羊草根际促生菌的分离筛选及促生作用研究

doi:10.11686/cyxb2020321

草业学报 ›› 2021, Vol. 30 ›› Issue (1): 59-71.DOI: 10.11686/cyxb2020321

羊草根际促生菌的分离筛选及促生作用研究

漫静¹^,²^,³(), 唐波²^,³, 邓波¹(), 李佳欢¹, 何玉娟¹, 张佳良¹

^1.中国农业大学草业科学与技术学院，北京 100193
^2.中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室，北京 100093
^3.中国科学院大学资源与环境学院，北京 100049

收稿日期:2020-07-07 修回日期:2020-09-07 出版日期:2021-01-20 发布日期:2021-01-08
通讯作者: 邓波
作者简介:Corresponding author. E-mail: dengbo@cau.edu.cn
漫静（1993-），女，甘肃环县人，在读博士。E-mail: manjing@ibcas.ac.cn
基金资助:
国家重点研发计划“典型脆弱生态修复与保护研究专项：北方草甸退化草地治理技术与示范”（呼伦贝尔退化草甸草原综合治理技基金项目:术与模式“2016YFC0500603”)资助

Isolation， screening and beneficial effects of plant growth-promoting rhizobacteria （PGPR） in the rhizosphere of Leymus chinensis

Jing MAN¹^,²^,³(), Bo TANG²^,³, Bo DENG¹(), Jia-huan LI¹, Yu-juan HE¹, Jia-liang ZHANG¹

^1.College of Grassland Science and Technology，China Agricultural University，Beijing 100193，China
^2.State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change，Institute of Botany，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100093，China
^3.College of Resources and Environment，University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China

Received:2020-07-07 Revised:2020-09-07 Online:2021-01-20 Published:2021-01-08
Contact: Bo DENG

摘要/Abstract

摘要：

植物根际促生菌（PGPR）是定殖在植物根际并且能够促进植物生长发育的一类有益细菌，本研究从不同地区的羊草根际分离筛选具有固氮、溶磷、分泌ACC脱氨酶和分泌生长素（IAA）能力的PGPR菌株，以期为研发PGPR为主的微生物肥料提供菌种资源。本研究从黑龙江兰西、内蒙古锡林浩特和呼伦贝尔3个地区共分离到20株具有固氮酶活性的固氮菌株，固氮酶活性范围为8.71~11.63 nmol C₂H₄·mL^-1·h^-1。通过PKO无机磷培养基和蒙金娜有机磷培养基从3个地区筛选出的溶磷圈直径与菌落直径比值（D/d值）大于1.5的溶解无机磷的PGPR和溶解有机磷的PGPR分别有26和36株，其溶磷量范围分别为7.08~82.71 μg·mL^-1和1.56~32.48 μg·mL^-1。筛选出60株具有ACC脱氨酶活性的PGPR菌株，酶活性范围为0.04~64.31 μmol α-KA·mg^-1 Pr·h^-1。挑选上述固氮酶活性较高、溶磷能力较强及ACC脱氨酶活性较高的39株PGPR菌株进行分泌IAA能力测定，结果表明这39株PGPR均具有分泌IAA的能力，分泌量范围为3.27~48.97 μg·mL^-1。通过初步试管接种试验，本研究筛选出两株菌株HPS14和XPR2，可促进羊草生长。与对照［株高、地上和地下生物量分别为（22.2±0.58） cm，（0.0461±0.0069） g和（0.0038±0.0007） g］相比，接种菌株HPS14后羊草的株高、地上和地下生物量分别增加了49.0%，89.2%和243.1%；接种菌株XPR2后羊草的株高、地上和地下生物量分别增加了16.8%，28.9%和240.0%。经16S rRNA基因序列比对鉴定，这两株菌分别属于Inquilinus ginsengisoli和Phyllobacterium loti。本研究结果可为后续PGPR微生物肥料的研制提供菌种资源和理论依据。

关键词: 羊草, 植物根际促生菌, 固氮菌, 溶磷菌, ACC脱氨酶

Abstract:

Plant growth-promoting rhizobacteria （PGPR） are a category of beneficial bacteria which colonize the plant rhizosphere and promote plant growth and development. In this study， PGPR strains with the capacity for nitrogen fixation， phosphate solubilization， ACC deaminase activity and IAA production were isolated and screened from the rhizosphere of Leymus chinensis in different regions， with a view to providing PGPR resources for the development of microbial fertilizers. Twenty strains possessing high nitrogenase activities （range 8.71 to 11.63 nmol C₂H₄·mL^-1·h^-1） were isolated from Lanxi， Xilinhot and Hulun Buir. Twenty six inorganic phosphorus solubilizing bacterial strains with ratios of the diameter of phosphate-solubilizing halo to colony diameter （D/d values） greater than 1.5 were identified. For these， the range of phosphate solubilization was 7.08-82.71 μg·mL^-1. Thirty six organic phosphorus solubilizing bacteria with D/d values greater than 1.5 were also isolated with the range of phosphate-solubilization being 1.56-32.48 μg·mL^-1. Sixty PGPR strains with ACC deaminase activities were screened and the range of activities observed were 0.04-64.31 μmol α-KA·mg^-1Pr·h^-1. Thirty nine PGPR strains with high activities of nitrogenase， phosphate-solubilizing ability and ACC deaminase activity were further selected for determination of IAA production. The results showed that all 39 PGPR strains in this selection had the ability to secrete IAA， with the secretion amounts ranging from 3.27 to 48.97 μg·mL^-1. Two strains （HPS14 and XPR2） which were observed to increase height and aboveground and belowground biomass of Leymus chinensis were screened out in an in vitro experiment. Compared with control plants （not inoculated with PGPR）， the height， and aboveground and belowground dry weight of Leymus chinensis in a treatment inoculated with a PGPR strain named HPS14 were increased by 49.0%， 89.2% and 243.1%， respectively； and for plants inoculated with a PGPR strain named XPR2 were increased by 16.8%， 28.9% and 240.0%， respectively. 16S rRNA showed that these two strains belong to the species Inquilinus ginsengisoli and Phyllobacterium loti， respectively. These strains could be used for the development of microbial fertilizer.

Key words: Leymus chinensis, plant growth-promoting rhizobacteria, nitrogen fixing bacteria, phosphorus solubilizing bacteria, 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid deminase

漫静, 唐波, 邓波, 李佳欢, 何玉娟, 张佳良. 羊草根际促生菌的分离筛选及促生作用研究[J]. 草业学报, 2021, 30(1): 59-71.

Jing MAN, Bo TANG, Bo DENG, Jia-huan LI, Yu-juan HE, Jia-liang ZHANG. Isolation， screening and beneficial effects of plant growth-promoting rhizobacteria （PGPR） in the rhizosphere of Leymus chinensis[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2021, 30(1): 59-71.

图/表 9

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菌株编号 Strains	筛选地区 Screening areas	根际部位 Parts of rhizosphere	D/d值 D/d values	溶磷量Phosphate-solubilizing ability (μg·mL^-1)	菌株编号 Strains	筛选地区 Screening areas	根际部位 Parts of rhizosphere	D/d值 D/d values	溶磷量Phosphate-solubilizing ability (μg·mL^-1)
XPN1	XLHT	NRS	1.77±0.25abcde	31.35±3.74fg	HPS4	HLBE	RS	1.61±0.14bcde	30.44±2.34fg
XPN3	XLHT	NRS	1.77±0.15abcde	18.82±3.51h	HPS10	HLBE	RS	1.52±0.02e	52.51±1.28c
XPS1	XLHT	RS	1.62±0.07bcde	18.99±4.23h	HPS11	HLBE	RS	1.59±0.12bcde	20.66±1.77h
XPS7	XLHT	RS	1.73±0.07abcde	14.14±2.00hi	HPS14	HLBE	RS	2.06±0.12abcd	36.42±2.16ef
XPR1	XLHT	RP	1.52±0.05e	78.37±5.35a	HPS15	HLBE	RS	1.72±0.06bcde	82.71±6.23a
XPR2	XLHT	RP	1.56±0.15cde	40.71±4.73de	HPR1	HLBE	RP	1.60±0.12bcde	80.62±1.10a
XPH3	XLHT	HP	1.89±0.11abcde	50.23±0.59cd	HPR2	HLBE	RP	2.08±0.34abc	41.32±3.08de
XPH4	XLHT	HP	1.60±0.10bcde	48.98±1.83cd	HPR3	HLBE	RP	1.71±0.12bcde	22.52±0.93gh
HPN1	HLBE	NRS	1.57±0.03cde	51.29±1.71c	HPR6	HLBE	RP	1.53±0.03de	69.12±3.35b
HPN14	HLBE	NRS	1.61±0.06bcde	41.56±4.69de	HPH1	HLBE	HP	2.10±0.26ab	15.44±2.11hi
HPN15	HLBE	NRS	1.55±0.10cde	51.19±2.56c	HPH6	HLBE	HP	2.11±0.31ab	14.10±1.50hi
HPN17	HLBE	NRS	1.73±0.13abcde	14.53±1.46hi	HPH11	HLBE	HP	1.65±0.12bcde	14.67±4.22hi
HPN18	HLBE	NRS	1.70±0.05bcde	18.45±1.40h	HPH12	HLBE	HP	2.23±0.15a	7.08±1.49i

菌株编号 Strains	筛选地区 Screening areas	根际部位 Parts of rhizosphere	D/d值 D/d values	溶磷量Phosphate-solubilizing ability (μg·mL^-1)	菌株编号 Strains	筛选地区 Screening areas	根际部位 Parts of rhizosphere	D/d值 D/d values	溶磷量Phosphate-solubilizing ability (μg·mL^-1)
XPN1	XLHT	NRS	1.77±0.25abcde	31.35±3.74fg	HPS4	HLBE	RS	1.61±0.14bcde	30.44±2.34fg
XPN3	XLHT	NRS	1.77±0.15abcde	18.82±3.51h	HPS10	HLBE	RS	1.52±0.02e	52.51±1.28c
XPS1	XLHT	RS	1.62±0.07bcde	18.99±4.23h	HPS11	HLBE	RS	1.59±0.12bcde	20.66±1.77h
XPS7	XLHT	RS	1.73±0.07abcde	14.14±2.00hi	HPS14	HLBE	RS	2.06±0.12abcd	36.42±2.16ef
XPR1	XLHT	RP	1.52±0.05e	78.37±5.35a	HPS15	HLBE	RS	1.72±0.06bcde	82.71±6.23a
XPR2	XLHT	RP	1.56±0.15cde	40.71±4.73de	HPR1	HLBE	RP	1.60±0.12bcde	80.62±1.10a
XPH3	XLHT	HP	1.89±0.11abcde	50.23±0.59cd	HPR2	HLBE	RP	2.08±0.34abc	41.32±3.08de
XPH4	XLHT	HP	1.60±0.10bcde	48.98±1.83cd	HPR3	HLBE	RP	1.71±0.12bcde	22.52±0.93gh
HPN1	HLBE	NRS	1.57±0.03cde	51.29±1.71c	HPR6	HLBE	RP	1.53±0.03de	69.12±3.35b
HPN14	HLBE	NRS	1.61±0.06bcde	41.56±4.69de	HPH1	HLBE	HP	2.10±0.26ab	15.44±2.11hi
HPN15	HLBE	NRS	1.55±0.10cde	51.19±2.56c	HPH6	HLBE	HP	2.11±0.31ab	14.10±1.50hi
HPN17	HLBE	NRS	1.73±0.13abcde	14.53±1.46hi	HPH11	HLBE	HP	1.65±0.12bcde	14.67±4.22hi
HPN18	HLBE	NRS	1.70±0.05bcde	18.45±1.40h	HPH12	HLBE	HP	2.23±0.15a	7.08±1.49i

菌株编号 Strains	筛选地区 Screening areas	根际部位 Parts of rhizosphere	D/d值 D/d values	溶磷量Phosphate-solubilizing ability (μg·mL^-1)	菌株编号 Strains	筛选地区 Screening areas	根际部位 Parts of rhizosphere	D/d值 D/d values	溶磷量Phosphate-solubilizing ability (μg·mL^-1)
LMR3	LX	RP	2.18±0.20abc	21.26±0.16defg	HMN9	HLBE	NRS	2.47±0.18ab	24.53±1.55cde
XMN2	XLHT	NRS	1.63±0.39c	21.61±2.71defg	HMN11	HLBE	NRS	1.82±0.47abc	3.87±0.71j
XMN4	XLHT	NRS	1.53±0.19c	4.98±1.07j	HMN13	HLBE	NRS	1.53±0.24c	15.63±2.21hi
XMS1	XLHT	RS	1.96±0.04abc	26.70±0.60bcd	HMN15	HLBE	NRS	1.85±0.10abc	4.19±0.78j
XMS3	XLHT	RS	2.08±0.17abc	26.70±0.82bcd	HMN16	HLBE	NRS	2.60±0.12a	19.54±4.39efgh
XMS8	XLHT	RS	2.11±0.36abc	5.49±1.10j	HMN17	HLBE	NRS	2.20±0.35abc	16.48±3.06ghi
XMS9	XLHT	RS	2.08±0.17abc	1.88±0.28j	HMS1	HLBE	RS	2.02±0.38abc	3.49±1.07j
XMS11	XLHT	RS	2.00±0.10abc	22.06±0.22defg	HMS6	HLBE	RS	1.93±0.19abc	2.98±0.96j
XMS12	XLHT	RS	1.68±0.08bc	23.78±0.35cdef	HMS7	HLBE	RS	2.12±0.06abc	25.13±0.34cde
XMS15	XLHT	RS	2.22±0.20abc	31.19±2.05ab	HMS19	HLBE	RS	1.66±0.30bc	12.34±2.31i
XMS16	XLHT	RS	1.67±0.10bc	22.48±2.97def	HMR1	HLBE	RP	1.61±0.20c	29.29±0.18abc
XMH1	XLHT	HP	2.03±0.14abc	1.99±0.16j	HMR2	HLBE	RP	1.75±0.14bc	6.58±2.70j
HMN2	HLBE	NRS	1.72±0.15bc	18.44±0.56fgh	HMH3	HLBE	HP	1.86±0.10abc	21.69±0.35defg
HMN3	HLBE	NRS	1.61±0.20c	32.48±4.34a	HMH11	HLBE	HP	2.05±0.29abc	1.99±0.14j
HMN5	HLBE	NRS	1.60±0.21c	5.91±0.22j	HMH14	HLBE	HP	1.67±0.04bc	1.85±0.14j
HMN6	HLBE	NRS	1.88±0.44abc	4.26±1.55j	HMH17	HLBE	HP	1.93±0.10abc	1.56±0.18j
HMN7	HLBE	NRS	1.70±0.25bc	1.92±0.31j	HMH21	HLBE	HP	1.55±0.23c	22.23±3.35def
HMN8	HLBE	NRS	1.93±0.15abc	3.28±0.97j	HMH22	HLBE	HP	1.98±0.26abc	3.13±0.74j

菌株编号 Strains	筛选地区 Screening areas	根际部位 Parts of rhizosphere	D/d值 D/d values	溶磷量Phosphate-solubilizing ability (μg·mL^-1)	菌株编号 Strains	筛选地区 Screening areas	根际部位 Parts of rhizosphere	D/d值 D/d values	溶磷量Phosphate-solubilizing ability (μg·mL^-1)
LMR3	LX	RP	2.18±0.20abc	21.26±0.16defg	HMN9	HLBE	NRS	2.47±0.18ab	24.53±1.55cde
XMN2	XLHT	NRS	1.63±0.39c	21.61±2.71defg	HMN11	HLBE	NRS	1.82±0.47abc	3.87±0.71j
XMN4	XLHT	NRS	1.53±0.19c	4.98±1.07j	HMN13	HLBE	NRS	1.53±0.24c	15.63±2.21hi
XMS1	XLHT	RS	1.96±0.04abc	26.70±0.60bcd	HMN15	HLBE	NRS	1.85±0.10abc	4.19±0.78j
XMS3	XLHT	RS	2.08±0.17abc	26.70±0.82bcd	HMN16	HLBE	NRS	2.60±0.12a	19.54±4.39efgh
XMS8	XLHT	RS	2.11±0.36abc	5.49±1.10j	HMN17	HLBE	NRS	2.20±0.35abc	16.48±3.06ghi
XMS9	XLHT	RS	2.08±0.17abc	1.88±0.28j	HMS1	HLBE	RS	2.02±0.38abc	3.49±1.07j
XMS11	XLHT	RS	2.00±0.10abc	22.06±0.22defg	HMS6	HLBE	RS	1.93±0.19abc	2.98±0.96j
XMS12	XLHT	RS	1.68±0.08bc	23.78±0.35cdef	HMS7	HLBE	RS	2.12±0.06abc	25.13±0.34cde
XMS15	XLHT	RS	2.22±0.20abc	31.19±2.05ab	HMS19	HLBE	RS	1.66±0.30bc	12.34±2.31i
XMS16	XLHT	RS	1.67±0.10bc	22.48±2.97def	HMR1	HLBE	RP	1.61±0.20c	29.29±0.18abc
XMH1	XLHT	HP	2.03±0.14abc	1.99±0.16j	HMR2	HLBE	RP	1.75±0.14bc	6.58±2.70j
HMN2	HLBE	NRS	1.72±0.15bc	18.44±0.56fgh	HMH3	HLBE	HP	1.86±0.10abc	21.69±0.35defg
HMN3	HLBE	NRS	1.61±0.20c	32.48±4.34a	HMH11	HLBE	HP	2.05±0.29abc	1.99±0.14j
HMN5	HLBE	NRS	1.60±0.21c	5.91±0.22j	HMH14	HLBE	HP	1.67±0.04bc	1.85±0.14j
HMN6	HLBE	NRS	1.88±0.44abc	4.26±1.55j	HMH17	HLBE	HP	1.93±0.10abc	1.56±0.18j
HMN7	HLBE	NRS	1.70±0.25bc	1.92±0.31j	HMH21	HLBE	HP	1.55±0.23c	22.23±3.35def
HMN8	HLBE	NRS	1.93±0.15abc	3.28±0.97j	HMH22	HLBE	HP	1.98±0.26abc	3.13±0.74j

菌株编号 Strains	筛选地区 Screening areas	根际部位 Parts of rhizosphere	ACC脱氨酶活性 ACC deaminase activity	菌株编号 Strains	筛选地区 Screening areas	根际部位 Parts of rhizosphere	ACC脱氨酶活性 ACC deaminase activity	菌株编号 Strains	筛选地区 Screening areas	根际部位 Parts of rhizosphere	ACC脱氨酶活性 ACC deaminase activity
LAN8	LX	NRS	14.10	LAH34	LX	HP	13.50	HAS2	HLBE	RS	16.17
LAR1	LX	RP	11.87	XAN9	XLHT	NRS	21.76	HAS10	HLBE	RS	0.94
LAH7	LX	HP	1.97	XAN11	XLHT	NRS	3.57	HAS13	HLBE	RS	26.28
LAH9	LX	HP	24.42	XAS2	XLHT	RS	4.12	HAS14	HLBE	RS	7.02
LAH14	LX	HP	14.08	XAS3	XLHT	RS	11.05	HAS15	HLBE	RS	0.42
LAH15	LX	HP	28.40	XAS4	XLHT	RS	5.13	HAR4	HLBE	RP	27.01
LAH17	LX	HP	8.55	XAS5	XLHT	RS	3.25	HAR5	HLBE	RP	13.05
LAH18	LX	HP	12.38	XAS6	XLHT	RS	12.03	HAR7	HLBE	RP	64.31
LAH19	LX	HP	8.39	XAS9	XLHT	RS	33.12	HAR9	HLBE	RP	21.46
LAH20	LX	HP	7.19	XAS11	XLHT	RS	1.35	HAR11	HLBE	RP	6.44
LAH21	LX	HP	3.74	XAS12	XLHT	RS	22.11	HAR12	HLBE	RP	12.70
LAH22	LX	HP	0.04	XAS13	XLHT	RS	9.10	HAR13	HLBE	RP	10.62
LAH23	LX	HP	12.54	XAS15	XLHT	RS	4.06	HAR15	HLBE	RP	11.64
LAH25	LX	HP	28.92	XAS18	XLHT	RS	4.92	HAR20	HLBE	RP	21.09
LAH27	LX	HP	1.98	XAS19	XLHT	RS	14.61	HAR21	HLBE	RP	12.80
LAH28	LX	HP	8.18	XAS20	XLHT	RS	11.29	HAR22	HLBE	RP	15.43
LAH29	LX	HP	36.43	XAR1	XLHT	RP	7.93	HAR23	HLBE	RP	20.83
LAH31	LX	HP	14.14	XAR2	XLHT	RP	0.30	HAR24	HLBE	RP	8.44
LAH32	LX	HP	2.92	XAH11	XLHT	HP	9.68	HAR28	HLBE	RP	12.09
LAH33	LX	HP	13.95	XAH12	XLHT	HP	0.47	HAR29	HLBE	RP	8.43

羊草根际促生菌的分离筛选及促生作用研究

Isolation， screening and beneficial effects of plant growth-promoting rhizobacteria （PGPR） in the rhizosphere of Leymus chinensis

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菌株编号 Strains	IAA分泌量 IAA production	菌株编号 Strains	IAA分泌量 IAA production	菌株编号 Strains	IAA分泌量 IAA production
LNR24	12.94±0.86fg	XMS15	8.18±0.19hijk	HPR3	5.55±0.21ijkl
LMR3	48.97±3.56a	XMS16	7.74±1.03ijkl	HPR6	4.86±0.38jkl
XPN3	4.11±0.07kl	XMH1	39.02±2.91b	HPH6	4.99±0.26jkl
XPS1	14.68±2.06ef	HPN14	4.18±0.38kl	HPH11	5.61±0.41ijkl
XPR1	7.45±1.33ijkl	HPN15	4.71±0.44jkl	HMN2	3.27±0.18l
XPR2	42.05±3.13b	HPN17	19.88±0.12d	HMN3	6.12±0.34ijkl
XPH3	10.04±2.16ghi	HPN18	4.36±0.41kl	HMN9	5.60±0.51ijkl
XPH4	17.25±1.25de	HPS10	19.02±2.13d	HMN13	5.55±0.21ijkl
XMN2	7.55±0.63ijkl	HPS11	12.27±1.91fgh	HMN16	5.42±0.51ijkl
XMS1	8.76±1.02ghijk	HPS14	5.38±0.10ijkl	HMN17	5.57±0.27ijkl
XMS3	5.43±0.30ijkl	HPS15	4.48±0.64jkl	HMS7	6.69±0.38ijkl
XMS11	31.79±2.46c	HPR1	7.30±1.75ijkl	HMS19	17.12±2.00de
XMS12	9.18±1.48ghij	HPR2	6.01±0.08ijkl	HMR2	6.08±0.06ijkl

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