新疆鹽穗木根際耐鹽堿菌株生物學(xué)特性的初步研究

樊永紅，史長(zhǎng)鑫，王 杰，陳曉欽，何曉東

（新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046）

近些年，隨著全球氣候的變化和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，造成了生態(tài)、生活環(huán)境的改變，使土壤鹽堿化問(wèn)題日益嚴(yán)重，已經(jīng)成為一個(gè)世界性的問(wèn)題。土壤鹽堿化和次生鹽堿化問(wèn)題在世界范圍內(nèi)廣泛存在，特別是在干旱和半干旱地區(qū)問(wèn)題更為嚴(yán)重［1-2］。土壤退化和鹽漬化嚴(yán)重威脅著農(nóng)作物的生長(zhǎng)，且受害面積越來(lái)越廣泛，而鹽脅迫是非生物脅迫中影響最大的，會(huì)直接造成作物的產(chǎn)量顯著降低［3］。據(jù)統(tǒng)計(jì)世界上有超過(guò)6%的土地已經(jīng)受到鹽脅迫的侵害，有20%的可耕地正在受鹽脅迫的威脅，并在不斷地?cái)U(kuò)大。我國(guó)也存在著大面積的鹽堿地，因?yàn)椴缓侠淼墓喔?，過(guò)度使用化肥導(dǎo)致植被嚴(yán)重地受到人為破壞，鹽堿地每年都有增長(zhǎng)的趨勢(shì)［4-6］。新疆地處歐亞大陸腹地，降雨量稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，是我國(guó)最為干旱、土壤鹽堿化分布面積最廣、鹽堿化類型最多、土壤積鹽最重的地區(qū)。由于新疆地處特殊的氣候條件和地理環(huán)境，戈壁、沙灘較多，鹽堿地面積很大，可使用的耕地面積很有限。大面積土地鹽堿化嚴(yán)重影響本地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境，隨著人們對(duì)土地的不合理開(kāi)發(fā)利用和灌溉，可耕地的次生鹽堿化程度越來(lái)越高，限制了新疆農(nóng)業(yè)的發(fā)展。如果能確實(shí)有效地改良和利用鹽堿土地，將有效提高本地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。通過(guò)對(duì)新疆鹽堿地中耐鹽堿植物根際土壤中耐鹽堿菌株的研究，篩選出耐鹽堿菌株，研究其對(duì)鹽堿性的去除能力，來(lái)改善鹽堿地的鹽堿化程度，將為進(jìn)一步研究其耐鹽堿的機(jī)制、研制生物治理鹽堿土壤的生物菌肥制劑產(chǎn)品等工作奠定基礎(chǔ)［7-9］。對(duì)改善鹽堿地的生態(tài)環(huán)境提供很好的理論基礎(chǔ)［10-11］，也將為本學(xué)科的發(fā)展提供理論依據(jù)。利用對(duì)環(huán)境無(wú)污染的生物手段提高作物的耐鹽性是可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展前景。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)菌株

實(shí)驗(yàn)所用菌株為本實(shí)驗(yàn)室從和田地區(qū)鹽堿地鹽穗木根際土壤篩選鑒定的耐鹽堿性能良好的D8 菌株，該菌株篩選及鑒定方法詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)［12］。

1.1.2 培養(yǎng)基

本實(shí)驗(yàn)所用培養(yǎng)基均為牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，牛肉膏 3 g，蛋白胨10 g，Nacl 5 g，瓊脂20 g，水1 000 mL。

1.2 方法

將保存至冰箱的D8 菌株在一定條件下進(jìn)行活化，留待備用。

1.2.1 培養(yǎng)基的成分對(duì)菌株生長(zhǎng)的影響

1.2.1.1 不同碳源對(duì)D8 菌株生長(zhǎng)的影響 分別配置2%鹽濃度，pH 值為7.0 的牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基，分別以乳糖、麥芽糖、蔗糖、葡萄糖等量替換其中牛肉膏的培養(yǎng)基，接入D8 菌株，37℃下培養(yǎng)24 h 后測(cè)定其OD650，根據(jù)菌體生長(zhǎng)情況確定碳源的影響。

1.2.1.2 不同氮源對(duì)D8 菌株生長(zhǎng)的影響 分別配置2%鹽濃度，pH 值為7.0 的牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基，分別以硫酸銨、硝酸銨、硝酸鉀、尿素等量替換其中蛋白胨的培養(yǎng)基，接入D8 菌株，37℃下培養(yǎng)24 h 后測(cè)定其OD650。根據(jù)菌體生長(zhǎng)情況確定氮源的影響。

1.2.2 生長(zhǎng)曲線的測(cè)定

配制鹽濃度為2%，pH 值為7.0 的牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基，將菌種接在培養(yǎng)基中，37℃，140 r/min 培養(yǎng)，每2 h 測(cè)一次650 nm 處吸光值，共測(cè)36 h，繪制生長(zhǎng)曲線。

1.2.3 鹽堿去除實(shí)驗(yàn)［13-15］

配置鹽濃度為8%，pH 值為10.0 的牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基，接入生長(zhǎng)至對(duì)數(shù)期的菌液2 mL，37℃，140 r/min 培養(yǎng)，每隔4 h 測(cè)一次pH 值，并用硝酸銀測(cè)定一次氯離子濃度，共測(cè)48 h［12，14］。

1.2.4 不同初始pH 值對(duì)D8 菌株生長(zhǎng)的影響

分別配置2%鹽濃度，pH 值為7.0、8.0、9.0、10.0、11.0 的牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基，接入D8菌株，37℃下培養(yǎng)24 h 后測(cè)定其OD650。

2 結(jié)果與分析

2.1 培養(yǎng)基成分對(duì)菌株生長(zhǎng)的影響

2.1.1 不同碳源對(duì)D8 菌株生長(zhǎng)的影響

由圖1 可以看出，D8 菌株對(duì)碳源的利用是比較廣譜的，牛肉膏、麥芽糖、蔗糖、葡萄糖都是比較適宜菌株生長(zhǎng)的碳源，從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以看出，該菌株對(duì)蔗糖的利用率最高，對(duì)乳糖的利用最低。

圖1 不同碳源對(duì)D8 菌株生長(zhǎng)的影響

2.1.2 不同氮源對(duì)D8 菌株生長(zhǎng)的影響

從圖2 可以看出，菌體對(duì)氮源的利用中，D8菌株對(duì)蛋白胨的利用最好，其次是對(duì)硝酸鉀、硫酸銨、硝酸銨的利用，利用最差的是尿素。

圖2 不同氮源對(duì)D8 菌株生長(zhǎng)的影響

2.2 生長(zhǎng)曲線的測(cè)定

從圖3 中可以看出，D8 菌株在前8 h 生長(zhǎng)比較緩慢，從8 h 開(kāi)始進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，到26 h 達(dá)到對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的后期并基本進(jìn)入穩(wěn)定期；由于處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)的細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖速度快和分裂周期短，菌體酶系活躍，代謝旺盛，所以在后續(xù)的研究中采用對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞為后續(xù)實(shí)驗(yàn)材料。

2.3 D8 菌株鹽堿去除率實(shí)驗(yàn)

由圖4 可以看出，D8 菌株降pH 值性能在接入培養(yǎng)基初期效果非常明顯，在28 h 時(shí)達(dá)到降pH 值最高值，這與菌株的生長(zhǎng)曲線基本符合，隨后pH值稍有回升的趨勢(shì)，這可能與菌后期的活性降低有一定的關(guān)系。

圖4 D8 菌株降pH 值曲線

從圖5 降鹽效果可以看出，菌加入初期基本沒(méi)有降鹽效果，但是在20 h 左右有了一定的降鹽效果，方差分析的結(jié)果顯示，各組數(shù)值之間并無(wú)明顯差異（P＞0.05），所以可以認(rèn)為在整個(gè)過(guò)程中鹽濃度無(wú)明顯變化。

圖5 D8 菌株降鹽效果

2.4 不同的初始pH 值對(duì)D8 菌株生長(zhǎng)的影響

由圖6 可以看出，D8 菌株具有較強(qiáng)的耐堿性能，pH 值8、9 皆為適宜其生長(zhǎng)的pH 值，到達(dá)pH值11 時(shí)，菌株的生長(zhǎng)受到極大地抑制。

圖6 不同初始pH 值對(duì)D8 菌株生長(zhǎng)的影響

3 結(jié)論與討論

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本文所測(cè)試的生物學(xué)特性主要為培養(yǎng)基成分對(duì)菌株生長(zhǎng)的影響，從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以看出，D8菌株具有較為廣譜的碳源偏好，牛肉膏、蔗糖、麥芽糖、葡萄糖均為其偏好碳源，而D8 菌株對(duì)氮源的偏好較為狹窄，其在選擇對(duì)比的幾個(gè)氮源中，對(duì)蛋白胨表現(xiàn)出了明顯的偏好性；同時(shí)對(duì)菌株的生長(zhǎng)曲線進(jìn)行了測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示D8 菌株在前8 h 生長(zhǎng)比較緩慢，從8 h 開(kāi)始進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，到26 h 達(dá)到對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的后期并基本進(jìn)入穩(wěn)定期；后續(xù)進(jìn)行了鹽堿去除實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明D8 菌株降pH 值性能在接入培養(yǎng)基初期效果非常明顯，在28 h 時(shí)達(dá)到降pH 值最高值，這與菌株的生長(zhǎng)曲線基本符合，隨后pH 稍有回升的趨勢(shì)，這可能與菌后期的活性降低有一定的關(guān)系，從D8 菌株降鹽的結(jié)果可以看出，整個(gè)過(guò)程中鹽濃度無(wú)明顯變化。從不同初始的pH 值濃度實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，D8 菌株具有較強(qiáng)的耐堿性能，pH 值8、9 皆為適宜其生長(zhǎng)的pH 值，pH 值到達(dá)11 時(shí)，菌株的生長(zhǎng)受到極大地抑制。

3.2 討論

本文對(duì)D8 菌株的生物學(xué)特性進(jìn)行了初步地實(shí)驗(yàn)分析，該菌株分離于鹽堿環(huán)境較為嚴(yán)重的植物鹽穗木的根際土壤中，該菌株有較強(qiáng)的耐鹽堿性能，并且有一定的降pH 值能力，其降鹽堿能力同其生長(zhǎng)周期密切相關(guān)，分析原因可能是細(xì)菌在其生長(zhǎng)過(guò)程中吸收環(huán)境中氫氧根離子從而使pH 值有所降低，當(dāng)細(xì)菌死亡后，細(xì)胞壁的通透性改變，存在于細(xì)菌體內(nèi)的氫氧根離子又重新回到環(huán)境中。后續(xù)實(shí)驗(yàn)可以加強(qiáng)這部分的研究，來(lái)更好地解釋pH 值變化的原因以及該菌能耐受高鹽高堿環(huán)境的根本原因。之后可以做生物發(fā)酵的實(shí)驗(yàn)，也可以提取有用的目的基因進(jìn)行轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)，做成微生物制劑用于改善土壤鹽堿化，或者找出能使鹽堿土壤用于生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的方法。本研究將為微生物方法改善耐鹽堿土壤提供一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)，為土壤鹽堿化的生物治理提供新的思路和方法。