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桐花树(Aegiceras corniculatum (L.) Blanco)生长在海岸潮间带,其林带生境受潮水的周期性浸淹,有多变的盐度、高温和强紫外等特殊环境因素,由此也创造了丰富的微生物群落。植物内生固氮菌是指定殖于植物体内,不损害植物健康[1],并且能与宿主植物进行联合固氮的一类固氮微生物,属于植物微生态系统的天然组分。植物内生固氮菌于植物体内定殖,生活在植物细胞内、木质部导管、细胞间隙等部位,并进行固氮作用。内生固氮菌在植物体组织内占据着有利于营养供应与微环境适宜的生态位,可有效地拮抗许多病原微生物的生长[2],提高作物抗性,较根际、叶际等附生环境更有利于与植物形成高效的固氮体系,行使其固氮功能为宿主植物提供氮素,进而促进植物的生长和产量的提高,是一类应用前景广泛、尚待开发的微生物资源[3]。
本研究从湛江海滩桐花树根部取材,通过分离纯化固氮菌,分析其固氮能力,初步筛选出固氮能力较好的优良固氮菌,并对其培养条件进行了优化,旨在培育优良红树植物内生固氮菌、研制固氮菌剂,以期应用于红树林育苗造林的生产实践中,为沿海防护林体系建设提供理论依据,对保护红树林生态系统具有重要意义。
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通过Ashby无氮培养基选择分离培养后,从红树植物桐花树根部分离得到3株能在无氮培养基上生长的菌株,分别用A1、B1、C1表示。经过4代的分离纯化后,分别进行革兰氏染色,确定3种菌皆为革兰氏阴性菌(Gram negative bacillus)。通过凯氏定氮法筛选得到高效固氮能力的菌株A1(图1),其形态学特征:球状菌,乳白色,菌落圆形,表面光滑,湿润,边缘整齐。
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分离得到的菌株通过连续传代培养后,用微量凯氏定氮法测定菌体固氮量。由表1可知:所得菌株都具有一定的固氮能力,其中,菌株A1固定的氮量相对较高,达16.695 mg·L−1,且生长状况比其他2株好。综合评价细菌的固氮量和生长情况,筛选出高效菌株A1。
表 1 菌株的生长状况(OD600值)和固氮量
Table 1. The growth status of the strain (OD600 value) and the amount of nitrogen fixation
菌株
Strains平均OD600
Average OD600固氮量
N fixed/(mg.L−1)A1 0.051 ± 0.006 16.695 ± 0.448 B1 0.012 ± 0.003 10.899 ± 0.290 C1 0.015 ± 0.002 4.914 ± 0.236 -
pH值对菌株A1的生长影响显著(P < 0.05)(图2),菌株A1的pH值适应范围较广,在pH值5~9范围内其生长速率随pH值的增大呈先增大后减小的趋势,且培养24 h和48 h时菌株A1液体培养基的OD600吸光值都在pH值为7时达到最大值;在pH值为6~8内生长较好,且在pH值为6时(24 h,OD600吸光值为0.439;48 h,OD600
吸光值为1.012)比pH值为8时(24 h,OD600吸光值为0.320;48 h,OD600 吸光值为0.904)生长状况好,说明菌株A1是中性偏酸菌。 -
NaCl浓度对菌株A1的生长影响显著(P < 0.05)(图3)。菌株在0%~4%的NaCl浓度下均能生长,说明菌株对NaCl浓度有较广的适应性;在NaCl浓度为1%、2%时,菌株A124 h生长量OD600
吸光值分别为0.997和1.123,菌株A148 h生长量OD600吸光值分别为1.265和1.309。由此可见,该菌株的最佳NaCl浓度为2%,较为适宜的NaCl浓度为1%~2%。 -
温度对菌株A1生长的影响显著(图4,P<0.05)。菌株A1在20~36℃均可生长;在20~32℃时,随温度升高,菌株生长量逐渐增加;在32℃时,菌株A1生长量达到最大(24 h,OD600吸光值为1.318;48 h,OD600吸光值为1.666);在32℃之后,生长量开始下降。32℃为该菌的最佳生长温度,而它的最适温度为28~32℃。
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碳源对菌株生长的影响差异显著(图5,P<0.05)。菌株A1对各碳源乳糖、蔗糖、淀粉、葡萄糖、麦芽糖均能利用,生长普遍较好;培养24 h时,菌株对麦芽糖的利用率较高,生长量较大(OD600吸光值为1.587);48 h内,菌株对淀粉的利用率更高和持久,生长量达到最大(OD600吸光值为1.861),因此,长时间培养可用淀粉做其碳源。
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菌株A1的典型生长曲线见图6。菌株接种后,经过0~4 h的延迟期,在4~20 h进入了快速生长的对数期,20 h之后到达稳定期,维持12 h后,在32 h后开始进入缓慢的衰亡期。说明筛选出的菌株A1有一个完整的生长过程,包括了延迟期、对数期、稳定期和衰亡期,生长周期相对较长。
桐花树根部一株内生固氮菌的筛选及其培养特性研究
Screening of Endophytic Nitrogen Fixation Bacteria from Roots of Aegiceras corniculatum and Optimization of Their Culture Conditions
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摘要:
目的 为了解红树植物根部内生微生物的固氮功能和获得固氮能力较高的固氮菌,本实验从红树植物-桐花树根部组织分离纯化得到具有固氮能力的菌株。 方法 以Ashby无氮培养基为选择分离条件,从表面消毒的植物根部组织分离得到内生固氮菌,并通过凯氏定氮法检测菌株的固氮能力;采用单因素法优化培养条件,获得菌株典型生长曲线。 结果 实验筛选得到固氮能力较高的一株固氮菌A1,从形态学特征等方面进行研究,为革兰氏阴性菌,菌落圆形乳白色,菌株固氮量为16.695 mg·L−1,最适生长条件:温度32℃,pH值7,NaCl浓度2%,最适碳源淀粉。 结论 本实验为培育优良的红树植物内生固氮菌与研制高效固氮菌剂应用于生产实践提供理论依据。 Abstract:Objective To understand the nitrogen fixation function of the endophytic microorganisms in the roots of mangrove plants and obtain nitrogen-fixing bacteria with higher nitrogen fixation ability by isolating the nitrogen-fixing strains and purifying them from root tissues of mangrove plants. Method The Ashby nitrogen-free medium was selected as separation condition, and the endophytic nitrogen-fixing bacteria were isolated from surface of surface-sterilized plant roots, then the nitrogen-fixing ability of the strain was determined by Kjeldahl method. The monofactor method was used to optimize the culture conditions, and typical growth curve of strain was obtained. Result The results showed that a strain of nitrogen-fixing bacterium A1 with high nitrogen-fixing ability was selected as Gram-negative bacterium, and its colony was round milky white, the nitrogen fixation rate of the strain was 16.695 mg·L−1. Its optimum growth conditions were temperature 32°C, pH 7, NaCl concentration 2%, and the optimum carbon source was starch. Conclusion This experiment can provide a theoretical reference for the cultivation of excellent mangrove nitrogen-fixing bacteria and the development of high-efficiency nitrogen-fixing bacteria. -
Key words:
- endophytic nitrogen fixation bacteria
- / screen
- / culture characteristics
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表 1 菌株的生长状况(OD600值)和固氮量
Table 1. The growth status of the strain (OD600 value) and the amount of nitrogen fixation
菌株
Strains平均OD600
Average OD600固氮量
N fixed/(mg.L−1)A1 0.051 ± 0.006 16.695 ± 0.448 B1 0.012 ± 0.003 10.899 ± 0.290 C1 0.015 ± 0.002 4.914 ± 0.236 -
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