多功能固氮菌筛选及其在土壤生态修复中的应用

doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2017-0678

生物技术通报 ›› 2017, Vol. 33 ›› Issue (10): 148-155.doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2017-0678

多功能固氮菌筛选及其在土壤生态修复中的应用

毛晓洁¹, 王新民², 赵英², 周义清¹, 孙建光¹

1. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所农业部农业微生物资源收集与保藏重点实验室，北京 100081
2. 国家环境保护创面生态修复工程技术中心路域生态工程有限公司，北京 100082

收稿日期:2017-08-18 出版日期:2017-10-29 发布日期:2017-10-29
作者简介:毛晓洁，女，硕士研究生，研究方向：微生物生态；E-mail：maoxj@163.com
基金资助:
内蒙古自治区国土资源厅项目

Screening of Multi-functional Nitrogen Fixing Bacteria and Their Application in Soil Ecological Restoration

MAO Xiao-jie¹, WANG Xin-min², ZHAO Ying², ZHOU Yi-qing¹, SUN Jian-guang¹

1. Key Laboratory of Microbial Resources，Ministry of Agriculture/Institute of Agricultural Resources and Regional Planning，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081
2. State Environmental Protection Engineering Center for Ecological Restoration on Destroyed Surface/Luyu Ecological Engineering Company Ltd.，Beijing 100082

Received:2017-08-18 Published:2017-10-29 Online:2017-10-29

摘要/Abstract

摘要： 以固氮酶和ACC（1-aminocyclopropane-1- carboxylate，1-氨基环丙烷-1-羧酸）脱氨酶活性为指标筛选功能菌株，研制菌剂，用于修复生荒地土壤生态。采用乙炔还原法测定菌株固氮酶活性；比色法定量测定ACC脱氨酶活性；PCR扩增得到菌株16S rRNA，通过序列分析、比对研究菌株的系统发育地位；通过形态、生理生化特征和16S rDNA序列比对鉴定菌种。结果显示，筛选到固氮酶活性大于9 nmol/（h·mg）的菌株共计47株，其中43株的固氮酶活性大于阳性对照固氮菌剂生产菌株圆褐固氮菌ACCC11103。筛选到产生ACC脱氨酶的菌株20株，ACC脱氨酶活性为0.326-21.980 μmol/（h·mg）。将筛选到的功能菌株接种小白菜测试促生效应，其中47株使普通白菜（Brassica campestris）鲜重增加。16S rRNA测序鉴定显示筛选到的51株功能菌株系统发育地位上属于农杆菌、节杆菌、芽孢杆菌、伯克氏菌、鞘氨醇杆菌、屈挠杆菌、剑菌、肠杆菌、溶杆菌、微球菌、类芽孢杆菌、叶杆菌、假单胞菌、根瘤菌、中华根瘤菌、芽孢乳杆菌等16属31种。选取高效菌株7012、7134、7144和7164作为核心菌株制备了固氮多功能菌剂，应用于生荒地，试验地土壤微生物数量显著提高，土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶、纤维素酶、木聚糖酶活性极显著高于未施用菌剂的对照处理。多功能固氮菌制剂对于提高生荒地土壤生物活性、改善土壤生态环境具有重要作用和应用价值。

关键词: 生物固氮, ACC脱氨酶, 土壤酶, 生态修复

Abstract: The objective of this study is to screen multi-functional nitrogen-fixing bacteria based on nitrogenase and ACC（1-aminocyclopropane-1-carboxylate）deaminase activity，to develop inoculant and test its effect in wasteland soil ecological restoration. First，nitrogenase activity was determined by acetylene reduction assay，and ACC deaminase activity was quantitatively measured by colorimetry. Then，the 16S rRNA of the strains was amplified by PCR，and the phylogenetic status of the strains was investigated by sequence analysis and alignment. The identification of strains was carried out based on the morphology，physiology，biochemical test results，and 16S rRNA analysis. As results，total 47 strains with nitrogenase activity higher than 9 nmol C₂H₄/（h · mg）protein were screened，and the nitrogenase activities of the 43 strains were higher than that of positive control Azotobacter ACCC11103. And 20 strains producing ACC deaminase of 0.326 μmol/（h·mg）to 21.980 μmol/（h·mg）were obtained. Plant growth promotion test showed that the 47 strains increased the fresh weights of Chinese cabbage（Brassica campestris）. Based on 16S rRNA sequence，the 51 selected strains were identified as Agrobacterium albertimagni，Arthrobacter pascens，Bacillus circulans，Burkholderia vietnamiensis，Chitinophaga ginsengisegetis，Dyadobacter fermentans，Ensifer adhaerens，Enterobacter aerogenes，Lysobacter yangpyeongensis，Micrococcus luteus，Paenibacillus alginolyticus，Phyllobacterium ifriqiyense，Pseudomonas fluorescens，Rhizobium alamii，Sinorhizobium adhaerens，Sporolactobacillus laevolacticus of 31 species of 16 genera. After test，4 excellent strains of 7012，7134，7144，and 7164 were manufactured as inoculant termed as NFMF（Nitrogen Fixing and Multi Function）biofertilizer，with which the field experiment showed that soil microorganism quantity increased significantly after 3 months of NFMF biofertilizer inoculation，and soil activities of sucrase，catalase，urease，phosphatase，cellulase and xylanase significantly increased compared with the no inoculation control. In conclusion，NFMF can significantly increase wasteland soil bioactivity and it is valuable in the ecological restoration of wasteland soil.

Key words: biological nitrogen fixation, ACC deaminase, soil enzyme, ecological restoration

毛晓洁, 王新民, 赵英, 周义清, 孙建光. 多功能固氮菌筛选及其在土壤生态修复中的应用[J]. 生物技术通报, 2017, 33(10): 148-155.

MAO Xiao-jie, WANG Xin-min, ZHAO Ying, ZHOU Yi-qing, SUN Jian-guang. Screening of Multi-functional Nitrogen Fixing Bacteria and Their Application in Soil Ecological Restoration[J]. Biotechnology Bulletin, 2017, 33(10): 148-155.

参考文献

[1] Ghavri SV, Singh RP. Growth, biomass production and remediation of copper contamination by Jatropha curcas plant in industrial wasteland soil[J]. J Environ Biol, 2012, 33：207-214.
[2] Rodrigues CR, Rodrigues BF. Use of Arbuscular mycorrhiza and organic amendments to enhance growth of Macaranga peltata(Roxb. )Müll. Arg. in Iron Ore Mine Wastelands[J]. Int J Phytoremediation. 2015, 17：485-492.
[3] Jelusic M, Lestan D. Remediation and reclamation of soils heavily contaminated with toxic metals as a substrate for greening with ornamental plants and grasses[J]. Chemosphere, 2015, 138：1001, 1007.
[4] Lim MW, Lau EV, Poh PE. A comprehensive guide of remediation technologies for oil contaminated soil - Present works and future directions[J]. Mar Pollut Bull, 2016, 109(1)：14-45.
[5] 肖波, 武菊英, 王庆海, 等. 四种禾本科牧草对官厅水库库滨荒地的培肥效应研究[J]. 草业学报, 2010, 19(5)：113-121.
[6] 黄华康, 陈山虎, 翁定河. 滨海围垦地客土施肥方法对鲜食玉米的增产效应[J]. 福建农业学报, 2001, 16(2)：46-48.
[7] Shaharoona B, Arshad M, Zahir ZA. Effect of plant growth promoting rhizobacteria containing ACC-deaminase on maize(Zea mays L. )growth under axenic conditions and on nodulation in mung bean(Vigna radiata L. )[J]. Letters Applied Microbiology, 2006, 42：155-159.
[8] 孙建光, 罗琼, 高淼, 等. 小麦、水稻、玉米、白菜、芹菜内生固氮菌及其系统发育研究[J]. 中国农业科学, 2012, 45(7)：1303-1317.
[9] 陈倩, 胡海燕, 高淼, 等. 一株具有ACC脱氨酶活性固氮菌的筛选与鉴定[J]. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(6)：1515-1521.
[10] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京：中国农业科技出版社, 1999.
[11] 孙建光, 张燕春, 徐晶, 等. 高效固氮芽孢杆菌选育及其生物学特性研究[J]. 中国农业科学, 2009, 42(6)：2043-2051.
[12] 关松荫. 土壤酶及其研究法[M]. 北京：农业出版社, 1986.
[13] 邱莉萍, 刘军, 王益权, 等. 土壤酶活性与土壤肥力的关系研究[J]. 植物营养与肥料学报, 2004, 10(3)：277-280.
[14] 荣勤雷, 梁国庆, 周卫, 等. 不同有机肥对黄泥田土壤培肥效果及土壤酶活性的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(5)：1168-1177.
[15] 孟庆阳, 王永华, 靳海洋, 等. 耕作方式与秸秆还田对砂姜黑土土壤酶活性及冬小麦产量的影响[J]. 麦类作物学报2016, 36(3)：341-346.
[16] 叶协锋, 杨超, 李正, 等. 绿肥对植烟土壤酶活性及土壤肥力的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(2)：445-454.
[17] 王丽红, 郭晓冬, 谭雪莲, 等. 不同轮作方式对马铃薯土壤酶活性及微生物数量的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2016, 34(5)：109-113.
[18] 张学琴, 马娟娟, 孙西欢, 等. 不同灌水方法对苹果树果实膨大期根系生长和土壤酶活性的影响研究[J]. 节水灌溉, 2016, (3)：1-5
[19] 赵艳, 张晓波. 施用胶质芽胞杆菌菌剂对黑麦草根际土壤脲酶、磷酸酶及过氧化氢酶活性的影响[J]. 微生物学杂志, 2011, 31(6)：49-52.
[20] 刘思宇. EM菌肥对黄瓜根际土壤酶活性的影响[J]. 中国瓜菜, 2016, 29(1)：11-13.
[21] 李世贵, 吕天晓, 顾金刚, 等. 施用木霉菌诱导黄瓜抗病性及对土壤酶活性的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2010, (2)：75-78.
[22] Saleem M, Arshad M, Hussain S, et al. . Perspective of plant growth promoting rhizobacteria(PGPR)containing ACC deaminase in stress agriculture[J]. J Ind Microbiol Biotechnol, 2007, 34：635-648.
[23] Arshad M, Saleem M and Hussain S. Perspectives of bacterial ACC deaminase in phytoremediation[J]. Trends Biotechnology, 2007, 25(8)：356-362.

多功能固氮菌筛选及其在土壤生态修复中的应用

Screening of Multi-functional Nitrogen Fixing Bacteria and Their Application in Soil Ecological Restoration

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	赵忠娟, 杨凯, 扈进冬, 魏艳丽, 李玲, 徐维生, 李纪顺. 盐胁迫条件下哈茨木霉ST02对椒样薄荷生长及根区土壤理化性质的影响[J]. 生物技术通报, 2022, 38(7): 224-235.
[2]	邹雪峰, 李铭刚, 包玲风, 陈齐斌, 赵江源, 汪林, 濮永瑜, 郝大程, 张庆, 杨佩文. 一株分泌型铁载体真菌分离鉴定及生物活性研究[J]. 生物技术通报, 2022, 38(3): 130-138.
[3]	武杞蔓, 田诗涵, 李昀烨, 潘英杰, 张颖. 微生物菌肥对设施黄瓜生长、产量及品质的影响[J]. 生物技术通报, 2022, 38(1): 125-131.
[4]	梁烨, 何楚婷, 杨悦, 张玉芬, 姜帆. 碱胁迫条件下含ACC脱氨酶的根际细菌对大豆生长的影响[J]. 生物技术通报, 2020, 36(9): 100-108.
[5]	雷海英, 赵青松, 杨潇, 王毛毛, 白洁, 孙永琪, 王志军. 苦参根际高效固氮菌的分离及复合菌肥对幼苗的促生效应[J]. 生物技术通报, 2020, 36(9): 157-166.
[6]	靳海洋, 王慧, 张燕辉, 胡天龙, 林志斌, 刘本娟, 蔺兴武, 谢祖彬. 稻田土壤固氮菌株的分离筛选及促生潜力[J]. 生物技术通报, 2020, 36(6): 73-82.
[7]	陈璇, 刘祥龙, 唐婷. 苔藓植物响应重金属胁迫的研究进展[J]. 生物技术通报, 2020, 36(10): 191-199.
[8]	罗利. 植物固氮细胞器的合成生物学研究[J]. 生物技术通报, 2019, 35(10): 1-6.
[9]	秦媛, 潘雪玉, 袁志林. 利用PCR技术快速检测根际产ACC脱氨酶细菌[J]. 生物技术通报, 2017, 33(11): 112-122.
[10]	张星, 李敏, 姚庆智, 铁英, 魏杰, 陈丽霞. 大青山不同树种根围土壤酶活性与微生物群落丰度的研究[J]. 生物技术通报, 2017, 33(10): 209-216.
[11]	方芳;刘佳莉;史煦涵;陈红艳;郭长虹;. 石油污染土壤中植物根际促生菌的筛选及特性分析[J]. , 2012, 0(06): 154-158.
[12]	王海滨;王平;陈永华;. ACC脱氨酶的作用机理和转基因的应用[J]. , 2009, 0(04): 40-43.
[13]	刘伟;燕永亮;杨剑;平淑珍;陈立宏;陆伟;张维;陈明;林敏;. 斯氏假单胞菌A1501物质代谢及能量生成相关基因的分析[J]. , 2008, 0(04): 175-180.
[14]	张秋磊;林敏;平淑珍;. 生物固氮及在可持续农业中的应用[J]. , 2008, 0(02): 1-4.
[15]	赵芯;胡振宇;陈强;张含彬;王均;廖德聪;陈翠萍;. 甘孜州炉霍县不同植被土壤微生物特性初步研究[J]. , 2006, 0(S1): 372-375.