陳澤斌，楊躍華，夏振遠，雷麗萍，陳海如

1 云南省煙草農(nóng)業(yè)科學研究院，玉溪 653100;2云南農(nóng)業(yè)大學植物保護學院，昆明650201;3 云南省煙草公司玉溪市公司，玉溪 653100

植物體是一個復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，健康植物體內(nèi)還有大量的內(nèi)生細菌，這些內(nèi)生細菌可促進植物的生長，提高寄主植物的生長勢，保持植物良好的生長狀態(tài)，提高植物自身的抗病能力[1-2]。前人研究還表明，內(nèi)生細菌可以通過生物固氮[3]活化并促進植物對營養(yǎng)元素如氮磷鉀等大量元素和鐵等微量元素的吸收[4]，產(chǎn)生多種生理活性物質(zhì)刺激調(diào)節(jié)植物生長，如植物激素、酸性物質(zhì)以及維生素等[5]，提高植物抗旱性、抗鹽堿性、抗極端溫度和pH值、抗重金屬毒害等，提高宿主植物的逆境生存能力[6-7]，對植物病害具有防治作用[6]等。

目前對內(nèi)生促生菌的篩選和使用主要在水稻苗、棉花、白菜[8-10]上有一些研究，在煙草上尚未見報道。如能從煙草體內(nèi)篩選出對煙草生長有促進作用的有益菌，可為內(nèi)生促生菌的促生長作用原理的研究提供技術(shù)基礎(chǔ)。鑒于云南生態(tài)多樣性，生物多樣性，微生物種類多，煙草種植面積大的特點。筆者對云南省主栽煙草品種大量采樣，從煙草的不同組織中分離出多種內(nèi)生細菌，從中篩選出了對煙草有促生作用的菌株，并對其在煙草漂浮育苗中的應(yīng)用效果進行了初步研究，以期將促生效果最佳的菌株應(yīng)用于煙葉生產(chǎn)中。

1 材料和方法

1.1 供試菌株和煙草品種

烤煙品種K326裸種由云南省煙草農(nóng)業(yè)科學研究院提供；煙草內(nèi)生細菌為2010年采用平板稀釋法從云南省不同煙區(qū)、不同煙草品種、不同生長期的葉及成熟期的根、莖分離獲得[11]。

1.2 培養(yǎng)基、主要試劑及儀器

內(nèi)生細菌的活化用NA[12]、液體培養(yǎng)用LB[12]。內(nèi)生細菌DNA提取、16S rDNA片段擴增、Marker、dNTPs、Buffer等試劑為寶生物工程產(chǎn)品。

1.3 內(nèi)生促生細菌的篩選

1.3.1 培養(yǎng)皿發(fā)芽試驗初篩

斜面保存的菌種在NA平板上活化后接種到LB培養(yǎng)液中，于28℃，200 r/min的搖床中培養(yǎng)48 h后，制成108cfu/mL濃度的菌懸液備用（在600 nm處調(diào)整菌懸液光密度為0.5±0.02）。

挑選飽滿、大小一致的K326裸種，70%的酒精消毒1分鐘，無菌水清洗3次后均勻播于鋪有2層濾紙的9 cm無菌培養(yǎng)皿中，每皿注入稀釋10倍的上述菌懸液4 mL，每20粒種子為一個重復(fù)，每菌株3次重復(fù)，設(shè)置清水對照和LB培養(yǎng)液對照，置于人工智能氣候箱中培養(yǎng)，（光強：70%；光照：12 h/d；晝夜溫度：25℃；相對濕度：70%）每隔1 d補充無菌水1 mL，以確保種子正常萌發(fā)，于第7天分別統(tǒng)計發(fā)芽率，第14天測量煙苗根長、根體積。根長及根體積的測量采用加拿大Regent公司的WinRHIZO根系分析系統(tǒng)。

1.3.2 漂浮育苗試驗復(fù)篩

將初步篩選出的促生細菌按1.3.1中方法制成菌懸液，種子消毒處理同1.3.1，利用漂浮育苗盤對初步篩選到的促生內(nèi)生細菌進行再次篩選。在煙苗2片真葉時鑒苗，挑選成長整齊一致的的煙草幼苗移栽至漂浮育苗盤，用稀釋10倍的上述菌懸液對煙苗進行噴霧處理，每個處理4株，5次重復(fù)，每株噴霧菌液5 mL。每隔7 d噴霧1次，以等量的無菌水和LB培養(yǎng)液處理作為對照，連續(xù)處理60 d，60 d后取樣測量煙苗生長形態(tài)指標，最終篩選出煙苗促生細菌。

1.4 內(nèi)生促生細菌wy2在煙草漂浮育苗中的應(yīng)用效果研究

將菌株wy2接種于LB培養(yǎng)液中，于28℃、200 r/min的搖床中培養(yǎng)48 h后，12000 r/min離心后分別收集菌體（wy2菌）和上清（wy2），菌體用無菌水洗滌離心兩次后重懸于無菌水中，在600 nm處調(diào)整菌懸液光密度為0.5±0.02即為菌體懸浮液。2011年9 - 10月在云南省煙草農(nóng)業(yè)科學研究院研和試驗基地采用溫室漂浮育苗方式進行試驗，在煙苗2片真葉時，分別用稀釋10倍后的上清（wy2）及菌體懸浮液（wy2菌）噴霧處理煙苗，每個處理132株煙苗（一盤），2次重復(fù)，每盤噴霧200 mL。每隔7 d噴霧1次，以等量的無菌水和LB培養(yǎng)液處理作為對照，連續(xù)處理60 d，分別于第48 d、55 d、62 d取樣測定每株煙草幼苗的莖鮮重、莖粗、莖高、根長。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Microsoft Excel 2003軟件和DPS 7.5軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

1.6 內(nèi)生促生細菌wy2的16S rDNA鑒定

細菌基因組DNA的提取用TaKaRa MiniBEST Bacterial Genomic DNA Extraction Kit，方法參見試劑盒說明書。PCR擴增選用引物F27/R1492[13]，常規(guī)條件擴增[14]，擴增產(chǎn)物經(jīng)TaKaRa Agarose Gel DNA Puri fication Kit回收后，連接于載體pMD18-T Vector，轉(zhuǎn)入感受態(tài)細胞E.coliDH5α，挑取白色菌落以M13F/M13R為引物進行菌落PCR鑒定。陽性克隆委托上海英駿生物技術(shù)有限公司進行序列測定，將測得的16S rDNA 全序列用EzTaxon server (http∶//www.eztaxon.org/)進行同源性搜索[15]，并用Mega 4.0軟件，將該序列與已報道的芽孢桿菌菌株的16S rDNA全序列進行同源性比較，并建立系統(tǒng)發(fā)育樹。

2 結(jié)果與分析

2.1 培養(yǎng)皿發(fā)芽試驗初篩

通過在培養(yǎng)皿中進行的發(fā)芽試驗，測定了127株內(nèi)生細菌處理后煙草種子的發(fā)芽率、根長和根體積，淘汰了會不同程度降低煙草種子發(fā)芽率和抑制煙草種子萌發(fā)的菌株，在經(jīng)過重復(fù)多次的發(fā)芽試驗后篩選出了4株在不同程度上對煙草有促生性的內(nèi)生細菌。從表1可以看出，水和LB培養(yǎng)液作用于煙草種子，平均發(fā)芽率分別為75.0%和81.7%。煙草種子經(jīng)內(nèi)生細菌cg15、cg16、wy2、wy3處理后，發(fā)芽率、根長和根體積與對照相比均有提高，發(fā)芽率提高了16.3%-20.3%，各菌株之間的差異順序是：cg16＞wy2=cg15＞wy3。根長提高了25.1%-30.3%，各菌株之間的差異順序是：wy2＞cg15=cg16＞wy3。根體積提高了50%-100%，各菌株之間的差異順序是：wy2＞cg15=wy3＞cg16。菌液處理組與對照組差異均達顯著水平。各處理煙草種子萌發(fā)的情況見圖1，可見所有經(jīng)內(nèi)生細菌處理過的煙草種子根長均長于對照，菌液處理組在根的數(shù)量上也明顯高于對照且子葉寬厚、葉色蔥綠。說明cg15、cg16、wy2、wy3不僅能有效促進煙草種子萌發(fā)而且對煙草根系生長也有積極的促進作用。

表 1 不同菌株發(fā)酵液處理對煙草種子萌發(fā)、根長及根體積的影響

圖1 內(nèi)生細菌對煙草種子萌發(fā)的影響

2.2 漂浮育苗試驗復(fù)篩

對培養(yǎng)皿發(fā)芽試驗初篩得到的4株菌，通過漂浮育苗盤進行了進一步的篩選。參試菌株各項指標的綜合評價見表2，除cg15外其余菌株各項指標的綜合評價均好于清水對照和LB對照，其中以wy2最好，wy3次之，cg16第三。圖2顯示，所有經(jīng)促生細菌處理過的煙苗根長均長于對照，菌液處理組較對照組根系更發(fā)達，而對照組根系長勢較弱，根系不發(fā)達。從對莖直徑的影響來看，wy2、wy3、cg16對莖直徑的影響達顯著水平，分別比LB對照增加了33.3%、17.8%和20.0%，cg15則沒有顯著地促進或抑制效果。從對根長的影響來看，除了cg15處理的根長低于對照組以外，其余菌株處理的煙苗根長較對照均有提高，但除了wy2以外，wy3和cg16處理與對照差異不顯著，經(jīng)wy2處理的煙苗根長比LB對照長出49.2%。從株高、莖鮮重、葉重、最大葉長最大葉寬來看，菌液處理的煙苗各項指標較對照有所提高，但變化不大，總體上與對照無明顯差異。說明菌液處理對地上部分生物量沒有顯著的促進作用，對地下部分生物量有顯著的促進作用。用以上各指標對各菌株的促生性做綜合評價，其中以wy2對煙苗的促生效果最佳，順序是：wy2＞wy3＞cg16＞cg15。

表2 參試菌株各項指標的綜合評價

圖2 內(nèi)生細菌對煙草幼苗根長的影響

2.3 內(nèi)生促生細菌wy2在煙草漂浮育苗中的應(yīng)用效果研究

復(fù)篩結(jié)果表明，wy2對煙草的生長發(fā)育確實有明顯穩(wěn)定的促生作用，為了探究wy2的活性是由什么成分在起作用，是由菌體活細胞還是菌體的胞外分泌物，為此，我們分別用菌體活細胞懸浮液和菌體發(fā)酵液上清噴霧處理煙草漂浮苗，在株齡48 d、55 d、62 d調(diào)查每處理對煙草漂浮苗莖鮮重、莖直徑、莖高和根長的影響。試驗結(jié)果如圖3、圖4、圖5、圖6。圖3顯示，菌體活細胞懸浮液在株齡48 d和55 d對莖鮮重的影響達顯著水平，平均比LB對照增重了0.22 g和0.56 g，在株齡62 d時菌體處理組雖然高于對照組，但與對照無顯著差異。發(fā)酵液上清處理莖鮮重在整個生育期中都與對照無顯著差異。圖4顯示，菌體活細胞懸浮液處理和發(fā)酵液上清處理在株齡48 d時對莖直徑的影響達顯著水平，平均比LB對照增粗了0.26 mm和0.05 mm，而在株齡55 d的時候，僅菌體懸浮液處理與LB對照有顯著差異，相比LB對照處理，莖直徑增粗了0.48 mm，發(fā)酵液上清處理莖直徑與LB對照無差異。在株齡62 d的時候，菌體處理組雖然高于對照組，但與對照無顯著差異。圖5顯示，在株齡48 d和55 d的時候，菌體懸浮液處理組莖高與LB對照相比差異達顯著水平。莖高平均比對照增加了1.31 cm和1.46 cm，而發(fā)酵液上清液處理對莖高的影響未達顯著。在株齡62 d的時候，兩種處理莖高與LB對照相比差異不顯著。圖6顯示，在株齡48 d的時候，菌體懸浮液處理根長與LB對照處理差異顯著，根長平均比LB對照長70.61 cm。發(fā)酵液上清液處理根長與LB對照處理差異顯著，與清水對照處理差異不顯著。在株齡55 d的時候，菌體懸浮液處理組根長長于LB對照，但差異未達顯著，與清水對照差異顯著。發(fā)酵液上清處理與LB對照差異不顯著。在株齡62 d的時候，兩處理與LB對照都無差異。試驗結(jié)果表明，菌體活細胞懸浮液對煙苗有比較明顯和相對普遍的促生長作用。尤其是在株齡48 d和55 d的時候，煙苗的莖鮮重、莖粗、莖高、根長均高于LB對照，且與對照差異顯著。而發(fā)酵液上清液在整個煙草苗床期中對煙苗的生長沒有顯著地影響，其莖鮮重、莖粗、莖高、根長與對照相近或比對照差。說明菌體是對煙草生長發(fā)育有促生作用的活性成分。發(fā)酵液上清液對煙草生長發(fā)育并無促生作用。

圖3 促生細菌對莖鮮重的影響

圖4 促生細菌對莖粗的影響

圖5 促生細菌對莖高的影響

圖6 促生細菌對根長的影響

2.4 內(nèi)生促生細菌wy2的16S rDNA鑒定

測序結(jié)果表明菌株wy2的16S rDNA全序列長度為1514 bp，將測得的16S rDNA全序列用EzTaxon server (http∶//www.eztaxon.org/)進行同源性搜索[15]，與其同源性最高的菌為解淀粉芽孢桿菌相似性為99%。在Ribosomal Database數(shù)據(jù)庫中選取10株屬于Bacillus屬的不同種的芽孢桿菌模式菌株構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹查看屬種間的遺傳進化關(guān)系（圖7），從系統(tǒng)發(fā)育樹看，wy11與B.amyloliquefaciens(GU826160)處于同一分支，說明兩者的遺傳進化關(guān)系最近，因此將菌株wy2鑒定為B. amyloliquefaciens(JQ936679)。

圖7 菌株wy2的16S rDNA全序列系統(tǒng)發(fā)育樹

3 討論

本研究對127株煙草內(nèi)生細菌進行了培養(yǎng)皿發(fā)芽試驗，由于試驗初期首先進行了皿內(nèi)促生的濃度梯度預(yù)試驗，發(fā)現(xiàn)內(nèi)生細菌發(fā)酵液稀釋10倍促生效果最為理想，因此本試驗選用此濃度作為菌株發(fā)酵液的供試濃度。從中選出4個菌株作為重點菌，進一步對這4株菌進行了漂浮育苗試驗復(fù)篩，最后挑選出1株對煙草的生長發(fā)育確實有明顯穩(wěn)定的促生作用的細菌wy2，經(jīng)過溫室漂浮育苗試驗的驗證，結(jié)果和復(fù)篩試驗基本一致，表明通過這種篩選途徑得到的促生菌株是有效的。wy2對煙苗根長的促進作用最為明顯，推斷wy2可能是通過促進根的生長和分節(jié)，增大根重，有效提高了幼苗的根系功能，從而更高效的促進煙苗對水分和養(yǎng)分的吸收，進而促進了葉片的光合作用，使得煙苗莖直徑增加，鮮重增加。

本文在植物生育前期噴灑wy2菌液后，使苗床期煙苗在苗齡48 d和55 d時的莖鮮重、莖粗、莖高、根長得到不同程度的提高，這對于促進煙苗的早發(fā)快長是很有意義的。但在苗齡62 d的時候，各處理與對照差異不顯著?？赡芤驗榻泳椒ㄋ?，葉面噴施促生細菌對煙草植株生態(tài)系的改造可能是暫時的，作用也是有限的，下一步可以探索最合適的接菌方法，以便從微生物角度使煙株長期處于一個最利于發(fā)揮豐產(chǎn)性狀的穩(wěn)定的微生態(tài)系。

在試驗過程中，尤其是漂浮育苗試驗，雖然每次結(jié)果4個菌株大都比對照有明顯效果，尤其表現(xiàn)在對根長的促生方面，但是，同一菌株在不同試驗地點、時間和試驗次數(shù)中均表現(xiàn)出有一點差異，這意味著篩選到的促生內(nèi)生細菌，由于生態(tài)環(huán)境條件等的不同，其作用效果常常會表現(xiàn)出某些不穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

篩選到的解淀粉芽孢桿菌wy2是煙草內(nèi)生促生細菌，對煙草種子萌發(fā)、莖粗、根系生長有積極的促進作用，這與文獻報道的植物內(nèi)生細菌可以產(chǎn)生某些促生物質(zhì)，并直接促進植物生長的結(jié)論一致[16]。由于菌株wy2處理對煙草幼苗的株高、最大葉寬、最大葉長沒有顯著影響，而只顯著增加其莖粗和根長，說明內(nèi)生細菌wy2的促生作用主要針對于輸導(dǎo)組織，這為菌株的促生作用機理研究提供了方向。

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