產聚谷氨酸菌株的篩選及菌株發酵液對玉米幼苗抗旱性的作用

賈艷萍 殷愛鳴， 孫艷梅 程首濤 王旭明

（1. 東北電力大學化學工程學院，吉林 132012；2. 北京市農林科學院北京農業生物技術研究中心，北京 100097）

產聚谷氨酸菌株的篩選及菌株發酵液對玉米幼苗抗旱性的作用

賈艷萍1殷愛鳴1，2孫艷梅2程首濤2王旭明2

（1. 東北電力大學化學工程學院，吉林 132012；2. 北京市農林科學院北京農業生物技術研究中心，北京 100097）

聚谷氨酸（poly-γ-glutamic acid，γ-PGA）作為新型生物保水劑，具有重要的農業應用價值。從納豆和豆豉樣品中分離篩選到2株聚谷氨酸產生菌Y2與P1。經形態、生理生化特征以及16S rRNA 序列分析，鑒定為枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）。研究分析聚谷氨酸產生菌發酵液對土壤持水性以及干旱脅迫下玉米抗旱能力的影響。結果表明，Y2和P1菌株發酵液對土壤水分蒸發有明顯的減緩效果。與對照相比，施加聚谷氨酸發酵液土壤含水率提高近4%。同時增強玉米幼苗的抗旱性，顯著提高了玉米幼苗地上部和地下部生物量。菌株P1的發酵液可使玉米幼苗的地上與地下生物量分別提高40.70%與19.59%。BiologECO結果顯示，添加菌株Y2和P1的聚谷氨酸發酵液未顯著影響土壤中常見微生物群落的代謝多樣性和均度。本研究的聚谷氨酸發酵液是一種安全的生物保水劑，可擴大應用于田間生態系統，以增強土壤保水性及植被的抗旱能力。

聚谷氨酸；抗旱；干旱脅迫；土壤微生物

我國是水資源嚴重短缺的國家，干旱、半干旱地區約占國土面積的一半以上，是世界上21個貧水和最缺水的國家之一［1］。干旱嚴重影響農作物的生長和產量，資料顯示，因干旱損失的糧食占各種自然災害造成糧食損失的60%以上［2］。目前我國北方部分地區，水資源開發利用已經超過資源環境的承受能力，成為工業化和城市化發展的瓶頸。其中，淡水資源70% 用于農業生產，因此發展節水農業是應對水資源危機的必由之路［3-5］。微生物土壤修復技術與物理、化學技術相比，具有廉價、高效、不易產生二次污染等特點［6-7］。開發抗旱的微生物菌劑，通過施加菌劑改善土壤的理化性質及植物的抗逆性、促進植物生長，對于大面積干旱退化土壤的修復、提高水源涵養、治理水土流失、發展高效節水農業具有重要意義。

微生物分泌的聚谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid，γ-PGA）具有良好的保水性，聚谷氨酸是一種高分子氨基酸聚合物，其分子鏈上具有大量游離羧基，水溶性好，保水性強，同時具有無毒害、可生物降解、生產成本低等優良特性，它在農業上已經表現出非常廣闊的應用前景［8］。張新民等［9］研制的聚谷氨酸吸水材料的吸水率為化學常用的保水劑聚丙烯酸2.85倍，聚谷氨酸較強的保水性，可使水分在土壤中緩慢釋放，提高土壤水分的有效性［10-11］。聚谷氨酸同時具有減滲作用，可改變土壤剖面含水率的分布情況，使水分集中在作物根部［12］。因此開發高效的分泌聚谷氨酸的微生物，具有重要的實用價值。

目前國內外對于聚谷氨酸在農業方面的研究多集中在其發酵條件優化、自身材料的改進和對植物生長及土壤理化性質的影響［13-15］，但關于聚谷氨酸對土壤微生物的影響還鮮有報道。本研究旨在篩選聚谷氨酸產生菌，并利用其發酵液進行土壤保水性實驗，通過盆栽試驗研究細菌發酵液對植物抗旱性以及土壤微生物群落的作用，旨為聚谷氨酸應用于農業生產提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗材料及試劑 納豆及豆豉購自超市；葡萄糖、胰蛋白胨、酵母膏、谷氨酸鈉、氯化鈉、瓊脂、氯化銨等均為國產分析純；聚谷氨酸標準品購自sigma公司；DNA提取試劑盒購自天根公司；引物合成由生工生物工程有限公司合成；DNA測序由北京博邁德生物科技有限公司完成。

1.1.2 培養基 產聚谷氨酸菌株的分離及保存采用LB固體培養基：酵母粉5 g/L，胰蛋白胨10 g/L，NaCl 10 g/L，瓊脂 20 g/L，pH 7.0，121℃滅菌 20min。以LB液體培養基作為種子培養基。發酵培養基：葡萄糖20 g/L，酵母粉1 g/L，谷氨酸鈉18 g/L，（NH4）2SO41g/L，CaCl20.2 g/L，K2HPO40.5 g/L，MgSO40.1 g/L。

1.2 方法

1.2.1 產聚谷氨酸菌株的分離及發酵培養 產聚谷氨酸菌株初篩：稱取 2 g納豆或豆豉于10 mL無菌水中，振蕩2 min，靜置30 min，然后放水浴鍋中，100℃維持5 min。冷卻后吸取上清液1mL，采用平板培養法進行系列稀釋涂布，37℃培養24 h，挑取生長迅速并且能夠拉絲的單菌落，分離純化后于LB試管斜面培養基4℃保存。復篩：將初篩得到的菌株接種到種子培養基中，37℃、150 r/min培養20 h，然后按2%的接種量接種到發酵培養基中，37℃、200 r/min培養48 h，發酵液用黏度計測量表觀黏度，選擇黏度較大的菌株作為復篩菌株。

1.2.2 聚谷氨酸產物的提取純化及產物分析

1.2.2.1 提取純化 將以上篩選獲得的黏度較大菌株的發酵液8 000 r/min離心15 min，去除菌體，取上清液用HCl調pH至3-4，加4倍的無水乙醇，低溫靜置過夜。去上清液得粗品，透析脫鹽過夜。將透析后的樣品進行冷凍干燥，得到純化粗品。

1.2.2.2 產物分析 （1）聚谷氨酸的水解：取0.05 g純化樣品，放入水解管中，加入10 mL、6 mol/L的HCl，通入氮氣，維持5 min后封口，120℃水解12h，冷卻后過濾至小燒杯中備用。（2）紫外掃描光譜分析：將水解后的溶液稀釋4倍，在190-600 nm的波長下進行紫外掃描，與聚谷氨酸標準品進行對比。（3）質譜-同位素內標法分析：利用高效液相色譜-四級桿離子阱串聯質譜儀HPLC-MS/MS Q-TRAP分析水解液中氨基酸的組成及含量。

1.2.3 產聚谷氨酸菌株鑒定 （1）生理生化鑒定：菌體形態、生理生化與Biolog GENIII鑒定板鑒定。（2）菌株16S rRNA鑒定：采用細菌DNA提取試劑盒（MoBio）進行菌體DNA提取。擴增應用細菌通用引物 27F ：5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3'，1492R ：5'-TACGGCTACCTTGTTACGACTT-3'［16］。測序由北京博邁德公司完成。

1.2.4 聚谷氨酸產生菌對土壤保水性分析 將土壤去除雜質，烘干充分研碎后備用。取6 mL聚谷氨酸發酵液稀釋液，以蒸餾水作為對照，將水或聚谷氨酸發酵液充分拌于16 g烘干土壤中，然后均勻分散在直徑為9 cm的表面皿中。將表面皿放置恒溫40℃的培養箱中，定時取出稱重，計算失水量：

式中：Q'為保水劑的失水量（g），Mt0為最初表面皿的總重量（g），Mt 為t 時刻表面皿的總重量（g）。

1.2.5 玉米盆栽實驗設計 試驗于2017年3月至4月在北京市農林科學院玻璃溫室內進行。用塑料盆（120×100 mm）裝400 g混合土（大田土∶營養土∶蛭石=1V∶1V∶1V），土壤田間持水量為15.22%，室溫為20.8-35.4℃，濕度7.9%-12.3%，采用自然光照。供試玉米品種為鄭58，挑取飽滿玉米種子在28℃暗箱里進行催芽育苗，3-4 d后選取生長和健壯程度一致的玉米苗移栽。玉米在三葉一心期進行控水，實驗共設3個處理（聚谷氨酸發酵液P1，聚谷氨酸發酵液Y2，自來水），每個處理設置5盆重復，每盆種3株。每周測一次生態指標，包括玉米的苗長、最大葉片葉面長和寬。盆栽實驗結束后，分別將植株的莖葉和根放在80℃烘箱中烘干24 h，記錄植株地上部分和地下部分干重。

1.2.6 土壤理化性質和微生物群落代謝特征測定方法 土壤含水率采用烘干法，pH和電導率分別使用pH計和電導率儀。采用BiologECO微平板測定微生物代謝特征，該板包括31種碳源和空白對照，各3個重復。取新鮮土樣制成微生物加樣液，每孔加入150 μL置于28℃恒溫培養箱培養10 d，每隔24 h用Biolog細菌自動讀數儀讀數。選取144 h的Biolog平均光密度吸收值進行后續數據的處理。

1.2.7 微生物群落代謝特征多樣性計算 經檢測得到的每個吸光度值數據都是微生物對碳源利用的量值體現，這些量的差異主要由平均色度值（Average well color development，AWCD）、Shannon-Wiener多樣性指數（H'）、Mclntosh 多樣性指數（U）、Simpson 優勢度指數（D）以及Pielou 均勻度指數（Jsw）來表征。其計算公式分別如下：

式中，n 為培養基碳源種類數（本研究n = 31），Ci為第i（i = 1，2，3…，31）個非對照孔的吸光度值，R為對照孔的吸光度值，Pi為第i個非對照孔的吸光度值與所有非對照孔吸光度值總和的比值。采用EXCEL2013進行數據的基礎處理，采用R語言進行數據差異顯著性分析。

2 結果

2.1 聚谷氨酸產生菌的分離及鑒定

2.1.1 聚谷氨酸產生菌的分離 采用平板培養法，從3種不同的納豆樣品和1種豆豉中分離、純化，初篩得到6株生長迅速并且能夠拉絲的菌株。經過搖瓶發酵復篩得到表觀黏度較大的菌株2株（表1）。其中Y2和P1產聚谷氨酸穩定，產量可達6 g/L和6.59 g/L。

表1 聚谷氨酸產生菌發酵液黏度及產量

2.1.2 菌株發酵產物的鑒定 將水解后的溶液稀釋4倍，在190-600 nm的波長下進行紫外掃描，與聚谷氨酸標準品進行對比（圖1）。樣品水解液與聚谷氨酸標準品在264 nm處均出現吸收峰，因此可以確定為發酵產物由谷氨酸聚合而成。此外在218 nm處出現吸收峰，據資料顯示聚谷氨酸的吸收峰為216nm，由紫外掃描的光譜圖鑒定菌株P1與Y2的產物為聚谷氨酸。利用質譜-同位素內標法檢測水解液中50種常見氨基酸的組成及含量（圖2）。P1和Y2水解液中谷氨酸含量分別占92.63%和95.48%，因此可以確定菌株發酵液的主要產物為谷氨酸聚合而成的高分子聚合物聚谷氨酸。

圖1 菌株發酵產物水解液的紫外掃描峰圖

圖2 菌株發酵產物水解液的氨基酸組成

2.1.3 菌株的鑒定

2.1.3.1 形態特征 篩選出的菌株菌落表面光滑。生長到一定程度后就變成奶白色菌落，傘形，菌落表面有褶皺，菌落較大，挑取菌落，會出現拉絲。取少量種子液進行革蘭氏鑒定，為革蘭氏陽性菌。經芽孢染色，可觀察到桿狀細胞，有芽孢。

2.1.3.2 生理生化特征 對P1和Y2菌株進行了部分生理生化鑒定，并使用Biolog GENIII鑒定板進行菌株碳代謝情況的測定，得到P1和Y2菌株可以水解淀粉，葡萄糖產酸，好氧，甲基紅陽性，利用葡萄糖，蔗糖，山梨醇，丙氨酸，天冬氨酸，蘋果酸和甲酸（表2）。

表2 Y2和P1菌株的表型特征

2.1.3.3 16S rRNA鑒定 從菌株基因組內擴增出1 500 bp 的單一條帶，經測序確定16S rRNA 基因序列。序列與NCBI 數據庫中的16S rRNA 序列進行BLAST 比對分析。比對結果表明，NCBI 數據庫中與菌株Y2與P1相似度較高的菌株均屬于枯草芽孢桿菌，利用MEGA軟件，將Y2與P1菌株16S rRNA序列與GenBank數據中已知菌株的序列進行比對，結果（圖3）顯示Y2和P1與Bacillus subtilis subsp.subtilis str.168（NC000964）、Bacillus subtilis subsp.subtilis strain PCD3（KY910140）、Bacillus subtilis strain TLO3（CP021169） 和 Bacillus subtilis strain SFA6（HM486416）聚集在一起，因此在分子水平上確定Y2和P1菌株為枯草芽孢桿菌。

2.2 聚谷氨酸發酵液對土壤保水性及玉米苗期抗旱性分析

2.2.1 聚谷氨酸發酵液對土壤保水性能分析 為檢測菌株聚谷氨酸發酵液對土壤的保水性，將聚谷氨酸發酵液加到干土中，40℃恒溫蒸發30 h，加聚谷氨酸發酵液的樣品土壤失水率始終低于加蒸餾水的樣品，蒸發3 h各處理組失水率基本一致，分別為8.06%、7.57%和7.5%，這可能是由于泥土表面的水分相對比較均勻的蒸發；到第6 h發酵液處理組的失水率明顯低于對照組，P1聚谷氨酸發酵液、Y2聚谷氨酸發酵液與蒸餾水的失水率分別為16.93%、17.47%和20.61%（圖4）。說明聚谷氨酸發酵液可以減緩土壤中水分的蒸發，對土壤有一定保水效果；到第20 h處理組與對照組差異減小，各處理組失水量基本不變。

圖3 Y2和P1菌株的16S rRNA的系統發育樹

圖4 聚谷氨酸發酵液對土壤的保水作用

2.2.2 聚谷氨酸發酵液對玉米苗期抗旱性作用 為試驗聚谷氨酸發酵液在玉米幼苗生長過程的作用，兩周施用一次聚谷氨酸發酵液的2倍稀釋液，共施加兩次。控制土壤含水量為田間最大持水量的30%-40%，相當中度干旱脅迫，移栽30 d后，測定植株生長狀況。結果表明，與對照組相比，聚谷氨酸發酵液Y2處理可提高玉米幼苗的株高及生物量，但提高幅度小于聚谷氨酸發酵液P1。P1處理使玉米幼苗株高與最大葉面積顯著增加；地上與地下生物量分別提高40.70%與19.59%，差異達到顯著水平（P ＜0.05）（表3）。由此可見，聚谷氨酸發酵液P1可增強玉米幼苗的抗旱性，同時對其生長具有良好的促進作用。

表3 干旱脅迫24 d聚谷氨酸發酵液對玉米幼苗的影響

2.3 聚谷氨酸發酵液對玉米幼苗根際土壤環境的影響

2.3.1 聚谷氨酸發酵液對玉米幼苗根際土壤理化性質的影響 為進一步研究菌株的聚谷氨酸發酵液施加到土壤中是否對土壤理化性質造成影響，本研究分析了施加聚谷氨酸土壤中各項理化指標的變化。在盆栽實驗結束后，測量各處理土壤的含水率、pH和電導率。結果（表4）表明，聚谷氨酸發酵液處理對土壤pH和電導率基本無影響。處理組與對照組的pH在7.3-7.4左右，為中性。P1處理組的電導率略高于對照組和Y2處理組，但差異不顯著。兩株聚谷氨酸發酵液P1和Y2處理的土壤含水率分別為 9.08%和9.18%均高于對照組土壤，差異達到顯著水平（P ＜ 0.05）。由此可知，聚谷氨酸發酵液的施加減緩土壤中水分的蒸發，緩解干旱脅迫對玉米幼苗的危害。

表4 土壤理化指標變化

2.3.2 聚谷氨酸發酵液對玉米幼苗根際土壤微生物代謝多樣性的影響 采用Biolog ECO 微平板技術檢測了土壤微生物的代謝多樣性，平均顏色變化率（Average well color development，AWCD）表征微生物群落碳源利用率，反映了土壤微生物活性、微生物群落生理功能多樣性。連續10 d每隔24 h測AWCD，從圖5中可以看出，AWCD隨培養時間的延長而提高，不同處理都表現出在開始的24 h變化不大，而在第24-72 h內快速升高，隨后持續緩慢地升高直到實驗結束。不同處理AWCD的變化情況基本一致，表明聚谷氨酸發酵液的施加對碳代謝微生物的影響較小。為了進一步分析施加聚谷氨酸發酵液對土壤微生物豐度及均度的影響，計算了Shannon指數、Simpson指數、Pielou 指數與Mclntosh指數，它們分別反映土壤微生物物種的豐富度、優勢度以及群落物種的均勻度。Shannon指數的結果（表5）表明，施加菌株P1的聚谷氨酸發酵液，玉米根際土壤微生物群落多樣性呈增加趨勢，施加菌株Y2的聚谷氨酸發酵液處理多樣性降低，然而施加發酵液處理與對照組相比并沒有顯著性差異。Pielou和McIntosh指數的結果顯示，P1處理的微生物均勻度最高；與處理組相比，加Y2聚谷氨酸發酵液略降低土壤微生物的均勻度。Simpson指數較多反映群落中常見的物種［17］，本研究中與對照水處理相比，P1與Y2處理沒有顯著差異（P＞0.05），可見施加菌株的聚谷氨酸發酵液對土壤中常見微生物的多樣性和均度沒有顯著影響。

圖5 微生物AWCD值隨培養時間的變化曲線

3 討論

3.1 菌株聚谷氨酸發酵液的保水性能

本研究從豆豉和納豆中分離得到兩株聚谷氨酸產生菌，經生理生化、Biolog GEN III鑒定板以及16s rRNA鑒定兩株菌均為枯草芽孢桿菌。應用菌株的聚谷氨酸發酵液對土壤保水性能分析及玉米盆栽實驗，研究發現這兩株聚谷氨酸產生菌的發酵液均可減緩土壤中水分的蒸發，土壤含水率均高于對照組土壤。聚谷氨酸發酵液可能在土壤表面形成保護膜，使水分可以較長時間的保持在土壤中、緩慢釋放，以提高土壤水分的有效性。一些研究者認為聚谷氨酸粉末拌土不但增加了土壤的持水性，還能改變土壤剖面水分的分布形態，使水分蓄積在作物根部土層區［9］。這與聚谷氨酸的分子結構相關，其上含有大量的親水性羧基和肽鍵，易交聯、吸水飽和形成水凝膠，從而增加土壤顆粒的持水容量及釋放速率。已有研究也表明聚谷氨酸可以使土壤顆粒膨脹，引起土壤結構、孔隙改變，增強土壤通透性［18］，同時具有一定的緩沖作用，能有效平衡土壤酸堿性［19］。盆栽實驗表明在中度干旱脅迫下，聚谷氨酸發酵液的施加可顯著提高玉米幼苗的株高和生物量，施加聚谷氨酸發酵液P1對玉米幼苗有明顯的促生效果。朱安婷等［20］研究也證明聚谷氨酸施加可以提高水稻幼苗的葉片活力，增加滲透調節物質的積累，緩解干旱對水稻幼苗的傷害。然而菌株Y2的聚谷氨酸發酵液相對于對照組增長不顯著（P＞0.05），這可能是與兩株菌的發酵產物的分子量和濃度不同有關。郝榮華等［21］的研究表明，不同分子量的聚谷氨酸能夠不同程度地增加幼苗的株高、根長以及鮮重等指標。由此可見，菌株的聚谷氨酸發酵液可增加植被在輕中度干旱土壤中的抗脅迫能力，提高植被的生物量。

表5 不同處理微生物多樣性與均度指數變化

3.2 聚谷氨酸發酵液對土壤微生物區系的影響

土壤微生物對維持土壤功能至關重要，豐富的土壤微生物多樣性有利于提高生態系統的穩定性、生產力以及可持續性［22-23］。有研究表明接種促生菌或添加有機肥都會調控細菌群落結構和多樣性［24］。本文應用BiologECO微平板技術進行土壤微生物的代謝多樣性分析，與對照組相比，施加菌株Y2的聚谷氨酸發酵液，對土壤中常見菌種的多樣性及均度影響不大，菌株P1發酵液的施加具有提高玉米根際土壤微生物群落豐富度以及均度的趨勢，這可能助于玉米幼苗的生長以及抗旱性。Ling等［25］發現一種新型的有機生物肥料可以提高土壤細菌群落的多樣，其他有機聚合物如腐殖酸物等亦可改變土壤微生物群落多樣性［26-28］。也有研究表明聚谷氨酸不但具有保水保肥性能，還可以為微生物提供碳源和氮源，提高土壤有益微生物活性［29］，此外，土壤微生物群體生物量和多樣性與植物生物量之間存在正相關性［30］。Xu等［31］利用聚谷氨酸作為肥料增效劑，調查了不同施加方式下，聚谷氨酸和尿素對土壤微生物多樣性和氮循環的影響，研究結果表明聚谷氨酸包裹尿素的施加方式，不但可以提高油菜的產量，還可增加土壤可培養微生物的數量，提高土壤生態系統的穩定性。本研究中的兩株菌的聚谷氨酸發酵液直接施加到土壤，未顯著改變土壤中常見的微生物群落多樣性及均度，其對于土壤中總的微生物組成是否有作用以及哪些菌群發生改變仍需后續微生物群落高通量測序實驗進一步研究。

4 結論

從納豆和豆豉中分離出兩株聚谷氨酸產生菌，經鑒定均為枯草芽孢桿菌，且其發酵液均可提高土壤的持水性。在中度干旱脅迫條件下，菌株P1聚谷氨酸發酵液可顯著提高玉米幼苗抗旱性、幼苗株高、葉面積以及生物量。菌株聚谷氨酸發酵液具有良好的保水性，且不顯著影響土壤微生物群落的多樣性及均度，是安全的土壤生態保水劑。

［1］柴方營. 中國水資源產權配置與管理研究［D］. 哈爾濱：東北農業大學, 2006.

［2］齊述華. 干旱監測遙感模型和中國干旱時空分析［D］. 北京：中國科學院研究生院, 2004.

［3］李希, 賀紀正, 鄭袁明, 等. 新型保水劑應用于土壤-小白菜系統的環境安全評價［J］. 環境科學, 2014, 35（2）：780-785.

［4］王傳海, 何都良, 鄭有飛, 等. 保水劑新材料γ-聚谷氨酸的吸水性能和生物學效應的初步研究［J］. 中國農業氣象, 2004,25（2）：20-23.

［5］張利平, 夏軍, 胡志芳. 中國水資源狀況與水資源安全問題分析［J］. 長江流域資源與環境, 2009, 18（2）：116-120.

［6］錢春香, 王明明, 許燕波. 土壤重金屬污染現狀及微生物修復技術研究進展［J］. 東南大學學報：自然科學版, 2013, 43（3）：669-674.

［7］周際海, 黃榮霞, 樊后保, 等. 污染土壤修復技術研究進展［J］.水土保持研究, 2016, 23（3）：366-372.

［8］王傳海, 何都良, 鄭有飛, 等. 保水劑新材料γ-聚谷氨酸的吸水性能和生物學效應的初步研究［J］. 中國農業氣象, 2004,25（2）：20-23.

［9］張新民, 姚克敏, 徐虹. 新型高效吸水材料（γ-PGA）的農業應用研究初報［J］. 南京氣象學院學報, 2004, 27（2）：224-229.

［10］張文, 張樹清, 王學江. γ-聚谷氨酸的微生物合成及其在農業生產中的應用［J］. 中國農學通報, 2014, 27（6）：40-45.

［11］張超. 環境友好型土壤保水劑聚γ-谷氨酸高吸水性樹脂的制備［D］. 曲阜：曲阜師范大學, 2009.

［12］史文娟, 梁嘉平, 陶汪海, 等. 添加γ-聚谷氨酸減少土壤水分深層滲漏提高持水能力［J］. 農業工程學報, 2015, 31（23）：94-100.

［13］白文波, 王春艷, 李茂松, 等. 不同灌溉條件下保水劑對新疆棉花生長及產量的影響［J］. 農業工程學報, 2010, 26（10）：69-76.

［14］陳曉蓉, 劉輝, 陳薇, 等. 幾種礦物復合保水劑的保水性能及養分增效研究［J］. 土壤學報, 2012, 49（01）：194-197.

［15］Busscher WJ, Bjorneberg DL, Sojka RE. Field application of PAM as an amendment in deep-tilled US southeastern coastal plain soils［J］. Soil and Tillage Research, 2009, 104（2）：215-220.

［16］劉瑋琦, 茆振川, 楊宇紅, 等. 應用16S rRNA基因文庫技術分析土壤細菌群落的多樣性［J］. 微生物學報, 2008, 48（10）：1344-1350.

［17］徐華勤, 肖潤林, 鄒冬生, 等. 長期施肥對茶園土壤微生物群落功能多樣性的影響［J］. 生態學報, 2007, 27（8）：3355-3361.

［18］Tarui Y, Iida H, Ono E, et al. Biosynthesis of poly-γ-glutamic acid in plants：Transient expression of poly-γ-glutamate synthetase complex in tobacco leaves［J］. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2005, 100（4）：443-448.

［19］ Doran JW, Zeiss MR. Soil health and sustainability：managing the biotic component of soil quality［J］. Applied Soil Ecology, 2000,15（1）：3-11.

［20］朱安婷, 蔣友武, 謝國生, 等. 外源聚γ-谷氨酸對水稻幼苗耐旱性和滲透調節的影響［J］. 核農學報, 2010, 24（6）：1269-1273.

［21］郝榮華, 張曉元, 劉飛, 等. 不同分子量γ-聚谷氨酸對綠豆萌發及幼苗的影響［J］. 江蘇農業科學, 2016, 44（6）：169-171.

［22］Ibekwe AM, Kennedy AC, Frohne PS, et al. Microbial diversity along a transect of agronomic zones［J］. FEMS Microbiology Ecology, 2002, 39（3）：183-191.

［23］Set?l? H, McLean MA. Decomposition rate of organic substrates in relation to the species diversity of soil saprophytic fungi［J］.Oecologia, 2004, 139（1）：98-107.

［24］Nie S, Xu H, Li S, et al. Relationships between abundance of microbial functional genes and the status and fluxes of carbon and nitrogen in rice rhizosphere and bulk soils［J］. Pedosphere,2014, 24（5）：645-651.

［25］Ling N, Deng K, Song Y, et al. Variation of rhizosphere bacterial community in watermelon continuous mono-cropping soil by long-term application of a novel bioorganic fertilizer［J］.Microbiological Research, 2014, 169（7）：570-578.

［26］Zhang Q, Shamsi IH, Xu D, et al. Chemical fertilizer and organic manure inputs in soil exhibit a vice versa pattern of microbial community structure［J］. Applied Soil Ecology, 2012, 57：1-8.

［27］ Geisseler D, Horwath WR, Joergensen RG, et al. Pathways of nitrogen utilization by soil microorganisms-a review［J］. Soil Biology& Biochemistry, 2010, 42（12）：2058-2067.

［28］Puglisi E, Fragoulis G, Ricciuti P, et al. Effects of a humic acid and its size-fractions on the bacterial community of soil rhizosphere under maize（Zea mays L. ）［J］. Chemosphere, 2009, 77（6）：829-837.

［29］褚群. γ-聚谷氨酸和解磷菌M20對番茄和西瓜穴盤苗基質養分供應和根際細菌群落結構的影響［D］. 北京：中國農業科學院, 2016.

［30］Wang J, Li X, Zhang J, et al. Effect of root exudates on beneficial microorganisms-evidence from a continuous soybean monoculture［J］. Plant Ecology, 2012, 213（12）：1883-1892.

［31］Xu Z, Lei P, Feng X, et al. Effect of poly（γ-glutamic acid）on microbial community and nitrogen pools of soil［J］. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B-Soil & Plant Science, 2013,63（8）：657-668.

Screen of Poly-γ-gamma Glutamic Acid Producing Bacteria and Their Glutamic Acid Fermentation Broth’s Function on the Drought Resistance of Maize

JIA Yan-ping1YIN Ai-ming1，2SUN Yan-mei2CHENG Shou-tao2WANG Xu-ming2
（1. School of Chemical Engineering，Northeast Electric Power University，Jilin 132012 ；2. Beijing Agro-Biotechnology Research Center，Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Beijing 100097）

As a novel biological water absorbent，poly-γ-gamma glutamic acid（γ-PGA）has a significant application value on watersaving agricultural production. Two γ-PGA-producing strains，Y2 and P1，were isolated and screened from natto and fermented soya bean samples. By analyzing their morphological and physic-chemical characters，and 16S rRNA sequence，they were identified as Bacillus subtilis.Then，the effects of γ-PGA fermentation broth on the soil water-holding capacity and the drought resistance of maize seedling under water stress were also studied. The results showed that the fermentation broth of Y2 and P1 significantly decreased the soil water evaporation. Compared with the control treatment，adding fermentation broth from γ-PGA-producing strain promoted the soil water content by 4%. At the same time，the addition of γ-PGA fermentation broth enhanced the drought resistance of maize seedlings，and significantly increased aboveground and underground biomass of maize seedlings by 40.70% and 19.59%，respectively. The result of biologECO showed that the γ-PGA fermentation broth from Y2 and P1 had insignificant effect on microbial diversity and evenness. Thus，the γ-PGA fermentation broth is an environmental friendly biological water absorbent，which can be used directly to enhance soil water retention and drought resistance of vegetation in field.

poly-γ-glutamic acid；drought resistance；drought stress；soil microbes

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2017-0699

2017-08-24

北京市農林科學院科技創新能力建設專項（KJCX20161502-4）

賈艷萍，女，博士，研究方向：廢水生物處理；E-mail：jiayanping1111@sina.com

孫艷梅，女，博士，研究方向：環境微生物；E-mail：sunyanmei2001@126.com

（責任編輯 朱琳峰）