植物水浸液对根际解钾菌活性的影响

李丰超 尚祥 秦小萍

摘要 [目的]探索植物对其根际解钾菌解钾活性的影响。 [方法]从环境相似度较高的红壤生境选取6种植物，筛选根际解钾菌并以钾长石为底物进行摇瓶解钾试验。[结果]分离得到6株解钾菌，6株菌株经4 d摇瓶培养，基础培养基解钾量为（16.875±3.173）mg/L，加富培养基解钾量为（242.878 3±142.851）mg/L。[结论] 来源于不同种类植物根际土壤的解钾菌解钾能力不全相同，植物水浸液对相应根际解钾菌解钾能力有明显促进作用，植物水浸液与根际解钾菌协同解钾能力存在差异。

关键词 植物水浸液;解钾菌;根际

中图分类号 S154.36文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）13-0149-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.13.046

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Aqueous Extract of Plants on Activity of Potassiumsolubilizing Bacteria in Rhizosphere

Abstract [Objective] To explore the relationship between plants and potassiumsolubilizing bacteria in  rhizosphere.[Method] Potassiumlysing bacteria strains were screened from 6 plants which were selected from the red soil habitats with high environmental similarity，and test of potassiumdissolving were carried out using potassium feldspar as substrate. [Result] The amount of potassium was （16.875±3.173） mg/L in the basal medium and （242.878 3±142.851） mg/L in the rich medium after 4 days of culture in shake flasks cultured by 6 strains of potassiumdissolving bacteria which were isolated in rhizosphere. [Conclusion] The potassiumdissolving ability of potassiumdissolving bacteria derived from the different kinds of Rhizosphere is not the same. The aqueous extract of plant can promote the potassiumdissolving ability of potassiumdissolving bacteria in rhizosphere of corresponding. Synergistic ability of aqueous extract of plant and potassiumdissolving bacteria in rhizosphere of corresponding were differences.

Key words Aqueous extract of plant;Potassiumsolubilizing bacteria;Rhizosphere

基金項目 国家自然科学基金项目（31660541）。

作者简介 李丰超（1975—），男，河南新密人，讲师，硕士，从事环境微生物研究。*通信作者，副教授，博士，硕士生导师，从事植物源农药研究。

收稿日期 2019-02-19

植物[1-3]通过改变土壤生态系统的微生物组成、土壤酶活性和土壤养分，创造对自身生长有利的土壤环境，提高自身对土壤养分的利用能力，以保证其种群顺利繁殖，维持其竞争优势。植物种类被认为是土壤微生物变化的重要驱动力[4]。三叶鬼针草[5]对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、丛枝菌根真菌等土壤微生物具有较强的聚集能力，且其根际土壤聚集的微生物类群与该地植物种类密切相关。根际解钾菌[6-8]具有较高的解钾活性且对植物有促生作用。为了明确植物水浸液对根际解钾菌解钾活性的影响，笔者以云南农业大学后山红壤撂荒地天然植物群落中常见种（紫茎泽兰、鬼针、桉树幼苗、商陆、薹草、大蓟）为研究对象，分离筛选根际解钾菌，以相应的植物茎叶水浸液添加入培养基，分析发酵液钾含量对植物水浸液添加的响应，以揭示植物与根际解钾菌相互作用关系，为根际解钾菌的富集、解钾活性发掘提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 撂荒地红壤。

在云南农业大学后山撂荒地选取与所研究植物生境环境相似度[9]较高的10个地点，各采集约1 kg表层土壤样品（0～10 cm），自然风干后挑出砾石，然后用木棒研碎使全部通过孔径2 cm的土样筛。所有土样混合均匀后采用4分法获取代表性土样，筛分后测定级配及各粒径钾含量。

1.1.2 植物。

在云南农业大学后山撂荒地挑选长势异常茂盛的紫茎泽兰、薹草、桉树幼苗、大蓟、鬼针、商陆，收割茎叶后自然风干用于制备植物水浸液。

1.1.3 植物根际土壤样品。

将收割茎叶后的植株连根拔起，用抖落法收集须根间的根际土壤样品，自然风干后用于分离筛选根际解钾菌。

1.1.4 供试培养基。

①钾细菌富集及筛选培养基。

富集培养基：蔗糖5 g/L，10%Fecl3溶液5滴，Na2HPO4 2 g/L，MgSO4·7H2O 0.5 g/L，硅酸钾1 g/L，去离子水。筛选培养基：富集培养基+琼脂15 g/L。

②解钾能力测定培养基。

基础培养基：蔗糖5 g/L，10%FeCl3溶液5滴，Na2HPO4 2 g/L，MgSO4·7H2O 0.5 g/L，钾长石（K2O·Al2O3·6SiO2）粉（100目）2 g/L。加富培养基：基础培养基100 mL+5 mL植物茎叶水浸液。

③LB培养基[10]：胰蛋白胨10 g/L，酵母粉5 g/L，NaCl 0 g/L，琼脂15 g/L，去离子水1 000 mL，pH 7.2。

1.2 方法

1.2.1 根际高效解钾菌分离、筛选。

分别称取不同植物根际风干土样5 g，加入灭菌后的100 mL/250 mL富集培养基中，28 ℃、180 r/min摇床振荡培养7 d。

用灭菌去离子水以10倍稀释法依次配制10-1～10-6浓度梯度样液，取10-5、10-6 2个浓度梯度的样液100 μL，涂布于钾细菌筛选培养基平板，3次重复，28 ℃培养2 d左右。挑取圆形、透明、表面湿润黏稠的大型菌落，进行平板划线纯化，反复进行3次，同时用显微镜观察菌落纯度，直至获得纯培养。将纯化后的菌株接入100 mL钾细菌富集培养基，28 ℃、180 r/min摇床培养5 d后测定上清液钾浓度，筛选高效解钾菌。高效解钾菌株用LB斜面培养基4 ℃保存并標记。

1.2.2 植物水浸液制备。

分别称取各植物10 g茎叶风干样，用剪刀剪碎至1 cm×1 cm大小，加入75 mL去离子水，室温下（3～16 ℃）以120 r/min振荡24 h，3 000 r/min离心5 min后取上清液。

1.2.3 摇瓶解钾试验。

将6株纯化后的根际解钾菌接入100 mL灭菌后的解钾能力测定基础培养基中，28 ℃、180 r/min摇床扩大培养4 d后作为接种液。在250 mL锥形瓶中装入100 mL解钾能力测定培养基（基础或加富），在125 ℃下灭菌30 min，接种量5%，3次重复。摇床培养72 h后开始并间隔24 h停止振荡30 min后抽取上清液5 mL，采用火焰光度计法测定溶液中钾含量。

1.3 测定项目与方法

①硅酸钾、钾长石及土壤。

全钾采用氢氧化钠熔融法[11]浸提;速效钾采用中性乙酸铵溶液浸提，缓效钾采用热硝酸浸提[12];钾含量采用火焰光度计法测定。

②植物水浸液。

植物水浸上清液钾含量采用火焰光度计法测定。

③液态培养基。

摇床培养瓶静置沉淀后用灭菌吸量管吸取2 mL上清液，去离子水稀释后用火焰光度计法测定，解钾菌解钾能力分析时扣除所添加植物水浸液钾贡献。

1.4 数据分析

采用SPSS 21.0非参数分析中的Friedman检验进行K个相关样本检验，以检验根际解钾菌株来源对解钾能力的影响是否存在显著差异，若存在显著差异，再采用Wilcoxon检验进行两配对样本检验;采用非参数分析中的Wilcoxon检验对各菌株2种培养基构成的配对样本进行检验，以检验植物水浸液对根际解钾菌株解钾能力的影响是否存在显著差异。用Origin9.1制作图表。

2 结果与分析

2.1 钾含量

土壤、硅酸钾、钾长石钾含量见表1。由表1可知，土壤钾淋溶损失程度取决于土壤风化分解强度[13]，云南农业大学后山红壤撂荒地钾淋溶损失严重，钾素供应水平相对较低。紫茎泽兰、鬼针、桉树幼苗、商陆、薹草、大蓟水浸液钾含量分别为1 679.26、764.76、424.48、2 338.56、1 275.18、2 806.44 mg/L。在环境相似度极高的红壤生境中，植物茎叶水浸液钾浓度因植物种类不同而异，植物体内全钾含量差异可能与植物根际速效钾供应差异有关[14]。

2.2 根际高效解钾细菌的分离、筛选

从6种受试植物根际分别筛选出一株高效解钾菌，分别命名为KZ、KG、KA、KS、KT、KJ。其中，KA、KG菌株在钾细菌富集培养基摇床培养时，从第3天开始培养液变为乳白色黏稠状。商陆和鬼针根际初筛解钾菌菌落特征见图1。

2.3 各菌株发酵液钾浓度随培养时间变化特征

由图2可知，除基础培养基菌株KA、KG发酵液在第3天钾浓度低于初始浓度外，各菌株发酵液钾浓度均高于初始浓度;除基础培养基菌株KS发酵液钾浓度随培养时间延长持续增加外，各菌株发酵液钾浓度随培养时间呈上下波动，可能与解钾菌对钾的利用有关;各菌株2种培养基发酵液钾浓度随培养时间变化趋势不同，且添加植物水浸液后发酵液钾浓度更高。6株菌株经4 d摇瓶培养，基础培养基解钾量为（16.875±3173）mg/L，加富培养基解钾量为（242.878 3±142.851）mg/L。

采用Friedman检验对6株菌株基础培养基钾浓度进行分析，χ2=17.853，P=0.003<0.05，6株根际解钾菌解钾能力不全相同;采用Wilcoxon检验进行两两比较（检验水准α=0.050），菌株KA与KZ、KT、KJ、KS，菌株KG与KZ、KJ间存在统计学差异。采用Friedman检验对6株菌株加富培养基钾浓度进行分析，χ2=21.8，P=0.001<0.05，6株根际解钾菌在添加植物水浸液后解钾能力不全相同;采用Wilcoxon检验进行两两比较（检验水准α=0.050），除菌株KA、KT、KG间，菌株KS、KZ间不存在统计学差异外，其余菌株间均存在统计学差异。对6株菌株在2种培养基经4 d培养后钾浓度进行配对样本t检验，t=-3.919，P=0.011<0.05，表明添加植物水浸液4 d摇瓶培养后解钾量差别有统计学意义。

2.4 植物水浸液对解钾活性的影响

从图3可以看出，添加植物水浸液后发酵液钾浓度远高于对照，表明植物水浸液对根际解钾菌解钾活性影响较大。由图4可知，植物水浸液加剧了菌株间解钾能力差异，表明植物水浸液与相应根际解钾菌协同作用存在差异。

对各菌株基础与加富培养基钾浓度进行Wilcoxon检验，统计量Z=-2.023，P=0.043<0.05，说明植物水浸液添加前后培养液钾浓度差异具有统计学意义，表明植物水浸液对相应根际解钾菌解钾能力有明显促进作用。

3 结论

该研究结果表明，在环境相似度较高且钾素供应水平较低的红壤生境，植物茎叶水浸液钾浓度因植物种类不同而异，可能与植物根际速效钾供应差异有关;来源于不同种类植物根际土壤的解钾菌解钾能力不全相同，添加植物水浸液后培养基钾浓度显著升高，植物水浸液对相应根际解钾菌解钾能力有明显促进作用;植物水浸液加剧了菌株间解钾能力的差异，植物水浸液与相应根际解钾菌的协同解钾作用存在差异。

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