解淀粉芽孢桿菌SQ-2 對(duì)水稻的促生作用

李雪 李容歐 孔美懿 黃磊

（天津理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，天津 300384）

磷作為植物生長(zhǎng)的必要元素之一，對(duì)植物細(xì)胞分裂與分生組織發(fā)育均具有重要的作用［1-2］。雖然土壤中磷元素的有機(jī)和無(wú)機(jī)形態(tài)豐富，但它主要以不溶性的形態(tài)存在。而且由于固定化作用和降水，可溶性磷往往不能從土壤中正常分解出來(lái)。在酸性土壤中，磷被鋁和鐵的游離氧化物和氫氧化物固定，而在堿性土壤中則被鈣固定。這會(huì)使得土壤中可溶性磷含量低下，影響作物發(fā)育［3］。目前我國(guó)氮肥施用量較高，流失率卻高達(dá)40%左右，易導(dǎo)致土壤受到硝酸鹽的污染，并累積大量的鹽分，進(jìn)而造成作物減產(chǎn)［4］。而鉀是植物重要的營(yíng)養(yǎng)元素，在植物的生長(zhǎng)和代謝中起關(guān)鍵作用。鉀離子（K+）可以幫助植物實(shí)現(xiàn)生理調(diào)節(jié)，例如調(diào)節(jié)水分狀態(tài)、膨壓、光合產(chǎn)物的運(yùn)輸或移動(dòng)、細(xì)胞代謝、對(duì)生物和非生物脅迫的耐受性等［5］。因此，提高土壤中氮、磷與鉀元素的利用率是亟待解決的問(wèn)題。

植物根際土壤是土壤微生物種類較為豐富的一塊區(qū)域，在其中具有促生抗病作用的細(xì)菌被稱為植物促生根際細(xì)菌（plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR）。促生菌通過(guò)合成吲哚乙酸（indole-3-acetic acid,IAA）、分泌鐵載體、溶磷固氮、抑制有害真菌生長(zhǎng)等方式，起到促進(jìn)植物生長(zhǎng)、提高土壤肥力的作用［6］。植物根際促生細(xì)菌種類繁多，主要包括芽孢桿菌屬（Bacillus spp.）、假單胞菌屬（Pseudomonas spp.）、腸桿菌屬（Enterobacter spp.）、克雷伯氏菌屬（Klebsiella spp.）、固氮菌屬（Azotobacter spp.）等［7］。賈崢嶸等［8］研究表明枯草芽孢桿菌（B.subtilis）、膠凍樣芽孢桿菌（jelly-like Bacillus）、解淀粉芽孢桿菌（B.amyloliquefaciens）和甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌（methylotrophic Bacillus）可以增加甘薯淀粉積累量，提高甘薯產(chǎn)量及品質(zhì)。周童暉等［9］研究結(jié)果顯示，枯草芽孢桿菌（B.subtilis PJS-18）具有高效解磷能力，添加低濃度菌懸液對(duì)小麥（Triticum aestivum L.）具有較強(qiáng)的促生作用。細(xì)菌接種可能會(huì)重塑土壤群落，因?yàn)楫?dāng)外源性因素改變土壤中的礦質(zhì)養(yǎng)分與pH 后，會(huì)導(dǎo)致微生物群落結(jié)構(gòu)的變化［10］。接種溶磷菌Pantoea aglumans V8R67 能降低土壤pH，并且改變土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，群落中提升的厚壁菌門（Bacillota）能夠分解土壤不溶性磷源，提高土壤有效磷含量［11］。

促生菌劑的使用能促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，但有關(guān)解淀粉芽孢桿菌在水培、土培水稻（Oryza sativa L.）中應(yīng)用濃度方面的研究報(bào)道相對(duì)較少。之前實(shí)驗(yàn)室從豆瓣醬中分離篩選得到了一株解淀粉芽孢桿菌SQ-2，試驗(yàn)將對(duì)其溶磷固氮解鉀的功能進(jìn)行研究。并以水稻為研究對(duì)象，擬利用水培、盆栽試驗(yàn)研究該菌株在不同濃度下對(duì)水稻的促生作用，探究土壤中各類酶、營(yíng)養(yǎng)元素與菌株濃度之間的關(guān)系，為提高菌肥利用效率及未來(lái)微生物肥料研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試細(xì)菌 實(shí)驗(yàn)室前期篩選得到的一株解淀粉芽孢桿菌SQ-2，放置甘油管中于-80℃冷凍保存［12］。

1.1.2 培養(yǎng)基 培養(yǎng)基配方均為液體培養(yǎng)基，固體培養(yǎng)基需在此基礎(chǔ)上添加20 g/L 瓊脂粉。pH 均為7.0-7.2（氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)），121℃滅菌30 min。其中蔗糖、葡萄糖為分裝單獨(dú)滅菌后加入培養(yǎng)基。金屬離子溶液使用濾器過(guò)濾滅菌后加入培養(yǎng)基。

解鉀培養(yǎng)基：蔗糖5 g，葡萄糖5 g，硫酸銨0.5 g，酵母0.5 g，七水合硫酸鎂0.3 g，磷酸氫二鈉2 g，硫酸亞鐵0.02 g，硫酸錳0.03 g，鉀長(zhǎng)石4 g，蒸餾水1 000 mL。

無(wú)機(jī)磷Pikovskaya 培養(yǎng)基：磷酸三鈣5 g，蔗糖10 g，硫酸銨0.5 g，氯化鈉0.2 g，七水合硫酸鎂0.1 g，氯化鉀0.2 g，酵母0.5 g，七水合硫酸錳0.03 g，七水合硫酸亞鐵0.03 g，蒸餾水1 000 mL。

盆栽實(shí)驗(yàn)土壤采自天津理工大學(xué)明理農(nóng)場(chǎng)，土壤基本理化性質(zhì)為pH 7.83，總磷446 mg/kg，總氮521 mg/kg，總鉀1.03%，速效磷18.39 mg/kg，速效氮 16.33 mg/kg，速效鉀62.52 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 菌株固氮能力檢測(cè) 利用北京迪信泰公司細(xì)菌固氮酶ELISA 試劑盒進(jìn)行檢測(cè)，采用雙抗體一步夾心酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)。最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果顏色的深淺與樣品中固氮酶的濃度呈現(xiàn)正相關(guān)。利用酶標(biāo)儀在450 nm 條件下測(cè)定吸光度，計(jì)算出固氮酶濃度。

1.2.2 菌株溶磷能力測(cè)試

（1）定性測(cè)試。用接種針挑取菌株SQ-2 單菌至無(wú)機(jī)磷固體培養(yǎng)基中央，共接種3 個(gè)平皿。在25℃恒溫箱中培養(yǎng)6-9 d，觀察是否有溶磷現(xiàn)象產(chǎn)生。

（2）定量測(cè)定。先挑取單菌在LB 培養(yǎng)基中培養(yǎng)3 d，離心后，將菌體用無(wú)菌水制備成OD 值為1的菌懸液，以2%的接種率接入上述無(wú)機(jī)磷液體培養(yǎng)基中。于25℃，120 r/min 的搖床內(nèi)培養(yǎng)，培養(yǎng)1 d 后，吸取培養(yǎng)液離心取上清，使用無(wú)磷濾紙過(guò)濾，采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定其溶磷量［13］，并使用pH 計(jì)測(cè)定無(wú)機(jī)磷液體培養(yǎng)基pH 值，每組進(jìn)行3 次重復(fù)。

1.2.3 接種菌株后鉀長(zhǎng)石的表面形態(tài)分析 將菌株以2%的接種率接種到解鉀液體培養(yǎng)基中，并在25℃，120 r/min 的搖床內(nèi)培養(yǎng)。8 d 后收集樣品，通過(guò)濾紙過(guò)濾回收發(fā)酵液中的鉀長(zhǎng)石粉末，并在60℃烘箱內(nèi)完全干燥。使用掃描電子顯微鏡觀察鉀長(zhǎng)石接種菌株前后的表面形態(tài)。

1.2.4 菌株對(duì)水培與土培水稻的促生實(shí)驗(yàn) 使用質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為1%的次氯酸鈉溶液對(duì)合格水稻種子進(jìn)行消毒，時(shí)長(zhǎng)5 min，然后用無(wú)菌水洗滌5 遍。之后使用體積分?jǐn)?shù)為75%的酒精對(duì)其進(jìn)行消毒5 min，再用無(wú)菌水洗滌5 遍，并對(duì)最后一遍洗滌后的無(wú)菌水進(jìn)行涂板實(shí)驗(yàn)，來(lái)檢驗(yàn)水稻是否已完全滅菌。將菌株SQ-2 發(fā)酵液10 000 r/min 離心10 min，使用無(wú)菌水反復(fù)清洗離心兩次，制成102、104、106、108和3×108CFU/mL 的菌懸液進(jìn)行浸種。水稻浸種溫度為27℃，時(shí)長(zhǎng)72 h，光照度3 000 lx，光暗比為16 h/8 h。

選用口徑8 cm，底徑6.5 cm，高11 cm 的塑料花盆，每盆添加400 g 土壤、放置15 顆相應(yīng)浸種濃度的露白水稻種子。分別在第1 天與第10 天取102、104、106、108和3×108CFU/mL 菌懸液 各25 mL 接種至花盆中，并且每組處理澆水溶性肥料50 mL（購(gòu)于河南省雙惠農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司），同時(shí)設(shè)置對(duì)照組，置于 25℃ 溫室中培養(yǎng)。在20 d 后，每個(gè)花盆3 個(gè)點(diǎn)取樣，土樣混合均勻后風(fēng)干，過(guò)篩（100 目）后測(cè)定相應(yīng)指標(biāo)［14］。取102、104、106、108和3×108CFU/mL 菌懸液各25 mL，每個(gè)濃度組分浸泡20 粒消毒過(guò)未浸種水稻種子，同時(shí)設(shè)置對(duì)照組。培養(yǎng)14 d 后測(cè)定根莖干重、鮮重以及莖粗、莖高，以上重復(fù)3 次作為平行試驗(yàn)。

水稻根莖干重的測(cè)定方法：將水稻根莖在烘箱105℃下殺青1-2 h 后，再在60℃烘干至恒重，用電子天平稱量得到。根莖鮮重用電子天平來(lái)測(cè)定。水稻高度、根長(zhǎng)用卷尺測(cè)量，莖粗用游標(biāo)卡尺測(cè)量。

其中土壤脲酶采用苯酚-次氯酸鈉比色法測(cè)定；蛋白酶采用茚三酮檢測(cè)法測(cè)定；蔗糖酶采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定［15］。實(shí)驗(yàn)土壤總鉀、總氮、總磷和速效氮委托江蘇中園科技有限公司檢測(cè)。土壤速效磷、速效鉀、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮以及土壤酸性磷酸酶，均使用合肥萊爾生物試劑盒進(jìn)行檢測(cè)。土壤pH 采用pH 計(jì)電位法檢測(cè)［16］。

1.2.5 根際土壤收集 對(duì)接種3×108CFU/mL 菌懸液的土壤及對(duì)照組進(jìn)行細(xì)菌豐度分析，共計(jì)兩組，每組3 個(gè)平行試驗(yàn)。每組15 株水稻，在其生長(zhǎng)20 d后，將水稻連土整根挖起，去除大塊土壤，并采用抖根法收集根際附近土壤［17］。收集3 g 根際土壤放置于5 mL 凍存管，用液氮冷凍10 min，放置于-80℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.6 DNA 提取、PCR 擴(kuò)增以及 Illumina Miseq 測(cè)序 將土壤樣品放置于干冰內(nèi)，送樣至上海美吉生物醫(yī)藥公司檢測(cè)，委托美吉生物進(jìn)行文庫(kù)構(gòu)建及高通量測(cè)序。

1.2.7 數(shù)據(jù)分析 利用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)方法，對(duì)接種菌株3×108CFU/mL 組和對(duì)照組土壤的α 多樣性進(jìn)行分析。不同處理間的各項(xiàng)指標(biāo)差異性采用單因素方差分析中的 Duncan 法進(jìn)行分析，接種解淀粉芽孢桿菌SQ-2 后土壤營(yíng)養(yǎng)成分、土壤酶活性與pH 的相關(guān)性分析采用Pearson 相關(guān)分析方法，使用Excel 2016 與SPSS 25.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用Origin 2021和Adobe Photoshop 2021 制圖。

2 結(jié)果

2.1 解淀粉芽孢桿菌SQ-2的解磷能力

將菌株SQ-2 在無(wú)機(jī)磷液體培養(yǎng)基中振蕩培養(yǎng)，從第1 天開(kāi)始，檢測(cè)上清液中可溶性磷含量，結(jié)果（圖1-B）表明，菌株SQ-2 在無(wú)機(jī)磷培養(yǎng)基中上清液磷含量最高值出現(xiàn)在第6 天，約為229.63 mg/L，與此同時(shí)pH 值呈現(xiàn)先快速降低再緩慢回升的趨勢(shì)。前3 d 的溶磷量沒(méi)有明顯變化，第3 天時(shí)約為72.22 mg/L，之后呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢(shì)，在第6 天開(kāi)始趨于穩(wěn)定。無(wú)機(jī)磷培養(yǎng)基的初始pH 值為7.36，接種后第1 天迅速降至5.28，后續(xù)最低pH 值在4.3-4.5左右，第6 天之后pH 值開(kāi)始緩慢回升。接種菌株后0-2 d 為對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，第3 天菌體數(shù)量達(dá)最高值3.26×107CFU/mL，隨后菌體數(shù)量迅速下降。圖1-A為菌株SQ-2 在無(wú)機(jī)磷固體培養(yǎng)基中培養(yǎng)至第7 天的溶磷情況。

圖1 解淀粉芽孢桿菌SQ-2 在無(wú)機(jī)磷培養(yǎng)基中的溶磷作用Fig.1 Phosphorus dissolution of Bacillus amyloliquefaciens SQ-2 in inorganic phosphorus medium

2.2 解淀粉芽孢桿菌SQ-2 的解鉀以及固氮能力

通過(guò)SEM 來(lái)觀察鉀長(zhǎng)石與菌株SQ-2 相互作用后的形態(tài)。對(duì)照組中（圖2-A,C），鉀長(zhǎng)石的表面光滑且有棱角；而在接種菌株SQ-2 的組中（圖2-B），鉀長(zhǎng)石表面被腐蝕，能觀察到模糊的棱角和粗糙的紋理，還有部分菌體附著在鉀長(zhǎng)石表面（圖2-D）。

圖2 接種解淀粉芽孢桿菌SQ-2 后鉀長(zhǎng)石的掃描電子顯微照片F(xiàn)ig.2 Scanning electron micrograph of potassium feldspar after inoculation with B.amyloliquefaciens SQ-2

使用固氮酶試劑盒進(jìn)行檢測(cè)，利用酶標(biāo)儀在450 nm 處檢測(cè)吸光度值。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)品制備的標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出菌株固氮酶活性為55.07 U/L。

2.3 水培與土培條件下菌株SQ-2 對(duì)水稻的促生能力

在水培條件下，S2 組中水稻根干重、鮮重與莖干重變化最顯著，分別增加了69.7%、59.6%以及38.7%。但不同組對(duì)于水稻株高、莖粗與莖鮮重的影響并不顯著（表1）。

表1 不同濃度的解淀粉芽孢桿菌SQ-2 對(duì)水培水稻根莖干鮮重、莖長(zhǎng)與莖粗的影響Table 1 Effects of B.amyloliquefaciens SQ-2 at different inoculum concentrations on the dry and fresh weight,stem length,and stem diameter of hydroponic rice

土培條件下，S4 與S5 組中水稻根的干、鮮重增長(zhǎng)效果顯著，根鮮重分別為1.11 g 與1.16 g，比對(duì)照組提高了37%與43.2%；根干重分別為95 mg 與102 mg，較對(duì)照提高了35.7%與45%。S5 組中莖的干鮮重提升顯著，莖鮮重分別為0.51 g 與0.58 g，較對(duì)照提高了16.7%與38%；莖干重分別為36 mg 與45.7 mg，較對(duì)照提高了20%與33.3%。莖粗也在S5組提升最顯著，較對(duì)照提高了30.5%（表2，圖3）。

表2 不同濃度的解淀粉芽孢桿菌SQ-2 對(duì)土培水稻根莖干鮮重、莖長(zhǎng)與莖粗的影響Table 2 Effects of B.amyloliquefaciens SQ-2 at different inoculum concentrations on the dry and fresh weight,stem length,and stem thickness of soil cultured rice

圖3 解淀粉芽孢桿菌SQ-2 在不同濃度下對(duì)土培水稻生長(zhǎng)的影響Fig.3 Effects of B.amyloliquefaciens SQ-2 on soil cultured rice under different bacterial inoculum concentrations

在土培條件下，當(dāng)菌液濃度在108及3×108CFU/mL 時(shí)，對(duì)植物的促生效果較好；而在水培條件下，菌液濃度在104CFU/mL 時(shí)促生效果較好。

2.4 解淀粉芽孢桿菌SQ-2對(duì)土壤中速效氮磷鉀、土壤酶活性以及土壤pH的影響

接種菌株SQ-2 20 d 后，土壤中上述4 種酶的活性均得到了提升。其中蔗糖酶、蛋白酶與脲酶的活性只有在S5 組較對(duì)照組提升顯著，分別提高了89.1%、44.94%、127.2%；酸性磷酸酶活性從S2 組開(kāi)始，與對(duì)照組相比有顯著提升，S2-S5 組分別提升了原來(lái)的1.28、1.62、1.66 與1.79 倍（圖4）。

圖4 解淀粉芽孢桿菌SQ-2 在不同濃度下對(duì)土壤中速效氮磷鉀、pH 與酶活性的影響Fig.4 Effects of B.amyloliquefaciens SQ-2 at different concentrations on nitrogen,phosphorus,potassium,pH and enzyme activity in soil

土壤中的速效磷與硝態(tài)氮在S5 組與對(duì)照相比效果顯著，分別增加了22.7%與13.9%。土壤速效鉀在S4、S5 組顯著高于對(duì)照組，增加了22.2%與29.5%。土壤銨態(tài)氮從S3 組開(kāi)始與對(duì)照組相比有顯著提升，S3-S5 組分別提升了1.53、2.05 與2.06 倍。從S2 組開(kāi)始，土壤pH 顯著降低。對(duì)照組pH 為 7.83，而S5 組的pH 降至7.26（圖4）。

土壤pH 與所有的指標(biāo)都呈顯著負(fù)相關(guān)，并且與蛋白酶、脲酶、酸性磷酸酶、速效鉀、硝態(tài)氮與銨態(tài)氮呈極顯著負(fù)相關(guān)（圖5）。

圖5 接種解淀粉芽孢桿菌SQ-2 后土壤營(yíng)養(yǎng)成分、土壤酶活性與pH 的相關(guān)性Fig.5 Correlation between soil nutrient composition,soil enzyme activity,and pH after inoculation with B.amyloliquefaciens SQ-2（n=18）

2.5 接種解淀粉芽孢桿菌SQ-2對(duì)土壤細(xì)菌生態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

2.5.1 香農(nóng)指數(shù)稀釋曲線與群落Venn 圖 根據(jù)樣品中最小序列數(shù)進(jìn)行抽平，S5 組取檢測(cè)3 次的平均值，其OUT 數(shù)量為685，特有的OUT 數(shù)為85。CK 對(duì)照組同樣為檢測(cè)3 次的均值，其OUT 數(shù)量為625，特有的OUT 數(shù)為25，可以看出S5 組的細(xì)菌OUT 數(shù)要高于對(duì)照組（圖6-B）。

圖6 解淀粉芽孢桿菌SQ-2 的香農(nóng)稀釋曲線與Venn 圖Fig.6 Shannon dilution curve and Venn plot of B.amyloliquefaciens SQ-2

解淀粉芽孢桿菌SQ-2 的接種使得土壤群落數(shù)增多，豐富了土壤環(huán)境中的細(xì)菌種類。香農(nóng)指數(shù)表示物種的均勻度與數(shù)目，S5 組與對(duì)照組的香農(nóng)指數(shù)稀釋曲線慢慢趨近平緩（圖6-A），說(shuō)明測(cè)試可以基本涵蓋微生物的數(shù)目。

2.5.2 土壤α 多樣性 綜合水培與土培的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)接種菌株濃度為S5（3×108CFU/mL）與CK（水）的組分別進(jìn)行細(xì)菌α 多樣性統(tǒng)計(jì)。

其中Ace、Chao、Sobs、Shannon 指數(shù)均存在顯著差異，且S5 組要顯著高于CK 對(duì)照組。而Simpson 指數(shù)則是CK 對(duì)照組顯著高于S5 組。Coverage指數(shù)則沒(méi)有顯著變化。說(shuō)明接種菌株后提高了群落的α 多樣性，且群落中微生物數(shù)目變多（圖7）。

圖7 土壤細(xì)菌多樣性分析Fig.7 Diversity analysis of soil bacteria

2.5.3 接種解淀粉芽孢桿菌SQ-2 對(duì)土壤細(xì)菌群落組成的影響 S5 組在門分類水平的優(yōu)勢(shì)微生物為（相對(duì)豐度≥10%）：放線菌門（Actinobacteria）、變形菌門（Proteobacteria）與擬桿菌門（Bacteroidota）。變形菌門的相對(duì)豐度由對(duì)照組的50%降低至29%；擬桿菌門的相對(duì)豐度由20.5%降低至1.5%；而放線菌門的相對(duì)豐度由13.45%提升至44%（圖8-A）。

圖8 水稻根際土壤細(xì)菌群落組成分析Fig.8 Analysis of bacterial community composition in rice rhizosphere soil

S5 組在綱分類水平的優(yōu)勢(shì)微生物為（相對(duì)豐度≥10%）：α-變形菌綱（Alphaproteobacteria）與放線菌綱（Actinobacteria）。α-變形菌綱的相對(duì)豐度由對(duì)照組的26%降低至19%；放線菌綱的相對(duì)豐度由12%提升至26%（圖8-B）。

3 討論

植物根際促生菌（PGPR）可以分泌植物激素、釋放揮發(fā)性物質(zhì)、抑制病原菌以及礦化土壤中的養(yǎng)分，為植物生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造條件。由于促生菌生化特性不同，其促生機(jī)制存在差異，這常導(dǎo)致同一種菌具備多種促生能力。目前為止，芽孢桿菌屬的大部分菌株都是制備優(yōu)質(zhì)生物制劑的首選［18］。解淀粉芽孢桿菌SQ-2 是從市售豆瓣醬中分離篩選出的一株具備解鉀、溶磷與固氮作用的多功能菌株，為生物菌劑開(kāi)發(fā)提供了重要的資源。

對(duì)菌株進(jìn)行溶磷能力定性檢測(cè)時(shí)，本研究采用了磷酸三鈣作為磷源的固體培養(yǎng)基來(lái)檢測(cè)細(xì)菌的溶磷能力，然后根據(jù)溶磷圈的大小來(lái)初步判斷其溶磷情況。試驗(yàn)中培養(yǎng)基并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的透明圈，而在溶磷的定量實(shí)驗(yàn)中，菌株SQ-2 對(duì)磷酸三鈣的溶解量為229.63 mg/L。朱培淼等［19］實(shí)驗(yàn)證明，透明圈直徑的大小并不能準(zhǔn)確反映菌株的解磷能力。推測(cè)菌株產(chǎn)生溶磷圈直徑的大小與菌株分泌的酶、小分子酸的類型以及其釋放速率有關(guān)［20］。因此在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該以實(shí)際搖瓶中檢測(cè)到的溶磷量為準(zhǔn)。而pH 值與對(duì)照相比顯著下降，推測(cè)菌株 SQ-2 能產(chǎn)生有機(jī)酸，進(jìn)而通過(guò)酸化、螯合等方式提升培養(yǎng)基中可溶性磷的含量。溶磷菌通過(guò)分泌有機(jī)酸，一方面降低介質(zhì)pH 值，直接溶解不溶性無(wú)機(jī)磷酸鹽；同時(shí)，有機(jī)酸的羧基與陽(yáng)離子（如鐵、鋁等）螯合，從鐵鋁磷酸鹽中釋放正磷酸鹽［21-22］。有報(bào)道顯示復(fù)合接種B.japonicum 5038 和 P.mucilaginosus 3016 能提高大豆（Glycine max）根際有機(jī)酸合成基因（pflAD、ackA、ldhA、ppc、gltA）的豐度進(jìn)而提高溶磷效果［23］。有溶鉀功能的促生菌除了產(chǎn)酸幫助鉀增溶外，還可能使其分泌高分子有機(jī)配體，這些物質(zhì)與礦物表面的離子形成絡(luò)合物，從而削弱金屬氧鍵；或是利用自身產(chǎn)生的胞外多糖與有機(jī)酸相互吸附，共同附著在礦物表面，實(shí)現(xiàn)對(duì)含鉀礦物的溶解［24］。

生物固氮是植物利用氮素的主要方式［25］，在整個(gè)生物固氮過(guò)程參與的主要酶為固氮酶［26］。菌體中的固氮酶能將空氣中的氮?dú)猓∟2）還原成氨（NH3），從而為植物提供氮源。固氮微生物主要包括自生固氮菌、共生固氮菌和聯(lián)合固氮菌3 種。自生固氮菌的固氮效率比其他兩種低，但它對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，能自主從空氣中吸收氮?dú)?。例如固氮菌屬（Azotobacter）、紅螺菌屬（Rhodospirillum）、克雷伯氏菌屬（Klebsiella）等均屬于自生固氮菌［27］。王振龍等［28］將固氮菌Acinetobacter NCRS21與Pseudomonas baetica NCHP9 接種至燕麥（Avena sativa L.）根際，發(fā)現(xiàn)這兩種菌株對(duì)燕麥生長(zhǎng)具有顯著的促進(jìn)作用，較對(duì)照分別增加了11.05%、7.45%。經(jīng)過(guò)Pearson 相關(guān)性分析表明，NCRS21 與NCHP9的固氮酶活性與燕麥的地上干重呈正相關(guān)性，說(shuō)明固氮菌具有一定的研究潛力。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)菌株SQ-2 有固氮酶活性，但菌株SQ-2 的固氮能力需要進(jìn)一步探索。未來(lái)可以利用多組學(xué)知識(shí)，找到更多與有機(jī)酸合成或是固氮相關(guān)的調(diào)控基因來(lái)提高對(duì)促生機(jī)制的認(rèn)識(shí)［22］。

接種解淀粉芽孢桿菌SQ-2 后水稻的生物量得到了提高，且水稻土壤中速效氮磷鉀的含量與酶活性高于對(duì)照。土壤酶是有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分循環(huán)的中間載體，可以用來(lái)評(píng)估土壤肥沃度與健康情況［29］。土壤中營(yíng)養(yǎng)元素與酶活性的變化，并非是由于外源性接種細(xì)菌的單獨(dú)作用，因土壤有著極其復(fù)雜的微生物環(huán)境，外源性細(xì)菌也會(huì)對(duì)群落豐度產(chǎn)生影響，從而改變土壤的整體結(jié)構(gòu)。土壤微生物能維持土壤健康，并可以抵御部分病原體［30-31］。溶磷菌的接種使土壤中各類有機(jī)物質(zhì)溶解，這些物質(zhì)釋放出的營(yíng)養(yǎng)元素可能會(huì)改變部分土壤群落結(jié)構(gòu)，并增加土壤的α 多樣性［32］。接種菌株SQ-2 提升了土壤中芽孢桿菌屬的比例，推測(cè)原因應(yīng)為該菌株定殖在根部所導(dǎo)致。目前的研究中，土壤pH 值是細(xì)菌豐度的重要驅(qū)動(dòng)因素，pH 值對(duì)土壤類型和土壤細(xì)菌群落的組成有很大的影響［33］。酸桿菌門在較低pH 值的土壤中豐度更高［34］，這與本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果一致，這也間接證明解淀粉芽孢桿菌SQ-2 可以釋放酸性物質(zhì)降低土壤pH。前人研究結(jié)果已證實(shí)根際微生物與土壤營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)高度相關(guān)，因此研究細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系可為植物促生找到微生物學(xué)機(jī)制［35］。解淀粉芽孢桿菌SQ-2 可作為微生物復(fù)合菌肥的原料，但還需進(jìn)一步探究菌株在大田試驗(yàn)中的定殖與促生能力。

4 結(jié)論

本研究證明了解淀粉芽孢桿菌SQ-2 有溶磷固氮解鉀的作用，且菌株對(duì)土培水稻的促生效果優(yōu)于水培。接種菌株后，土壤中的酶活性與速效氮磷鉀的含量均得到提高，還能夠增加土壤α 多樣性，改變土壤中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，提升土壤中益生菌群比例。菌株SQ-2 有較好的水稻促生作用，具有一定的應(yīng)用潛力。