蠟樣芽胞桿菌對馬鈴薯莖稈降解試驗研究

王建鳳 徐粲然 田沛雨 楊 寧 李永國

（1.棗莊市山亭區農業技術推廣中心 山東棗莊277200；2.清華大學化學工程系 北京100084；3.棗莊市山亭區綠色生態服務發展中心 山東棗莊277200；4.棗莊市農業農機技術推廣中心 山東棗莊277800）

棗莊市位于山東省南部，屬于溫帶大陸性季風氣候，有利于馬鈴薯春秋兩茬栽培，常年種植面積穩定在80余萬畝，主要分布在滕州市界河鎮、山亭區城頭鎮、薛城區周營鎮、嶧城區陰平鎮、臺兒莊區泥溝鎮，農戶種植經濟效益顯著。近年來，棗莊市大力開展國家可持續試驗示范區創建，實行農業減肥行動，馬鈴薯作為棗莊市重要的糧蔬飼作物，綠色高效栽培技術不斷被農民接受、推廣、應用。但是，馬鈴薯收獲后的莖稈成為污染環境、浪費資源的一個難題，不符合我國農業可持續發展的要求。鑒于此，筆者通過土壤環流馴化裝置，從馬鈴薯種植土壤中篩選與強化，得到對馬鈴薯莖稈具有快速降解作用的土著微生物菌株，實現馬鈴薯莖稈的快速腐熟，達到馬鈴薯莖稈資源化利用，為相同生態種植區馬鈴薯莖稈利用提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 主要儀器設備

天平用于精確稱量各類試劑及藥品；培養箱主要用于實驗室微生物的培養，為微生物的生長提供一個適宜的環境；循環流化床用于篩選菌株；高壓蒸汽滅菌鍋在進行無菌操作前需要將操作器皿、培養基等進行滅菌后才能使用，確保達到無菌；培養皿用于放置培養基，培養微生物，為微生物的繁殖提供營養物質；超凈工作臺實現微生物的接種及處理時的無菌操作。

1.2 微生物培養基配制

一是配制無機鹽培養基。稱量硫酸銨1.0 g、磷酸氫二鉀0.5 g、磷酸二氫鉀0.5 g、硫酸鎂0.2 g，溶解于1000 mL去離子水中，在121℃環境中滅菌15 min。二是配制LB液體培養基。稱量酵母粉0.5 g、氯化鈉1.0 g、蛋白胨1.0 g，溶解于100 mL去離子水，在121℃環境中滅菌15 min。三是配制PDA液體培養基。稱量馬鈴薯浸出粉0.3 g、葡萄糖2.0 g，溶解于100 mL去離子水，在121℃環境中滅菌15 min。

1.3 菌株篩選

2018年11 月，室外采集的土壤樣品，通過土壤環流馴化法對所需功能微生物進行篩選。稱取200 g土壤與10 g馬鈴薯莖段放入循環流化床內，底部放入4層紗布。將1500 mL經過121℃滅菌15 min的無機鹽液體培養基隨蠕動泵抽入流化床，蠕動泵轉速為170 r/min，氣泵排氣量為2 L/min，每隔一段時間向流化床中補給培養基溶液。每隔2 d取環流液100μL，取得樣品分別稀釋102、104、106、108倍，各取100μL分別涂布在LB與PDA固體培養基上，放置在30℃恒溫箱中培養。

從混合菌株中挑取的單一菌落，進行劃線分離提純，經過多次分離純化后得到單一菌株，剔除生長較慢且易染菌的菌株后，總共篩選得到6個菌株，其中4株細菌、2株真菌（圖1）。

圖1 分離純化后的菌株

2 試驗驗證與菌種鑒定

2.1 試驗驗證

2019年5 月，選取腐爛程度較低的馬鈴薯莖，切成2.5 cm左右的小段（葉基本腐爛，未加入），放入裝有土壤的50 mL三角瓶中，同時加入2 mL菌液，用土覆蓋，每個試驗組3次重復，不加菌的作為空白對照組。定期補充水分，以維持土壤濕度。7 d后挖出馬鈴薯莖觀察腐熟程度。

圖2（a）為未降解的馬鈴薯莖段，呈鮮綠色，木質素外殼與內部纖維素連接緊密。7 d后將空白對照組和分別加入6株供試菌株的試驗組中的馬鈴薯莖挖出，用清水沖洗干凈，觀察馬鈴薯莖的降解效果。由圖2（b）可以看出，細菌對馬鈴薯莖的腐熟效果較好，真菌P-5和P-6與空白組CK無明顯差別，均只腐熟了一部分馬鈴薯莖內部的纖維素。各菌株對馬鈴薯莖的腐熟程度由高到低依次為：P-2>P-1>P-4>P-3≈P-5≈P-6≈CK。其中，菌株P-2對馬鈴薯莖稈的降解效果最好，馬鈴薯莖的內部纖維素被完全降解，只剩余部分木質素外殼。

2.2 菌種鑒定

對上述所篩選并分離純化的菌株進行了DNA測序，菌株P-2為一株蠟樣芽胞桿菌（Bacillus cereus）。蠟樣芽胞桿菌廣泛存在于空氣、塵埃、土壤、水及植物和腐敗有機物上，能產生抗逆性內生芽孢，是土壤中的優勢菌，有利于促進植物根際生長、提高作物抗病能力等，屬于目前研究比較多的植物根際促生菌。

3 結論與討論

3.1 結論

從馬鈴薯種植地塊中篩選到一株蠟樣芽胞桿菌的降解菌，該菌株對馬鈴薯莖稈的降解效果較好，7 d后馬鈴薯莖的內部纖維素被完全降解，只剩余部分木質素外殼，該菌株的篩選為馬鈴薯莖稈腐熟還田技術的研究奠定了基礎。

3.2 討論

3.2.1 為馬鈴薯秸稈綜合利用提供有效支撐 馬鈴薯莖稈腐熟還田技術能夠推動秸稈資源循環利用和多種生產要素的有效轉化，大大加速秸稈的腐爛分解，提高農作物秸稈資源化利用效率，推動馬鈴薯莖稈肥料化利用，作為一個主導的方向，實現農業的循環發展。

3.2.2 實現農業的資源化利用 馬鈴薯莖稈腐熟還田技術可以增加土壤中有機質的含量，改善土壤的理化性質，形成更加合理的團粒結構，調節土壤的pH，增加土壤中有益微生物菌群的數量，增強土壤的蓄水保肥能力，減少化肥的使用量，形成更加健康的土壤，提高作物的產量和品質，實現農業綠色化與生態化。

3.2.3 有利于建設美麗宜居鄉村 馬鈴薯莖稈腐熟還田技術還能夠有效解決馬鈴薯莖稈亂堆放、隨意焚燒問題，減少對大氣、土壤、水等環境的污染，有利于馬鈴薯莖稈集中處理，為鄉村環境整治節約資金開支，有利于構建更加美麗宜居的新鄉村。

3.2.4 創新馬鈴薯莖稈多元開發方式 蠟樣芽胞桿菌作為馬鈴薯莖稈分解腐熟還田的一種微生物，對于微生物菌群的識別需要進一步擴大試驗研究，在大田中開展規模更大的試驗研究，得到更具說服力的結論，同時開展菌株的篩選研究，獲取更多種有益微生物菌群；在馬鈴薯莖稈的利用方面，馬鈴薯莖稈分解腐熟還田作為一種方式，需要肥料化、飼料化等更多利用方式的結合，最終達到綜合高效的利用效果。

3.2.5 做好莖稈還田配套技術措施 在馬鈴薯莖稈腐熟還田過程中，莖稈腐熟要充分、徹底，保證能夠徹底殺滅病菌，防止肥料帶菌帶毒入地。如開展馬鈴薯莖稈直接還田，需要做好相關的配套技術措施，增施微生物菌劑，調理土壤殺滅病菌，增加土壤中微生物菌群的數量，提高作物的產量與品質。