燥红土,土壤理化性质:pH值6.5,速效磷
14.6mg/kg,全磷145g/kg。供试香蕉品种
为抗枯5号,由海南万钟实业有限公司提供。
盆栽试验设对照(不施磷肥),施1-7菌液和
施磷肥(KH2PO4)等3个处理;菌液接种量
为每盆50mL(1×108 CFU/mL)。每盆装
土5kg,选取长势一致4~5片真叶的香蕉幼
苗定植,以腐熟猪粪(有机质 16%,全氮
0.96%,全磷0.43%)作为底肥按土重的1%
加入。氮、钾肥用量分别为每盆尿素4g和
氯化钾2g,每月施一次肥。每处理重复8
次,常规管理,香蕉生长60天后收获。测定
其株高、茎粗、鲜重,105 ℃杀青25 min,
80℃烘干至恒重,测其生物量。
数据处理采用SPSS20软件进行相关分
析,使用 Microsoft Excel 2010软件作图。
2 结果与分析
2.1 解磷菌平板筛选
据NBRIP培养基上的溶磷圈,筛选出
解磷细菌23株,其中8株经多次重复验证,
解磷效果较稳定;其余15株解磷效果不稳
定,在继代培养和4℃保藏过程中逐渐丧失
了解磷能力。林启美等[10]有过相似报道。
解磷菌株P-5的透明圈直径高达13mm以
上,其他菌株的透明圈直径都达6mm以上,
其中3-7菌株的透明圈直径与菌落直径比最
大(见表1)。
2.2 解磷菌复筛
试验结果看出,对照培养液中可溶性磷
的浓度最低,所有接种处理均为对照的4.3~
13.9倍。其中 1-7 菌株浓度最高,约有
12.8%的磷酸三钙被溶解出来。从培养液的
pH值来看,接种不同菌株处理的培养液均
比对照有不同程度降低,下降幅度1.2~
2.64个pH值。其中,1-7下降的幅度最大,
与对照相差2.64个pH值(见表1)。
表1 香蕉根围土解磷菌平板初筛和复筛
菌株
透明圈
φ
菌落
φ
透明圈φ/
菌落φ
可溶性

溶磷率/
% pH

p-1  6.2  2.0  3.1  271.45d 5.4d 5.52b
p-2  6.5  2.7  2.4  384.65b 7.7b 4.59c
p-3  8.4  4.2  2.0  271.25d 5.4d 5.56b
p-4  6.5  2.0  3.3  195.54f 3.9f 5.37b
p-5 13.0  5.0  2.6  354.28c 7.1c 4.53c
3-7  9.7  2.3  4.2  129.96g  2.6g  5.58b
3-2  7.0  3.5  2.0  227.48e 4.5e 4.63c
1-7  9.5  2.5  3.8  638.26a 12.8a 4.14d
对照 45.79h 0.9h 6.78a
 注:φ表示直径,单位 mm;可溶性磷单位 mg·L-1,pH
值为发酵液终pH值。
2.3 高效解磷细菌对香蕉苗期生长的影响
施用解磷菌1-7菌液能够促进香蕉植株
生长,显著增加香蕉植株株高、茎粗、鲜重和
生物量(见表2)。植株收获时,与对照(不施
磷肥)比较,接种1-7解磷菌香蕉(第一季)的
茎粗、植株高、鲜重与生物量分别增加了
10.4%、17.4%、27.3%和21.1%;在第二季
盆栽中,分别增加了8.2%、13.0%、25.2%
和13.2%。同时接种解磷细菌与施磷肥处
理之间无显著差异,说明解磷细菌施入土壤
中与化学磷肥具有基本相同的效果。
表2 两季盆栽香蕉施解磷菌液对其苗期生长的影响
处理
第一季
株高/cm 径粗/cm 株鲜重/g 株生物量/g
第二季
株高/cm 径粗/cm 株鲜重/g 株生物量/g
对照 31.93±1.7b 3.54±0.1b 349.75±23b45.31±2.72c 34.35±1.5b 3.40±0.1b 354.7±13b 60.5±2.3b
1-7菌液37.48±1.5a 3.91±0.2a 445.20±34a54.88±3.65a 38.83±2.3a 3.68±0.2a 444.2±11a 68.5±3.5a
磷肥 38.06±0.6a 3.83±0.1a 454.70±18a53.03±2.51b 39.83±1.4a 3.72±0.1a 449.5±16a 70.4±3.1a
 注:不同小写字母表示差异显著 (p<0.05)。
02
 第2期  秦海利,等:海南香蕉根围土解磷菌的筛选鉴定及对香蕉幼苗生长的影响
2.4 解磷细菌1-7的分类鉴定
2.4.1 形态与生理生化特征  菌株1-7在
LB平板上培养24h后,菌落浅黄色,不透
明,呈圆形,中间微凸边缘光滑。革兰氏染色
镜检结果为阴性,1-7菌株生理生化特征:酪
氨酸水解、接触酶试验、淀粉水解和丙二酸盐
试验呈阳性;而 V-P反应、明胶液化、硝酸盐
还原、吲哚试验、硫化氢试验、7%NaCl等呈
阴性。
2.4.2 菌株分子生物学鉴定 以菌株1-7
总DNA为模板,PCR扩增出约为1.4kb的
PCR产物。将获得的序列在BLAST基因库
中进行最大同源性比对,结果表明,与1-7菌
株的16SrDNA序列相似度达99%以上的有
7个核苷酸序列,这些菌株均是鲍氏不动杆
菌,且 与 菌 株 (gi|645320481|ref|NR_
117677.1|)的亲缘关系最近(见图1)。根据
16SrDNA序列分析,结合菌株的形态学和生
理生化性状的描述,将其鉴定为鲍氏不动杆
菌Acinetobacter baumannii。
Acinetobacter baumannii ATCC 19606(NR119358)
Strain 1鄄7
A. baumannii DSM 30007(NR117677)
A. junii%DSM 6964(NR026208)
A. venetianus%ATCC 31012(NR042049)
A. radioresistens FO-1(NR026210)
A. puyangensis BQ4-1(NR109507)
Prolinoborus fasciculus CIP 103579(NR104948)
A. pittii%LMG 1035(NR117930)
A. pittii%CIP 70.29(NR116774)
A. septicus AK001(NR116070)
A. tandoii%DSM 14970(NR117630)
A. haemolyticus ATCC 17906(NR119359)
A. haemolyticus%DSM 6962(NR026207)
Alkanindiges illinoisensis%MVAB Hex1(NR025254)
Alkanindiges hongkongensis%HKU9(NR114676)
Perlucidibaca piscinae NBRC 102354(NR114062)
Moraxella bovis L-3(NR028668)
Psychrobacter cryohalolentis K5(NR075055)
P. faecalis DSM%14664(NR118025)
P. faecalis%Iso-46(NR028966)
100
68
77
43
45
18
23100
100
100
100
55
87
100
49
28
0.005
图1 香蕉根围土解磷菌1-7基于16SrDNA 1-7序列的系统发育树
3 结论与讨论
解磷菌或溶磷菌是指能够将土壤中难以
被作物吸收利用的磷转化为可吸收利用形态
的一类微生物,这类微生物的活动对土壤磷
的转化有很大影响。针对蕉园过量施用磷肥
的情况,本文从海南香蕉根围土中筛选到解
磷效果较稳定的解无机磷细菌8株。在平板
初筛试验中,菌株p-5、3-7、1-7在平板上的透
明圈直径均超过了9mm。但众多的研究表
明[11-12],根据透明圈直径的大小并不能准确
判断菌株的解磷能力。菌株3-7、p-2的透明
圈直径分别为9.7mm和6.5mm,而在摇瓶
复筛中,它们培养液的可溶性磷量分别为
129.96mg/L、384.65mg/L,表现出溶解磷
酸三钙相反的能力。所以,其透明圈直径的
大小只是定性地表示该菌株具有解磷能力,
而要定量的评定菌株的解磷能力还是需要摇
瓶试验来确定[13]。
在摇瓶试验中,菌株1-7解磷效果最佳,
其溶磷量高达 638.26 mg/L。是 Chung
等[14]报道 HK20-1(141.1mg/L)的4.5倍,
远高于白文娟等[15]报道的结果。对1-7菌
株进行16SrDNA分子学鉴定和生理生化分
析,初步鉴定为鲍氏不动杆菌。王岳坤等[16]
从海南21种植物的根际土样品中筛到解磷
效果较好的解磷细菌14株,其中6株为
Acinetobacter。这表明,鲍氏不动杆菌属具
12
中 国 南 方 果 树/SOUTH CHINA FRUITS 第44卷
有较好解磷潜力。对于微生物的解磷作用机
制,通常认为由于微生物分泌有机酸,这些酸
能与Fe、Al、Ca等离子结合,从而使难溶性
磷酸盐溶解。林启美等[17]研究表明,细菌能
够分泌苹果酸、丙酸、乳酸、乙酸、柠檬酸等有
机酸,同时不同的细菌分泌的有机酸在种类
和总量上差异很大。有研究者报道[18-20],有
些具有较好溶磷能力的革兰氏阴性菌在壁膜
空间中存在着直接氧化途径,向胞外环境释
放出强酸,进而酸化难溶性钙磷化合物中的
磷。本研究中,溶磷量与培养液pH 值也有
很高的相关性,关于1-7解磷菌的解磷机理
尚需进一步研究。
虽然试验处理结束后各处理土壤中的速
效磷在p小于0.05水平上无显著变化,但是
从两季香蕉盆栽的结果来看,接种解磷细菌
1-7能显著地提高香蕉的株高、茎粗、鲜重和
生物量,与施磷肥的植株差异不显著。说明
即使在供试土壤有效磷水平相对较低条件
下,解磷细菌1-7分解释放的可溶性磷仍能
供给香蕉苗吸收利用,解磷菌1-7具有较高
的应用和研究价值。国内已有很多报道,向
土壤或作物根系接种解磷菌,能够促进作物
生长和产量,主要集中在小麦、玉米、甘蓝、青
菜、柱花草、山核桃苗等作物[13,21-24],而在香
蕉幼苗上的促生作用未见相关报道。
参 考 文 献
[1] 王光华,赵 英,周德瑞,等.解磷菌的研究现状与展
望[J].生态环境,2003,12(1):96-101
[2] 陈 欣,宇万太,沈善敏.磷肥低量施用制度下土壤磷
库的发展变化Ⅱ.土壤有效磷及土壤无机磷组成[J].
土壤学报,1997,34(1):81-88
[3] 钟传青,黄为一.磷细菌P17对不同来源磷矿粉的溶
磷作用及机制[J].土壤学报,2004,41(6):931-937
[4] Ilmer P,Barbato A,Schinner F.Solubilisation of
hardly-soluble AlPO4with P-solubilizing microorgan-
isms[J].Soil Biology and Biochemistry,1995,27(3):
265-270
[5] Sperber J I.Solution of mineral phosphates by soil
bacteria[J].Nature,1957,180:994-995
[6] Nautiyal C S.An efficient microbiological growth
medium for screening phosphate solubilizing microor-
ganisms[J].FEMS Microbiology Letters,1999,170:
265-270
[7] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].第1版.北京:
中国农业科技出版社,2000:180-181
[8] 东秀珠,蔡妙英.常见细菌系统鉴定手册[M].北京:
科学出版社,2001:57-61
[9] 布坎南R E,吉本斯N E.伯杰氏细菌鉴定手册[M].
第8版.北京:科学出版社,1984:604-607
[10]林启美,赵小蓉,孙焱鑫,等.四种不同生态系统的土
壤解磷细菌数量及种群分布[J].土壤与环境,2000,9
(1):34-37
[11]尹瑞龄.我国旱地土壤的溶磷微生物[J].土壤,1988,
20(5):243-246
[12]Johri J K,Surange S,Nautiyal C S.Occurrence of
salt,pH,and temperature-tolerant,phosphate-solubi-
lizing bacteria in alkaline soils[J].Current Microbiol-
ogy,1999,39(2):89-93
[13]朱培淼,杨兴明,徐阳春,等.高效解磷细菌的筛选及
其对玉米苗期生长的促进作用[J].应用生态学报,
2007,18(1):107-112
[14]Chung H,Park M,Madhaiyan M,et al.Isolation and
characterization of phosphate solubilizing bacteria
from the rhizosphere of crop plants of Korea[J].Soil
Biology and Biochemistry,2005,37(10):1970-1974
[15]白文娟,胡蓉蓉,章家恩,等.玉米根际溶磷细菌的分
离、筛选及溶磷能力研究[J].华南农业大学学报,
2013,34(2):167-176
[16]王岳坤,于 飞,唐朝荣.海南生态区植物根际解磷细
菌的筛选及分子鉴定[J].微生物学报,2009,49(1):
64-71
[17]林启美,王 华,赵小蓉,等.一些细菌和真菌的解磷
能力及其机理初探[J].微生物学通报,2001,28(2):
26-30
[18]Liu S T,Lee L Y,Tai C Y,et al.Cloning of an Erwin-
ia herbicola gene necessary for gluconic acid produc-
tion and enhanced mineral phosphate solubilization in
Escherichia coli HB101:nucleotide sequence and
probable involvement in biosynthesis of the coenzyme
pyrroloquinoline quinone[J].Journal of Bacteriology,
1992,174(18):5814-5819
[19]Goldstein A H,Rogers R D,Mesd G.Separating phos-
phate from ores via bioprocessing[J].Nature Bio-
technology,1993,11:1250-1254
[20]Babu-Khan S,Yeo T C,Martin W L,et al.Cloning of
a mineral phosphate-solubilizirig gene from Pseudo-
monas cepaeia[J].Applied Environmental Microbiol-
ogy,1995,61(3):972-978
[21]蔡 磊,李文鹏,张克勤.高效解磷菌株的分离、筛选
及其对小麦苗期生长的促进作用研究[J].土壤通报,
2002,33(1):44-46
[22]牛延香,邓 烈,易时来,等.溶磷菌对柑桔嫁接苗磷
素营养及生长发育的影响[J].中国南方果树,2011,
40(3):11-14
[23]尹瑞龄,许月蓉,顾希贤.解磷接种物对垃圾堆肥中难
溶性磷酸盐的转化及在农业上的应用[J].应用与环
境生物学报,1995,1(4):371-378
[24]余 旋,朱天辉,刘 旭,等.不同解磷菌剂对美国山
核桃苗生长、光合特性及磷素营养的影响[J].果树学
报,2010,27(5):725-729
(责任编辑:肖 田;英文编辑:董朝菊)
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