一種芽孢桿菌的新用途

秦秀蘭，龐惠仙

(1.昆明市林業(yè)技能開發(fā)站， 云南 昆明 650223；2.昆明市瀕危動(dòng)植物收容拯救中心，云南 昆明 650224)

一種芽孢桿菌的新用途

秦秀蘭1，龐惠仙2

(1.昆明市林業(yè)技能開發(fā)站， 云南 昆明 650223；2.昆明市瀕危動(dòng)植物收容拯救中心，云南 昆明 650224)

芽孢桿菌為桿菌科的一屬細(xì)菌，為好氧或兼性厭氧的桿菌，廣泛分布在水、空氣和土壤中。芽孢桿菌在菌體生長(zhǎng)及代謝過(guò)程中產(chǎn)生多種活性物質(zhì)和酶，合成多種維生素和植物生長(zhǎng)素，何月秋等(2009)報(bào)道：解淀粉芽孢菌9601-Y2具有非常好的促進(jìn)植物插條生根和生長(zhǎng)的作用。在進(jìn)行春蘭等種子萌發(fā)特性研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，Bs芽孢桿菌在國(guó)蘭種子萌發(fā)中具有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，即被該菌感染的春蘭種子萌發(fā)率特別高，萌發(fā)整齊，萌發(fā)持續(xù)時(shí)間短。對(duì)該菌分離培養(yǎng)、再接種實(shí)驗(yàn)證明，春蘭種子萌發(fā)率高出無(wú)菌萌發(fā)的10倍以上，且實(shí)驗(yàn)證明，該菌不僅對(duì)春蘭種子有效，而且對(duì)多種蓮瓣蘭、墨蘭、寒蘭等種子的萌發(fā)同樣有效，有效率達(dá)95%以上。研究發(fā)現(xiàn)的芽孢桿菌這一新用途對(duì)保護(hù)中國(guó)蘭花(春蘭)資源和新品種培育具十分重要意義。

芽孢桿菌；新用途；促萌作用;代謝產(chǎn)物；根狀莖；種子萌發(fā)率；應(yīng)用前景

1 芽孢桿菌簡(jiǎn)介

芽孢桿菌(bacillus)為桿菌科的一屬細(xì)菌。為好氧或兼性厭氧的桿菌，一般為革蘭氏染色陽(yáng)性。在某種環(huán)境下，菌體內(nèi)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)前孢子階段，形成一個(gè)完整的芽孢。芽孢對(duì)熱、放射線和化學(xué)物質(zhì)等有很強(qiáng)的抵抗力。在化學(xué)組成方面，在芽孢內(nèi)含有大量營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞中不存在的二吡啶羧酸的鈣鹽；在結(jié)構(gòu)方面，芽孢的原生質(zhì)外圍有三層膜，從內(nèi)到外是厚的皮層、孢子殼和孢子外膜。在芽孢桿菌屬中，對(duì)種的劃分是以菌體的大小、孢子的形狀及其在菌體內(nèi)的位置、糖的利用及其產(chǎn)物、能否還原硝酸，以及在高濃度的食鹽條件下能否生長(zhǎng)等為依據(jù)。芽孢桿菌廣泛分布在水、空氣和土壤中，代表種是枯草芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、臘狀芽孢桿菌。

由于芽孢桿菌在菌體生長(zhǎng)及代謝過(guò)程中產(chǎn)生多種活性物質(zhì)和酶，合成多種維生素和植物生長(zhǎng)素等，因此被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥、動(dòng)物飼料、農(nóng)業(yè)、土壤改良、環(huán)境治理等領(lǐng)域。其中：何月秋，吳興興等(2009)報(bào)道，解淀粉芽孢桿菌9601-Y2具有非常好的促進(jìn)植物插條生根和生長(zhǎng)的作用。其原理是9601-Y2產(chǎn)生聚酮類化合物，起到減少插條病害的作用，產(chǎn)生吲哚乙酸(IAA)和赤霉素(GA3)，促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)和腋芽萌發(fā)；分泌植酸酶，降解土壤中植酸，提高植物吸收的有效態(tài)磷元素；它還能在植物根圍和根內(nèi)及地上部分器官內(nèi)定植，發(fā)揮促長(zhǎng)作用。因此，芽孢桿菌屬的多種芽孢桿菌對(duì)人類而言是有益菌。

2 Bs芽孢桿菌對(duì)國(guó)蘭種子萌發(fā)的促萌作用

中國(guó)蘭花(簡(jiǎn)稱國(guó)蘭)是我國(guó)著名傳統(tǒng)名花，具有很高的觀賞、經(jīng)濟(jì)和文化價(jià)值。目前野生遺傳資源已受到嚴(yán)重破壞。雜交育種是保護(hù)蘭花資源和新品種培育的重要手段和有效途徑，但由于國(guó)蘭種子特殊的生理結(jié)構(gòu)導(dǎo)致種子萌發(fā)困難，使國(guó)蘭雜交育種進(jìn)程受到一定影響。自然狀態(tài)下，國(guó)蘭種子只有與菌根真菌共生才能發(fā)芽長(zhǎng)成幼苗。國(guó)內(nèi)外關(guān)于菌根真菌與蘭科植物相互關(guān)系的研究已有近百年的歷史，取得一定突破，但由于菌根真菌的專一性和選擇性問(wèn)題，使真菌共生萌發(fā)技術(shù)難以推廣應(yīng)用。無(wú)菌萌發(fā)技術(shù)主要采用化學(xué)和物理方法，軟化和破壞種皮，解決了部分國(guó)蘭種子的萌發(fā)問(wèn)題，但仍不能使大多數(shù)國(guó)蘭種子順利萌發(fā)。筆者在進(jìn)行春蘭等種子萌發(fā)特性研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，被某種細(xì)菌感染的春蘭種子萌發(fā)率特別高，萌發(fā)整齊，萌發(fā)持續(xù)時(shí)間短。隨后將細(xì)菌分離培養(yǎng)，并接種到其他無(wú)菌萌發(fā)培養(yǎng)瓶中進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果種子萌發(fā)效果很好，萌發(fā)率高出無(wú)菌萌發(fā)的10倍以上。反復(fù)試驗(yàn)結(jié)果表明，這種細(xì)菌不僅對(duì)春蘭種子有效，對(duì)多種蓮瓣蘭、墨蘭、寒蘭等種子的萌發(fā)同樣有效，有效率達(dá)95%以上，促進(jìn)蘭花種子萌發(fā)的效果具有廣譜性。經(jīng)西南林學(xué)院植物病理學(xué)專家楊斌博士初步鑒定，為芽孢桿菌，即Bacillus sp(簡(jiǎn)稱Bs芽孢桿菌)。這一發(fā)現(xiàn)及研究不僅解決了國(guó)蘭種子萌發(fā)困難，萌發(fā)率低、萌發(fā)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，也極大地提高了國(guó)蘭實(shí)生繁殖的成功率，為解決蘭科植物中其他地生蘭種子萌發(fā)困難問(wèn)題帶來(lái)了希望。

3 Bs芽孢桿菌應(yīng)用的研究進(jìn)展

在發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證Bs芽孢桿菌對(duì)國(guó)蘭種子萌發(fā)的促進(jìn)作用之后，隨即開展了Bs芽孢桿菌在國(guó)蘭實(shí)生繁殖及應(yīng)用技術(shù)方面的研究。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)表明，Bs芽孢桿菌促進(jìn)國(guó)蘭種子萌發(fā)的方法分3種情況：1)播種完種子后隨即接種細(xì)菌。隨即接種，可縮短種子萌發(fā)時(shí)間，種子萌發(fā)較早，萌發(fā)率高，萌發(fā)整齊；2)無(wú)菌播種效果不好，即1 a以上無(wú)種子萌發(fā)，或種子萌發(fā)少，萌發(fā)不整齊時(shí)再接種細(xì)菌，只要種子沒(méi)有喪失生活力，接種4～13個(gè)月，種子即開始大量萌發(fā)，持續(xù)萌發(fā)時(shí)間4～10個(gè)月；3)播種時(shí)同時(shí)采用無(wú)菌萌發(fā)和細(xì)菌共生萌發(fā)，對(duì)于容易萌發(fā)的種子，可同時(shí)得到無(wú)菌中間繁殖體，便于進(jìn)行無(wú)菌培養(yǎng)；而對(duì)于難萌發(fā)或萌發(fā)效果不好的種子，也可以保證在最短時(shí)間內(nèi)獲得理想的萌發(fā)效果。與Bs芽孢桿菌共生萌發(fā)后發(fā)育成的中間繁殖體即根莖狀，可以帶菌培養(yǎng)，也可以除菌后進(jìn)行無(wú)菌培養(yǎng)。與無(wú)菌萌發(fā)方法相比，該發(fā)明的方法不需要對(duì)種子進(jìn)行特別處理，操作簡(jiǎn)單，效果很好；與菌根真菌共生萌發(fā)方法相比，該方法克服了菌根真菌的專一性和選擇性、操作復(fù)雜、技術(shù)難度大等問(wèn)題，使用方法簡(jiǎn)單，對(duì)不同種類的國(guó)蘭種子都有效。目前通過(guò)初步研究還發(fā)現(xiàn)，感染Bs芽孢桿菌的蘭花種子不僅萌發(fā)效果好，而且萌發(fā)后形成的根狀莖生長(zhǎng)也較快；滅活的菌液也能促進(jìn)蘭花種子萌發(fā)，這說(shuō)明Bs芽孢桿菌的代謝產(chǎn)物中可能含有生長(zhǎng)素類物質(zhì)。

國(guó)蘭種子十分細(xì)小，發(fā)育不健全，缺乏給幼苗提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的胚乳，且種皮厚，難吸水。種子發(fā)育不健全和種皮堅(jiān)韌是阻礙國(guó)蘭種子萌發(fā)的主要原因之一。關(guān)于Bs芽孢桿菌是如何促進(jìn)國(guó)蘭種子萌發(fā)的，初步研究判斷是Bs芽孢桿菌侵染國(guó)蘭種子后，代謝過(guò)程中產(chǎn)生的某種活性物質(zhì)或酶逐漸消融國(guó)蘭種皮，最后解除種皮對(duì)種子萌發(fā)的抑制，解除種皮的抑制后，發(fā)育不健全的胚在Bs芽孢桿菌產(chǎn)生的生長(zhǎng)素類物質(zhì)的刺激下，在培養(yǎng)基提供的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境條件下，種子得以順利萌發(fā)。但這只是一種初步判斷，還需要對(duì)Bs芽孢桿菌的代謝產(chǎn)物進(jìn)行分析，對(duì)Bs芽孢桿菌的侵染過(guò)程及國(guó)蘭種子結(jié)構(gòu)的變化過(guò)程進(jìn)行觀察研究，也就是要弄清Bs芽孢桿菌促進(jìn)國(guó)蘭種子萌發(fā)的機(jī)理才能最終得出答案。目前該項(xiàng)目的進(jìn)一步研究正在進(jìn)行中。

圖1 在Bs芽孢桿菌作用下一種國(guó)蘭種子大量萌發(fā)Fig.1 Intensive seed germination of a Cymbidium withBacillus Bs

(白色和綠色的為原球莖或小根狀莖)

圖2 根狀莖的生長(zhǎng)及分化出苗Fig.2 Growth and seedling differentiation of rhizome

4 Bs芽孢桿菌研究的意義及應(yīng)用前景

現(xiàn)有的無(wú)菌萌發(fā)技術(shù)與菌根真菌共生萌發(fā)技術(shù)，還不能解決大多數(shù)國(guó)蘭種子的萌發(fā)問(wèn)題，并且現(xiàn)有技術(shù)操作過(guò)程復(fù)雜，難度較大，不方便推廣應(yīng)用。而國(guó)蘭種子與Bs芽孢桿菌共生萌發(fā)技術(shù)對(duì)所做過(guò)的絕大多數(shù)國(guó)蘭種子都有效，只要種子沒(méi)有喪失活力都能萌發(fā)，甚至對(duì)無(wú)菌播種5 a都沒(méi)有萌發(fā)的部分種子也有效，并且種子處理過(guò)程、操作過(guò)程簡(jiǎn)單，效果良好，具備推廣應(yīng)用的條件。縮短國(guó)蘭種子的萌發(fā)時(shí)間和提高萌發(fā)率是縮短國(guó)蘭雜交育種周期的關(guān)鍵，也是國(guó)蘭雜交育種的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，該項(xiàng)研究對(duì)人工改良培養(yǎng)新品種、保護(hù)野生蘭花資源具有重要理論意義和實(shí)踐價(jià)值，對(duì)培育云南特色蘭花新品種、促進(jìn)云南蘭花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)良性發(fā)展，具有積極的推動(dòng)作用。同時(shí)，許多研究證實(shí)，多種芽孢桿菌都能產(chǎn)生吲哚乙酸(IAA)和赤霉素(GA3)等生長(zhǎng)素類物質(zhì)，能促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)和腋芽萌發(fā)；分泌植酸酶，可降解土壤中植酸，改善土壤營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，提高植物吸收的有效態(tài)磷元素等。初步研究表明，Bs芽孢桿菌的代謝產(chǎn)物中含有生長(zhǎng)素類物質(zhì)。假如進(jìn)一步的研究證實(shí)Bs芽孢桿菌還有促進(jìn)植物生長(zhǎng)、改善土壤營(yíng)養(yǎng)狀況等功效，不僅可開發(fā)在Bs芽孢桿菌作用下一種國(guó)蘭種子大量萌發(fā)出具有廣譜性又方便推廣應(yīng)用的蘭花種子促萌劑，還可研發(fā)出新型植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和土壤處理劑，應(yīng)用范圍更廣，推廣前景更加可觀。

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A new use ofBacillus

QIN Xiu-lan1,PANG Hui-xian2

(1.Kunming Forestry Technology Development Station, Kunming 650223, China;2. Kunming Endangered Animal and Plant Asylum Save Center, Kunming 650224, China)

Bacillus, a genus of aerobes or facultative anaerobes which widely distributed in water, air and soil ,could produce a variety of active substances and enzymes, and synthesise various vitamin and auxin in the growth and metabolism. He Qiuyue once reported thatBacillusamyloliquefaciens9601-Y2 took good effect on promoting the rooting and growth of cuttings . The study on the seed germination ofCymbidiumgoeringiifound thatBacillusBs greatly promoted the seed germination ofCymbidium, and the infected seed ofCymbidiumgoeringiigerminated evenly with high germination rate and short germination duration. The experiment onBacillusisolation and reinoculation proved thatBacillusworked for the seed germination of bothCymbidiumgoeringiiwith the 10 times higher germination rate than aseptic germination, and the otherCymbidiumsuch asCymbidiumtortisepalum,CymbidiumsinenseandCymbidiumkanran, germination rate of which was over 95%. The new use ofBacillusfound in this research was significant to protecting Cymbidium resources and cultivating new varieties in China.

Bacillus; new use; germination promoting effect; metabolite; rhizome; germination rate; application prospect

2017-03-22.

秦秀蘭(1963-)，女，四川犍為人，碩士，高級(jí)工程師.主要從事林業(yè)職業(yè)教育、林業(yè)經(jīng)濟(jì)及森林培育等研究.Email: 1617992365@qq.com

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.03.030

S723.1；Q939.124

A

1671-3168(2017)03-0133-03