新疆鹽穗木根際耐鹽堿菌株生物學特性的初步研究

樊永紅，史長鑫，王 杰，陳曉欽，何曉東

（新疆大學生命科學與技術學院，新疆 烏魯木齊 830046）

近些年，隨著全球氣候的變化和經濟的快速發展，造成了生態、生活環境的改變，使土壤鹽堿化問題日益嚴重，已經成為一個世界性的問題。土壤鹽堿化和次生鹽堿化問題在世界范圍內廣泛存在，特別是在干旱和半干旱地區問題更為嚴重［1-2］。土壤退化和鹽漬化嚴重威脅著農作物的生長，且受害面積越來越廣泛，而鹽脅迫是非生物脅迫中影響最大的，會直接造成作物的產量顯著降低［3］。據統計世界上有超過6%的土地已經受到鹽脅迫的侵害，有20%的可耕地正在受鹽脅迫的威脅，并在不斷地擴大。我國也存在著大面積的鹽堿地，因為不合理的灌溉，過度使用化肥導致植被嚴重地受到人為破壞，鹽堿地每年都有增長的趨勢［4-6］。新疆地處歐亞大陸腹地，降雨量稀少，蒸發強烈，是我國最為干旱、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。由于新疆地處特殊的氣候條件和地理環境，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重影響本地農業生產和生態環境，隨著人們對土地的不合理開發利用和灌溉，可耕地的次生鹽堿化程度越來越高，限制了新疆農業的發展。如果能確實有效地改良和利用鹽堿土地，將有效提高本地農業生產的經濟效益、社會效益和生態效益。通過對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，研究其對鹽堿性的去除能力，來改善鹽堿地的鹽堿化程度，將為進一步研究其耐鹽堿的機制、研制生物治理鹽堿土壤的生物菌肥制劑產品等工作奠定基礎［7-9］。對改善鹽堿地的生態環境提供很好的理論基礎［10-11］，也將為本學科的發展提供理論依據。利用對環境無污染的生物手段提高作物的耐鹽性是可持續農業的發展趨勢，具有廣闊的發展前景。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗菌株

實驗所用菌株為本實驗室從和田地區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參考文獻［12］。

1.1.2 培養基

本實驗所用培養基均為牛肉膏蛋白胨培養基，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行活化，留待備用。

1.2.1 培養基的成分對菌株生長的影響

1.2.1.1 不同碳源對D8 菌株生長的影響 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基，接入D8 菌株，37℃下培養24 h 后測定其OD650，根據菌體生長情況確定碳源的影響。

1.2.1.2 不同氮源對D8 菌株生長的影響 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基，接入D8 菌株，37℃下培養24 h 后測定其OD650。根據菌體生長情況確定氮源的影響。

1.2.2 生長曲線的測定

配制鹽濃度為2%，pH 值為7.0 的牛肉膏蛋白胨液體培養基，將菌種接在培養基中，37℃，140 r/min 培養，每2 h 測一次650 nm 處吸光值，共測36 h，繪制生長曲線。

1.2.3 鹽堿去除實驗［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基，接入生長至對數期的菌液2 mL，37℃，140 r/min 培養，每隔4 h 測一次pH 值，并用硝酸銀測定一次氯離子濃度，共測48 h［12，14］。

1.2.4 不同初始pH 值對D8 菌株生長的影響

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基，接入D8菌株，37℃下培養24 h 后測定其OD650。

2 結果與分析

2.1 培養基成分對菌株生長的影響

2.1.1 不同碳源對D8 菌株生長的影響

由圖1 可以看出，D8 菌株對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的碳源，從實驗的結果可以看出，該菌株對蔗糖的利用率最高，對乳糖的利用最低。

圖1 不同碳源對D8 菌株生長的影響

2.1.2 不同氮源對D8 菌株生長的影響

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

圖2 不同氮源對D8 菌株生長的影響

2.2 生長曲線的測定

從圖3 中可以看出，D8 菌株在前8 h 生長比較緩慢，從8 h 開始進入對數生長期，到26 h 達到對數生長期的后期并基本進入穩定期；由于處于對數生長的細胞生長繁殖速度快和分裂周期短，菌體酶系活躍，代謝旺盛，所以在后續的研究中采用對數生長期的細胞為后續實驗材料。

2.3 D8 菌株鹽堿去除率實驗

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

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，方差分析的結果顯示，各組數值之間并無明顯差異（P＞0.05），所以可以認為在整個過程中鹽濃度無明顯變化。

圖5 D8 菌株降鹽效果

2.4 不同的初始pH 值對D8 菌株生長的影響

由圖6 可以看出，D8 菌株具有較強的耐堿性能，pH 值8、9 皆為適宜其生長的pH 值，到達pH值11 時，菌株的生長受到極大地抑制。

圖6 不同初始pH 值對D8 菌株生長的影響

3 結論與討論

3.1 實驗結論

本文所測試的生物學特性主要為培養基成分對菌株生長的影響，從實驗的結果可以看出，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 菌株對氮源的偏好較為狹窄，其在選擇對比的幾個氮源中，對蛋白胨表現出了明顯的偏好性；同時對菌株的生長曲線進行了測定，實驗結果顯示D8 菌株在前8 h 生長比較緩慢，從8 h 開始進入對數生長期，到26 h 達到對數生長期的后期并基本進入穩定期；后續進行了鹽堿去除實驗，實驗結果表明D8 菌株降pH 值性能在接入培養基初期效果非常明顯，在28 h 時達到降pH 值最高值，這與菌株的生長曲線基本符合，隨后pH 稍有回升的趨勢，這可能與菌后期的活性降低有一定的關系，從D8 菌株降鹽的結果可以看出，整個過程中鹽濃度無明顯變化。從不同初始的pH 值濃度實驗結果可以看出，D8 菌株具有較強的耐堿性能，pH 值8、9 皆為適宜其生長的pH 值，pH 值到達11 時，菌株的生長受到極大地抑制。

3.2 討論

本文對D8 菌株的生物學特性進行了初步地實驗分析，該菌株分離于鹽堿環境較為嚴重的植物鹽穗木的根際土壤中，該菌株有較強的耐鹽堿性能，并且有一定的降pH 值能力，其降鹽堿能力同其生長周期密切相關，分析原因可能是細菌在其生長過程中吸收環境中氫氧根離子從而使pH 值有所降低，當細菌死亡后，細胞壁的通透性改變，存在于細菌體內的氫氧根離子又重新回到環境中。后續實驗可以加強這部分的研究，來更好地解釋pH 值變化的原因以及該菌能耐受高鹽高堿環境的根本原因。之后可以做生物發酵的實驗，也可以提取有用的目的基因進行轉基因實驗，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農產品的方法。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和實踐依據，為土壤鹽堿化的生物治理提供新的思路和方法。