鹽堿先鋒植物堿蓬內生細菌研究進展

張艷蕊，張安琪，張浩，張夢涵，徐雨欣，曲善民，苗陽陽

（黑龍江八一農墾大學動物科技學院草業科學系/黑龍江省寒區飼料資源高效利用與營養調控重點實驗室 大慶市 163319）

堿蓬（Suaeda salsa）是藜科（Chenopodiaceae）堿蓬屬（Suaeda）植物，是典型的真鹽生植物，是重要的鹽生植物資源，在世界范圍內廣泛分布。堿蓬具有保護和改良土壤的生態功能，是極具利用價值的自然資源[1]。堿蓬是濱海鹽堿地生態系統群落演替而來的先鋒物種，是植被建設過程中的重要植物[2]。

植物內生菌（Endophyte）是指在特定時期或全部時期的一種生活在植物組織中的微生物，不會給植物帶來明顯的病害癥狀。它幾乎存在于所有植物中，分布廣泛、種類繁多，被內生菌感染的植物生長迅速，能夠抵抗逆境和病害[3]。對植物內生菌研究已經成為我國微生物領域熱點問題之一，研究發現其主要包括內生細菌、內生真菌和內生放線菌[4]，其中內生細菌較為豐富。植物內生細菌能在健康的植物組織中定殖，促進植物生長，提高植物抗逆性[5]。本文就堿蓬內生細菌的種類、生物學作用、鹽堿土改良及其前景對堿蓬內生細菌的研究進展進行概述。

1 堿蓬內生細菌的種類

堿蓬內生細菌較豐富的分布于堿蓬的根、莖、葉組織，不同地區、不同部位及不同季節分離獲得的內生細菌的種類和數量均存在差異。堿蓬種子中的微生物類群相對較少，堿蓬成熟后微生物的多樣性會有所提高。

堿蓬根、莖、葉組織中均有芽孢桿菌屬（Ba?cillus）和不動桿菌屬（Acinetobacter），表明這兩個屬為堿蓬內生細菌的優勢菌屬[6]，不動桿菌屬和芽孢桿菌還具有解磷、解鉀和固氮作用[7]。芽孢桿菌屬中的枯草芽孢桿菌（Bacillusstutilis）可以提高作物抗性、促進作物生長、改良土壤、改良作物品質等[8]。堿蓬內生中度嗜鹽菌具有良好的耐鹽堿性，稀有且種類豐富，包括鹽單胞菌科（Halomonadaceae）的嗜鉻桿菌屬（Chromohalobacter）、庫什尼婭屬（Kushneria）、鹽單胞菌屬（Halomo?nas）以及芽孢桿菌科（Bacillaceae）的芽孢桿菌屬（Bacillus）[9]。鹽單胞菌屬和不動桿菌屬不僅具有較高耐鹽性，還具有促生、生防、降解有機污染物及抗氧化等功能[10]。假單胞菌屬（Pseudomo?nas）和芽孢桿菌屬都能產生吲哚乙酸或赤霉素[11]。堿蓬根系內生細菌還有海細菌屬（Marinobacteri?um）、副球菌屬（Paracoccus）、游動球菌屬（Pla?nococlus）、劉志恒菌屬（Zhihengliuella）[12]。

2 堿蓬內生細菌的生物學作用

2.1 固氮作用

氮是植物生長發育所必需的營養物質之一，氮形態對植物的生理代謝過程具有重要的影響[13]，但大多數植物不能直接利用分子態氮，一些細菌可以將這些分子態氮轉化成結合態氮被植物利用。內生固氮菌可以作為生物控制和植物生長促進劑，對內生固氮菌研究始于20世紀80年代，植物內生細菌具有的固氮作用已被大量試驗研究所證實[14-18]。王琦琦等[19]從木堿蓬根際分離獲得58株耐鹽微生物，其中有8株具有固氮活性。具有固氮活性的內生菌可以產生固氮酶，固氮酶不僅能將氮還原成氨，還可以傳遞電子，從而固定空氣中的氮素傳遞給植物吸收利用[20]。

2.2 促生作用

一部分內生細菌可分泌甲酸、乙酸、丙酸、乙醇酸、延胡索酸等多種有機酸，降低土壤pH值，將難溶性磷酸鹽和不溶鉀鹽溶解成為植物可吸收利用的磷、鉀鹽，提高土壤速效磷和鉀元素含量，促進植株的生長發育[21-23]。一部分內生細菌也能夠合成植物生長素3-吲哚乙酸（IAA）及其類似物。IAA的前體是色氨酸，它可以促進植物的光合作用及其生長發育，對植物抽枝或幼苗頂部芽端形成均有促進作用。賈西貝等[24]從堿蓬根際土壤中分離篩選獲得一株可產生IAA的促生菌株BG-5，經通過16SrDNA序列分析，后可知該菌株為短小芽孢桿菌（Bacilluspumilus）。芽孢桿菌可以通過植物光合作用和碳水化合物的影響，促進植物的生長活力[25]。宋立超等[26]在堿蓬根際分離獲得一株細菌B-1，16SrRNA序列分析該菌株可能是動性球菌屬（Planococcus），具有解磷和產生IAA的作用，且有一定促生潛力。堿蓬內生假單胞菌屬不僅可以產生1-氨基環丙烷-1-羧酸（ACC）脫氨酶，將乙烯前體ACC分解成氨和α-丁酮酸，降低乙烯濃度，緩解乙烯對植物的不良反應，促進植物生長[27]；還可以不同程度地產生鐵載體、吲哚乙酸、赤霉素（GA）和脫落酸（ABA），促進植物對養分的吸收[28]。

2.3 抗鹽堿作用

堿蓬具有適應鹽堿地惡劣環境的能力，體內鹽含量相對較高，絕大多數的細菌適合在低鹽堿的環境中生長繁殖，因此鹽地堿蓬內生細菌屬于極端微生物之一的嗜鹽微生物，且在鹽地不同植株中的中度嗜鹽菌相對穩定[29]。劉詩揚等[30]從堿蓬中分離獲得1株具一定耐鹽性的芽孢桿菌EB0901，其最適生長pH值為7，可在NaC1濃度為10%以上的堿性培養基中生長。王新新等[31]發現從堿蓬根際土壤中分離篩選所獲得的戈登氏菌屬（Gordonia）、無色桿菌屬（Achromobacter）、迪茨菌屬（Diet?zia）、假單胞菌屬（Pseudomonas）和芽孢桿菌屬（Bacillus）對NaCl耐受濃度為6%~10%。研究發現芽孢桿菌產生ACC脫氨酶、分泌鐵載體、調節植物激素的分泌、提高植物耐鹽性[32]，即使植物在鹽堿條件下仍然可以繼續生長發育。

2.4 生防作用

鹽地堿蓬的優勢內生細菌是芽孢桿菌屬，具有明顯的抗菌活性，對植物病原真菌的菌絲體生長有一定的抑制作用[33]。堿蓬內生枯草芽孢桿菌對草酸青霉、橘灰青霉、串珠鐮孢菌、冬克青霉、茄病鐮孢菌等10種病原真菌均有良好的抑制效果，對草酸青霉菌菌絲干物質抑制率可達86.4%[34]。有研究發現芽孢桿菌還對鐮刀菌、紫青霉菌、白色念珠菌、稻瘟病菌、蘆筍莖枯病菌、玉米小斑菌、青枯病菌等多種植物病原真菌也有拮抗作用[35-36]。由此可見，堿蓬內生芽孢桿菌可以作為植物病原菌的生防菌。

3 鹽堿地改良

鹽堿地因其具有含鹽量高、堿化嚴重、養分貧瘠、易板結、透氣性差等特點，使得大多數植物和微生物難以生存，少數微生物因具有天然的耐鹽堿能力而得以生存。植物根圍是土壤—植物—微生物三者相互作用的一個特殊區域，植物根圍微生物是土壤中物質循環的動力，與土壤肥力、植物生長、土壤狀況等密切相關[37]。堿蓬對鹽堿地具有良好的適應性，是鹽堿地生物改良的理想材料，其根際土壤微生物在土壤改良過程中發揮著重要作用。

堿蓬是濱海鹽堿地和濱海地區常見的植物，是一種耐鹽性極強的鹽生植物，能改良濱海鹽漬土[38-39]，改善土壤質量，為微生物提供一個適宜的生存環境，增加微生物的種類和數量；堿蓬能有效降低鹽堿地的鹽含量，增加微生物群落結構多樣性[40]，有助于嗜鹽微生物在鹽堿土生物修復過程中發揮作用。林學政等[41]利用鹽地堿蓬對濱海鹽堿地進行生物修復，發現種植翅堿蓬區域根際土壤微生物種類和數量均高于相同地理環境裸地土壤微生物種類和數量，原因可能是這些翅堿蓬對鹽堿土壤有改良作用，也可能是翅堿蓬與其根際微生物相互作用促進降解微生物生長繁殖，從而促進了對鹽堿土壤的修復。芽孢桿菌和不動桿菌，在1.5 mol/L NaCl條件下仍可以生長，Na2CO3耐受性為50 mmol/L，最高pH耐受性為10[42]。蠟樣芽孢桿菌可增加生物膜的形成，降低Na+攝取，適應滲透壓的增加[43]，在鹽堿地生物修復中具有重要應用價值。鹽堿土壤是一類典型的極端環境，在極端環境下微生物可產生胞外多糖（EPS），EPS聚集陰離子與陽離子相互作用，對Na+的吸附能影響外環境pH改變[44]，達到改良鹽堿土的目的。因此，堿蓬內生中度嗜鹽菌有望為提高作物耐鹽性、改良鹽堿地提供新途徑及菌種資源。

4 展望

堿蓬屬植物具有極強的生命力，可大量生長于鹽堿地帶，堿蓬內生細菌可獲取植物生長所需的資源以及調節植物的生長發育。堿蓬內生細菌種類繁多，但大部分培養條件沒有被人們掌握。由于傳統的富集培養和平板培養等方法所能分離得到的微生物數量不超過總數的1%，導致所分離得到的堿蓬內生細菌十分有限，且大多無法進行培養鑒別。高通量測序是核酸測序以極低的單堿基測序成本和超高的數據產出量為特征，速度快和準確率高為特點，為基因組學和后基因組學研究提供了新的科研方法和解決方案。高通量是目前植物病原菌分子檢測的發展方向，隨著高通量測序技術的迅速發展，基因組測序通量更高，測序時間和成本逐漸下降，使其已普遍應用于微生物的基因組學研究，高通量測序技術能更加全面、準確、快速反映環境微生物群落結構。目前，對于鹽地堿蓬微生物的試驗研究多局限于純培養法的分離鑒定，若將高通量技術應用于堿蓬內生細菌的試驗研究中，可以充分了解到堿蓬不同組織內生細菌的多樣性。

現有的試驗研究中發現堿蓬內生細菌具有固氮作用對植物的生長發育起到促進作用，但具體固氮菌株種類尚未明確，還需繼續對具有固氮作用的堿蓬內生菌株進行分離鑒定。大部分對堿蓬內生細菌的研究主要集中于堿蓬內生細菌的促生作用，在堿蓬內生細菌的生防作用方面的研究較少，僅明確了堿蓬內生芽孢桿菌可以抵抗病原菌，但堿蓬內生菌的生防機理尚未明確。因此仍需對堿蓬內生細菌繼續進行研究，篩選出生防效果良好的菌株。

微生物修復鹽堿土壤環境是一項新型技術，與傳統的化學、物理等方法修復鹽堿土壤技術相比，處理成本低、處理方式多樣、對環境影響小，已經得到了廣泛應用。利用堿蓬改良鹽堿土仍然是研究重點，多數研究成果僅限于實驗階段，研究關鍵是篩選出能夠高效生物修復的菌株[37]。有研究發現巨大芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、假單胞菌屬的耐鹽性強，可以有效地改良鹽堿地[45]。但在堿蓬內生細菌修復鹽堿土的研究中，具有修復鹽堿土作用的菌株尚未明確，仍需繼續對堿蓬內生細菌進行試驗研究，篩選出對鹽堿地具有改良作用的菌株。

堿蓬是一種抗逆性極強適合在鹽地和海濱沙灘生存的鹽生植物，堿蓬內生細菌是極具利用價值和開發潛力的微生物資源，具有重要的理論意義和實際應用價值。從堿蓬不同組織中篩選培育出具有促生、防病蟲害、降解污染物、修復土壤等功能優良、安全、廣譜、穩定的菌株，將為綠色可持續發展農業做出巨大貢獻。