CN110684683A - 一种解淀粉芽孢杆菌、菌剂和应用 - Google Patents

一种解淀粉芽孢杆菌、菌剂和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于微生物菌剂技术领域,公开了一种解淀粉芽孢杆菌、菌剂和应用,解淀粉芽孢杆菌保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏号为CCTCC M 2018428。本发明可有效提高玉米抗盐碱胁迫的能力,有效降低玉米根际pH为玉米根系提供低于环境本身的低pH环境,pH为8.5情况下,当加入解淀粉芽孢杆菌后玉米植株体内抗氧化物质含量显著高于不加菌组,从而提高玉米应对盐碱胁迫的能力,促进玉米生长,分离筛选的解淀粉芽孢杆菌YM6菌株能提高玉米对碱胁迫的抵抗能力,通过提出一种更为经济环保的利用微生物与植物相互作用提高作物应对逆境胁迫能力的方法,提高了盐碱地作物产出。

Description

一种解淀粉芽孢杆菌、菌剂和应用
技术领域
本发明属于微生物菌剂技术领域,尤其涉及一种解淀粉芽孢杆菌、菌剂和应用。
背景技术
目前,最接近的现有技术:近年来,微生物技术在盐碱土壤修复中的应用得到不断重视和加强,并主要集中在微生物增强植物耐盐碱性的研究方面。已有研究发现,耐盐碱微生物可以改善植物根际环境,减轻盐分对作物生长的抑制作用,增加盐碱地作物产出,达到改良盐碱土壤的目的。目前现有盐碱地改良菌种包括枯草芽孢杆菌、固氮菌、菌根真菌、荧光假单保菌等。上述微生物作用均可在一定程度上提高盐碱土壤植被的成活率与保存率,对长期改良盐碱土壤、恢复土壤理化特性、重构盐碱土壤生态环境起到重要作用。但多数菌株对于盐碱较为敏感、并存在发酵条件不易控制、发酵成本高等特点。盐碱地中有机质不足、人工外源微生物易流失是以微生物为主体的修复技术面临的首要问题。微生物菌肥是一种良好的固定化基质,其表面含有的羰基、羧基等官能团为微生物生长提供了附着位点;同时,微生物菌肥也可以调控土壤微环境的理化性质,提高土壤中空气和水分固持能力,增加土壤的阳离子交换量,增强土壤保肥能力。在农业生产中,运用微生物菌肥还可以有效解决盐碱地土壤农作物产量低的问题。然而,利用养殖废弃物制备微生物菌肥,并将微生物菌肥投加到盐碱土壤中的研究报道较少,本发明运用低成本发酵原料发酵产生高成本产出。盐碱土是盐土和碱土以及各种盐化、碱化土壤的统称。据教科文及国际粮农组织的不完全统计,全世界的盐碱地面积约占近7.6%的陆地面积,每年给世界的粮食生产造成严重的损失,并严重影响到地区的生态平衡。在我国,次生盐渍化农田占耕地总面积的10%,日渐成为限制我国农业发展的主要因素。据专家预测,到2020年,我国的粮食作物増长水平比现有水平提高1.5倍上才能适应社会需求,而我国目前耕地的面积和质量面对挑战压力巨大。
土壤盐碱化是当前农业生产的重要胁迫因素之一,盐碱土改良利用长期以来是一个长期的、复杂的系统工程,是现代农林业所关注的重大问题,也是全球退化土地治理领域的热点问题之一。盐碱土作为中国重要的土地资源和农业资源,其开垦利用是增加土地资源的储备,保障粮食安全的有效措施。目前,盐碱土改良利用措施主要有化学措施、水利措施、生物措施、农业工程措施和种植耐盐作物等。通过化学、物理和物理化学方法进行修复存在费用过高、效果慢、存在二次污染等诸多问题,因此通过微生物与植物相互作用来增强植物的耐盐碱性进而达到对盐碱土的改善这一措施更为迫切。
现有技术多为物理化学改良,成本高,且效果较为短,容易产生返盐现象,不能从根本上解决问题;现相关产品多依靠化肥农药调节盐碱度,菌体自身仅起到疏松土壤作用;盐碱地种植作物多依靠复合菌肥,长期使用易造成菌群失调,影响产品效果,综上所述,现有盐碱土改良措施工程量大,效率低,农业生产成本高。水利改良是利用水利工程措施对灌溉水和地下水进行调控,以降低土壤水中的含盐量,进而达到改良盐碱地的目的。具体方式有:明沟排水、井灌井排、灌溉冲洗、放淤改良、膜下滴灌、地下渗管排盐等。水利改良本着“盐随水来,盐随水去”的原则,通过严格控制水源、输水、灌水及排水条件,有助于盐碱地的改良。其缺点是工程量大,成本高。物理改良盐碱地措施有合理深耕、平整土地、加填客土、地表覆盖等。这几种方法是从改善土壤水、气、热状况来达到改良盐碱地的目的。利用了不同的地面覆盖方式,即地膜、细沙、秸秆,对新垦盐碱地改研究,发现不同的材料和覆盖方式均有显著的增产效果,这三种材料对盐碱地的抑盐、增产效果由好到坏顺序为:地膜全覆盖、细沙、秸秆。物理改良盐碱地成本较小,对环境基本无污染,但返盐风险大。盐碱地中可以施用化学改良剂来降低盐分含量,常用的盐碱地化学改良剂有石膏、磷石膏、亚硫酸钙、黑矾、风化煤、糠醛渣、NPK增效剂(营养型酸性土壤改良剂)、康地宝土壤改良剂、钠离子吸附剂等。化学改良盐碱地见效快,成果显著,但同时也存在着高成本和潜在的环境污染问题。
综上所述,现有技术存在的问题是:现有盐碱土改良措施工程量大,效率低,农业生产成本高。
解决上述技术问题的意义:微生物菌肥作为现阶段的一种新型肥料,应用广泛,由于其富含多种活性微生物,能够通过微生物的生命活动改良盐碱地的土壤成分和营养环境,充分发掘盐碱地的潜在肥力,将盐碱地改良为可耕地,减轻耕地压力。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种解淀粉芽孢杆菌、菌剂和应用。
本发明是这样实现的,一种解淀粉芽孢杆菌,所述解淀粉芽孢杆菌的保藏号为CCTCC M 2018428。
本发明的另一目的在于提供一种所述解淀粉芽孢杆菌在提高盐碱地玉米耐盐碱能力中的应用。
本发明的另一目的在于提供一种包含所述解淀粉芽孢杆菌的菌剂。
本发明的另一目的在于提供一种所述菌剂在提高盐碱地玉米耐盐碱能力中的应用,所述提高盐碱地玉米耐盐碱能力中的应用包括:
第一步,解淀粉芽孢杆菌YM6经过种子罐和发酵罐培养;
第二步,得到解淀粉芽孢杆菌发酵液,解淀粉芽孢杆菌发酵液喷施或者拌种使用。
综上所述,本发明的优点及积极效果为:本发明提出一种解淀粉芽孢杆菌 YM6及其应用,在不改变原有土壤理化性质的前提下,添加解淀粉芽孢杆菌,提高作物应对盐碱胁迫的能力,更为经济环保。
本发明可有效提高玉米抗盐碱胁迫的能力,有效降低玉米根际pH为玉米根系提供低于环境本身的低pH环境,同时可以为盐碱胁迫作用下的玉米生长提供必要的营养元素如多肽类、氨基酸类、有机酸等,促进玉米生长,实验基础验证表明本实验室分离筛选的解淀粉芽孢杆菌YM6菌株能提高玉米对碱胁迫的抵抗能力,田间实验验证表明当加入解淀粉芽孢杆菌后,通过土壤理化性质检测,土壤中可溶性磷含量、氮含量较不加菌组有明显提高,并且土壤中微生物多样性显著增加,解决了现有盐碱土改良措施工程量大,效率低,农业生产成本高的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的解淀粉芽孢杆菌YM6、菌剂和应用
图2是本发明实施例提供的本发明实验数据统计图。
图3是本发明实施例提供的实验实物对比图。
图4是本发明实施例提供的盐碱土盆栽试验示意图;
图中:(a)第10天生长状况;(b)第20天生长状况。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种解淀粉芽孢杆菌、菌剂和应用,下面结合附图对本发明作详细的描述。
本发明的解淀粉芽孢杆菌YM6,保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏号为CCTCCM 2018428。生物材料的分类命名为:Bacillus amyloliquefaciens strain YM6,保藏该生物材料样品的单位全称为:中国典型培养物保藏中心,地址为:中国·武汉·武汉大学,保藏日期为:2018年07月02日,保藏编号为:CCTCC NO:M2018428。
本发明的提高盐碱地玉米耐盐碱能力的菌剂,含有根据解淀粉芽孢杆菌 YM6。
如图1所示,本发明实施例提供的提高盐碱地玉米耐盐碱能力的方法包括以下步骤:
S101:解淀粉芽孢杆菌YM6经过种子罐和发酵罐培养;
S102:得到解淀粉芽孢杆菌发酵液,解淀粉芽孢杆菌发酵液喷施或者拌种方法应用于田间提高盐碱地玉米耐盐碱能力。
下面结合实验对本发明的技术效果作详细的描述。
1、实验方法:
玉米幼苗在不同盐浓度下生长情况。
2、种子萌发:
选取约200粒饱满无损伤的玉米种子置于500mL于60℃温水中浸泡到水温自然降至室温为止,取出玉米种子,用75%酒精浸泡5s去除种子表面张力,再 0.1%HgCl表面消毒40s,再用无菌水冲洗4-7次。置于0.8%水琼脂培养皿内,于25℃黑暗条件下培养2-3d,萌发备用。
3、盐胁迫实验:
a、CK0处理:无盐胁迫,即正常条件下的玉米对照;
b、实验组:盐胁迫,即不同浓度盐胁迫条件下的玉米生长为实验组;
每个处理设置3个重复(培养瓶),每个重复种植4株玉米苗。所有处理均放置于光照培养箱(25℃,16h光照与18℃,8h黑暗)中培养,光照强度 2000Lx。培养14d至玉米幼苗生长明显区别后统计玉米的根长、根数、根鲜重、根干重等生长指标。
4、盐胁迫条件下微生物对提高玉米幼苗耐盐性能的情况。
将催芽后的玉米幼苗种植于含有不同盐浓度的植物营养液培养瓶中,取 YM6菌株接种于玉米幼苗根系,培养14d后观察玉米幼苗生长差异。
a、CK0处理:无盐胁迫、不接种实验菌株即正常生长状况下玉米幼苗为空白对照组;
b、CK1处理:有盐胁迫、不接种实验菌株;
c、实验组:梯度盐胁迫、分别接种实验菌株,接种浓度为1×108cfu/ml,接种量为20ul/瓶。
每个处理设置3个重复,所有处理均放置于光照培养箱光照强度 15000Lux(25℃,16h光照与18℃,8h黑暗)中培养。待长到14d,植株有明显差异后统计玉米幼苗的株高、根长、茎粗等指标。
5、盐渍土土培条件下YM6菌株对玉米植株生长的影响。
取田间盐渍土,测定盐浓度为0.75%,将玉米种子种植于盐渍土中并添加 YM6菌株,接种浓度为1×108cfu/ml,接种量为1mL/盆为实验组,以无盐育苗土(盐分0.01%)为空白对照记为CK0,以盐渍土不加菌组为对照组记为CK1。每隔30d记录玉米植株生长情况。
6、YM6菌株在玉米根系下定殖实验。
将催芽后的玉米幼苗种植于含有盐浓度为75mmol/L的植物营养液培养瓶中,取YM6菌株接种于玉米幼苗根系,观察菌YM6在玉米根系定植能力。
a、实验组:将催芽后的玉米苗进入浓度为1×108cfu/ml的菌悬液中10min 后于种植于盐浓度为75mmol/L无菌植物营养液中,统计12d营养液中菌数变;
b、CK处理组:将YM6菌株接入到盐浓度为75mmol/L的无菌植物营养液中,设置为对照组。
统计10d实验组玉米根系上菌数、混合液中菌数;对照组营养液中菌数 (×106CFU)。
图2表示盐碱土(盐分0.45%,pH8.5)盆栽条件下,第30天,与第60天玉米生长效果,其中CK0表示:空白对照组(盐分0.001%,pH7.3);CK1表示:盐碱土盆栽不接菌组;YM6表示:盐碱胁迫加菌组。
对于菌株YM6的研究中发现该菌属于环境友好型菌株,不影响益生菌的数量,但可以降低病原菌的数量,实验验证,该菌不仅可提高玉米应对盐碱胁迫的能力对其他植物如小麦,萝卜、白菜、空心菜等等C3、C4类植物均有作用,主要特点为作用范围广。
近年来,为满足植物生长和农林业产品增收的需要,肥料的使用量不断增加,加上农民不合理地使用肥料,给生态环境带来了很多困扰,而芽孢杆菌具有天然性,不破坏环境且具有许多优良的特点,如:繁殖速度快,可以产生孢子适应不良环境,还可以通过拮抗作用或产生代谢产物来抑制病原菌,这些优点,使芽孢杆菌具有十分重要的经济价值。
微生物与植物的相互作用可以改良盐碱土:首先植物的根系分泌物可以为微生物提供碳源,促进微生物代谢;其次微生物的代谢作用可以为植物提供矿质营养,增加土壤肥力,促进植物生长。
解淀粉芽孢杆菌YM6在降低盐碱胁迫对玉米影响方面发挥重要作用,实验基础验证表明本实验室分离筛选的解淀粉芽孢杆菌YM6菌株(Bacillus amyloliquefaciens YM6)能提高玉米对碱胁迫的抵抗能力。
在水培实验中pH8.5盐分0.45%的盐碱胁迫条件下,接种YM6菌株的玉米幼苗株高增加15.2%、根长增加37.1%,植株干重增加21.1%。
在盐碱土(盐分0.4%,pH8.5)盆栽实验中接种YM6菌株的玉米株高比未接种的玉米增加37.8%,植株干重增加43.9%。
实验还发现YM6菌株能够在玉米根系定殖,实验结果表明YM6菌株可有效缓解碱胁迫对玉米的不利影响,在盐碱地玉米种植上具有潜在的应用价值。
解淀粉芽孢杆菌对病原菌的抑制作用作为农业生产上的生物防治调节剂,解淀粉芽孢杆菌能产生具有广谱抗菌活性的次生代谢产物,是用来增加作物产量、维护生态环境和农业生态系统的首选生物药剂。
植物病虫害是影响粮食生产和生态环境稳定的最主要威胁,B.velezensis、产生的次生代谢产物对病原菌、产生广谱抗性,甚至可以通过产生IAA、NH3 和ACC脱氨酶来促进植物生长,因此,B.velezensis在提高粮食产量、品质和生物农药开发应用上潜力巨大,B.velezensis来源于植物根际、土壤、植物内部、河流等各种生态环境,从植物根际分离的大部分解淀粉芽孢杆菌可以在植物根部定殖,对抑制病原菌起着重要作用。
解淀粉芽孢杆菌解淀粉芽孢杆菌(Bacillus velezensis)是芽孢杆菌属的一个种,在农业生产上有促进植物生长和抵御病原微生物作用,具有广谱抗菌活性,是开发生物药剂潜力较大的微生物。
本发明可促进玉米生长,实验基础验证表明本实验室分离筛选的解淀粉芽孢杆菌YM6菌株能提高玉米对碱胁迫的抵抗能力,田间实验验证表明当加入解淀粉芽孢杆菌后,通过土壤理化性质检测,土壤中可溶性磷含量、氮含量较不加菌组有明显提高,并且土壤中微生物多样性显著增加,实验结果验证表明在盐浓度为0.45%,pH为8.5情况下,当加入解淀粉芽孢杆菌后玉米植株体内抗氧化物质含量显著高于不加菌组,提高玉米应对盐碱胁迫的能力,促进玉米生长,实验基础验证表明本实验室分离筛选的解淀粉芽孢杆菌YM6菌株能提高玉米对碱胁迫的抵抗能力,通过提出一种更为经济环保的利用微生物与植物相互作用提高作物应对逆境胁迫能力的方法,解决了现有盐碱土改良措施工程量大,效率低,农业生产成本高的问题。
YM6促进玉米耐盐碱机理:根系作为最先感知盐碱胁迫的器官,其结构完整性与生存环境直接影响地上部分茎叶的生理形态,盐碱胁迫条件下菌株YM6 与玉米互作改善植物根际微环境,增加根际土壤微生物多样性,调节根际营养结构增加土壤有机质含量,缓解盐碱胁迫对根的损伤,通过增加玉米根系抗氧化物质含量对玉米根系应对逆境能力提高,通过实验证明,当加入菌株YM6后与盐碱胁迫不加菌对比,根尖细胞线粒体,液泡,质壁分离,细胞核形态、胞间连丝等均发生改变,细胞完整性明显增加。通过实验测定,根系抗氧化物质如:抗氧化物歧化酶,过氧化氢酶,总抗氧化物酶等抗氧化酶活性显著提高 (p<0.05),并且氧化物质如:H2O2等氧化性物质含量显著降低,同时脯氨酸,蛋白质等提高植物抗逆性的物质含量均有不同程度提高。
菌株YM6属于芽孢杆菌,在受到严重威胁自身生长的环境条件下可产生芽孢应对不良环境,当环境得到改善又可以迅速产生菌体发挥作用,实验验证表明菌株YM6应对盐碱能力分别为盐分11%,pH 11.0,超强的应对盐碱能力使菌体能稳定发挥作用,通过定殖实验验证表明,菌株YM6可稳定定殖与盐碱土环境中,时间长稳定性好是其发挥作用的关键。
下面结合试验对本发明的技术效果作详细的描述。
为了验证本发明的解淀粉芽孢杆菌微生物土壤修复剂在盐碱土壤上的应用效果,在玉米上施用解淀粉芽孢杆菌,对玉米出苗率、产量和收益进行了分析。
现将田间试验结果报告如下:
1材料与方法
1.1试验地点与土壤
试验地位于宁夏银川市西夏区南梁农产四队。供试田为中低产田,常年种植玉米往年最高产量为483kg/亩左右,土壤为灌淤土。试验前取土样分析结果如下:土壤有机质含量12.3g/kg,pH值8.35,盐度0.46g/kg,全氮0.62mg/kg,碱解氮65.3mg/kg,有效磷14.2mg/kg,速效钾90mg/kg。
1.2供试作物
供试玉米品种为“金圣玉658”玉米品种。
1.2供试肥料
供试的解淀粉芽孢杆菌土壤修复剂产品含有效活菌数≥2亿个/g。
1.3试验设计
本试验采用大区对比法,设三个大区,处理1区为20亩,处理2区为20 亩,对照区面积为40亩,地力水平基本同等条件,试验地周围设保护行。
处理1(常规施肥):控释肥48%(31-13-4)40公斤/亩。
处理2(常规施肥+解淀粉芽孢杆菌菌剂):解淀粉芽孢杆菌菌剂3公斤/ 亩+控释肥48%(31-13-4)40公斤/亩。
处理3(基质处理):解淀粉芽孢杆菌菌剂灭活后基质3公斤/亩+控释肥48% (31-13-4)40公斤/亩。
1.4试验实施
用菌剂拌种,4日机械播种,玉米种植一般采取宽窄行播种,行距(45+90) /2cm,株距20cm,单株留苗,每亩约4000-4600株夏,玉米由于基肥不足的问题,必须要进行追肥。追肥时将肥料埋在距玉米植株根部10~15cm左右的垄沟处。一般追肥时可以施用10kg尿素和5kg钾肥,玉米穗期要做好田间亩追施氮肥20kg,,病害防治:蚜虫高发季节,则可以使用氯氟氰菊酯稀释液来集中杀灭蚜虫,立枯病高发季节,则可以用恶霉灵进行防治。玉米穗期要进1~2次的灌溉以保证其顺利生长,9月29日收穗脱粒。
2结果
2.1对玉米出苗率的影响
通过试验调查,处理1的出苗率为73%,处理2的出苗率为92%,处理3 的出苗率为79%;
2.2对玉米生物学性状的影响
种结果表明(表1),早稻施用了解淀粉芽孢杆菌微生物土壤修复剂拌种处理的平均亩产量,与常规施肥处理、基质处理比较均有提高。说明玉米施用解淀粉芽孢杆菌微生物土壤修复剂拌种对轻中度盐碱地玉米的亩产量影响。
表1不同施肥处理玉米产量对照(kg/亩)
Figure RE-GDA0002305708360000101
施用解淀粉芽孢杆菌微生物土壤修复剂拌种处理产量最高,比常规施肥增产114.64公斤/亩,增产幅度为23.36%,差异达到显著水平;和基质处理相比较增产82.99公斤/亩,增产幅度为15.88%,差异达到显著水平。
2.5不同施肥处理经济效益分析
表2不同施肥处理的效益对比表
Figure RE-GDA0002305708360000102
注明:按玉米价格1.87元/公斤,控释肥按2元/公斤算。
解淀粉芽孢杆菌微生物土壤修复剂拌种的处理,种植收益比常规施肥多 184.38元/亩,比基质处理多155.19元/亩。
3结论
3.1施用解淀粉芽孢杆菌微生物土壤修复剂拌种的玉米比常规施肥增产 114.64公斤/亩,增产幅度为23.36%,差异达到显著水平;和基质处理相比较增产82.99公斤/亩,增产幅度为15.88%,差异达到显著水平。
3.2施用解淀粉芽孢杆菌微生物土壤修复剂拌种的处理,种植收益比常规施肥多184.38元/亩,比基质处理多155.19元/亩。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种解淀粉芽孢杆菌,其特征在于,所述解淀粉芽孢杆菌的保藏号为CCTCC M2018428。
2.一种如权利要求1所述解淀粉芽孢杆菌在提高盐碱地玉米耐盐碱能力中的应用。
3.一种包含权利要求1所述解淀粉芽孢杆菌的菌剂。
4.一种如权利要求3所述菌剂在提高盐碱地玉米耐盐碱能力中的应用,其特征在于,所述提高盐碱地玉米耐盐碱能力中的应用包括:
第一步,解淀粉芽孢杆菌YM6经过种子罐和发酵罐培养;
第二步,得到解淀粉芽孢杆菌发酵液,解淀粉芽孢杆菌发酵液喷施或者拌种使用。
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