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云南苍山芽胞杆菌多样性研究

郑梅霞, 朱育菁, 刘波, 王阶平, 陈峥, 潘志针, 刘国红

郑梅霞, 朱育菁, 刘波, 王阶平, 陈峥, 潘志针, 刘国红. 云南苍山芽胞杆菌多样性研究[J]. 福建农业学报, 2019, 34(1): 104-116. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2019.01.015
引用本文: 郑梅霞, 朱育菁, 刘波, 王阶平, 陈峥, 潘志针, 刘国红. 云南苍山芽胞杆菌多样性研究[J]. 福建农业学报, 2019, 34(1): 104-116. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2019.01.015
ZHENG Mei-xia, ZHU Yu-jing, LIU Bo, Wang Jie-ping, CHEN Zheng, PAN Zhi-zhen, LIU Guo-hong. Microbial Diversity of Bacillus Community in Soils at Cangshan, Yunnan[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2019, 34(1): 104-116. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2019.01.015
Citation: ZHENG Mei-xia, ZHU Yu-jing, LIU Bo, Wang Jie-ping, CHEN Zheng, PAN Zhi-zhen, LIU Guo-hong. Microbial Diversity of Bacillus Community in Soils at Cangshan, Yunnan[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2019, 34(1): 104-116. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2019.01.015

云南苍山芽胞杆菌多样性研究

基金项目: 

国家自然科学基金项目 31370059

详细信息
    作者简介:

    郑梅霞(1986-), 女, 硕士, 助理研究员, 研究方向:微生物生物技术(E-mail:zhengmeixia2005@163.com)

    通讯作者:

    朱育菁(1972-), 女, 博士, 研究员, 研究方向:农业生物药物与生物防治的研究(E-mail:zyjingfz@163.com)

    刘波(1957-), 男, 博士, 研究员, 研究方向:微生物生物技术与农业生物药物研究(E-mail:liubofaas@163.com)

  • 中图分类号: Q938

Microbial Diversity of Bacillus Community in Soils at Cangshan, Yunnan

  • 摘要:
      目的  了解芽胞杆菌资源多样性,为芽胞杆菌功能资源挖掘和菌剂开发奠定基础。
      方法  从云南苍山采集土壤10份,涂布法分离芽胞杆菌,采用16S rRNA基因同源性进行鉴定。
      结果  分离获得了75株芽胞杆菌,5个属、19个种,分别属于芽胞杆菌属Bacillus的14个种、类芽胞杆菌属Paenibacillus的2个种、赖氨酸芽胞杆菌属Lysinibacillus的1个种、嗜冷芽胞杆菌属Psychrobacillus的1个种和短芽胞杆菌属Brevibacillus的1个种。根据分离频度分析得知,云南苍山土壤中的芽胞杆菌优势菌群为韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis、图瓦永芽胞杆菌B.toyonensis、假蕈状芽胞杆菌B.pseudomycoides和解木糖赖氨酸芽胞杆菌Lysinibacillusxylanilyticus,其他种类分布极其不均匀。苍山路边土壤中的芽胞杆菌的Margalef、Simpson、Shannon、Pielou、Brillouin和Macintosh指数较高,可能与其不受植物影响相关。韦氏芽胞杆菌、图瓦永芽胞杆菌和解木糖赖氨酸芽胞杆菌等3个种在3个生境的土壤中均有分离到,Margalef、Simpson、Shannon、Pielou、Brillouin和Macintosh指数较高,与生境相关性小。根据数量和分离频度对芽胞杆菌种类进行聚类,19个种的芽胞杆菌种类可分为4类。
      结论  苍山土壤中蕴藏着丰富芽胞杆菌种类和数量,多样性高,具有很大的开发潜力。
    Abstract:
      Objective  To search for new resources as well as information gathering, a survey on the distribution and diversity and a sample collection of Bacillus-like species was conducted in Cangshan, Yunnan.
      Method  Bacillus-like bacteria were isolated from the soil samples and preliminarily identified based on their 16S rRNA gene sequences.
      Result  A total of 75 isolates were obtained from 10 soil samples and identified as 19 species belonging to 5 genera within family Bacillaceae. They included 14 Bacillus species, two Paenibacillus species, one Lysinibacillus species, one Psychrobacillus species and one Brevibacillus species. According to an isolation frequency analysis, the dominant bacteria in the region were B. weihenstephanensis, B. toyonensis, B. pseudomycoides and L. xylanilyticus. The remainders were extremely unevenly distributed among the samples. The high Margalef, Simpson, Shannon, Pielou's, Brillouin and Macintosh indices found in the Bacillus from the roadside soils might indicate that the effect by the plants was not significant. B. weihenstephanensis, B. toyonensis and L. xylanilyticus were isolated from all three sites and had high Margalef, Simpson, Shannon, Pielou, Brillouin and Macintosh indices, but no significant correlation with the sites. Based on the average quantification and frequency cluster analysis, these 19 Bacillus-like species could be divided into 4 groups.
      Conclusion  Cangshan area appeared to have Bacillus-like bacteria in large number with great diversity for further exploitation.
  • 【研究意义】红双喜(Double Delight)月季,为蔷薇科蔷薇属木本花卉,月季经典品种, 芳香型月季之首,适应性强,耐寒耐旱。其常以盆栽或鲜切花出售,亦可提取精油,在医药等方面也有重要的作用,且在园林绿化、园林造景等方面的应用极为广泛,具有很高的经济价值和观赏价值,深受人们喜爱,市场需求量大。因此,开展红双喜月季组织培养快繁技术的研究有利于种质资源保存、加快繁殖速度,以达到工厂化生产,满足市场需求的同时,亦可为精油的提取及其他方面研究提供原材料。【前人研究进展】近年来,关于月季组织培养已有不少报道[1-5],有关红双喜月季组织培养报道多集中于继代增殖培养,如李启任[6]、高彩云[7]等均对红双喜月季增殖培养进行了研究。【本研究切入点】目前关于红双喜月季组织培养完整体系报道较少,未对各培养阶段进行系统的研究,尤其鲜见对移栽基质研究的报道。另外,本课题组的前期研究发现,取材、生长环境不同导致红双喜月季组织培养条件存在差异。为此,对红双喜月季初代培养、继代增殖、生根培养、炼苗移栽阶段关键影响因素进行相关研究。【拟解决的关键问题】本研究通过茎段直接诱导丛生芽途径,研究各培养阶段最佳培养条件,建立红双喜月季组培快繁技术,为大规模生产提供依据。

    以2017年5月取自白山基地月季品种红双喜为试验材料,选取当年生未木质化茎段中部为外植体进行组织培养。试验前阶段在吉林农业大学园艺学院园林生物技术实验室进行,移栽阶段在吉林农业大学设施基地园林实践基地温室内进行。

    用剪刀剪去外植体叶片和皮刺,将茎段用稀释过的洗洁精浸泡5 min,期间不断震荡,再放到流水下冲洗45 min后装入烧杯备用。在超净工作台上,用75%的酒精对外植体灭菌15、30、45 s,无菌水冲洗4~5遍,用0.1%的升汞灭菌4、5、6、7 min,再用无菌水冲洗5~6遍。将处理好的外植体接种到MS培养基上,每个处理接种30个外植体,3次重复,30 d后统计、计算污染率及死亡率。

    按L9(34)正交表设计3因素3水平正交试验[8](基本培养基:MS、B5、WPM;6-BA:1.00、2.00、3.00 mg·L-1;NAA:0.10、0.20、0.30 mg·L-1)。将消毒后的外植体,接种到1~9号的培养基中(附加30 g·L-1蔗糖,pH值调至5.8~6.0,下同),每个处理接种30个外植体,3次重复。放至培养室培养[光照强度2 000 lx,光照时间14 h·d-1,温度(25±2)℃]30 d后统计、计算诱导率。

    采用随机区组设计[8]进行2因素4水平试验,将初代培养得到的无菌苗接种到MS培养基上,附加不同浓度6-BA(0.50、1.00、1.50、2.00 mg·L-1)与IBA(0.10、0.20、0.30、0.40 mg·L-1),每个处理接种30个无菌苗,3次重复,30 d后统计、计算增殖系数。

    将生长健壮的组培苗分别接种在MS、1/2MS、1/4MS、1/6MS培养基(附有0.10 mg·L-1 IBA)上,进行生根培养,以选出最适基本培养基。在此基础上分别添加不同浓度NAA(0.05、0.10、0.15 mg·L-1)、IBA(0.05、0.10、0.15 mg·L-1)进行培养。在上述最佳生根培养基上,添加不同浓度活性炭(0、1.50、2.00、2.50、3.00 g·L-1)进行生根培养,每个处理接种30个无菌苗,3次重复,30 d后统一计算生根率、平均根数、平均根长。

    按L9(34)正交表设计4因素3水平正交试验[8](V细沙:0、1、2;V蛭石:1、2、3;V珍珠岩:1、2、3;V椰糠:0、1、2),选择组培苗高于3.00 cm,根系未老化的植株在温室中炼苗5 d后移栽于不同基质中,每个处理20棵组培苗,浇透水覆盖上塑料进行保湿,给予一定的光照条件,每天中午通风,在温室中培养30 d后观察植株的生长情况,统计成活率。

    采用SPSS20.0进行方差分析和多重比较,各指标计算公式如下:

    污染率%=污染的外植体数/接种的外植体总数×100%;死亡率%=死亡的未污染的外植体数/接种的外植体总数×100%;诱导率%=诱导出芽外植体总数/接种外植体总数×100%;增殖系数=切出有效芽总数/接种芽数;成活率%=成活苗数/移栽苗数× 100%;平均根长=总根长/总根数;平均根数=生根苗总根数/生根苗数;生根率%=生根苗数/接种苗数× 100%。

    分析表 1中数据可知,随着酒精、升汞消毒时间的增加,茎段污染率有所下降,但与此同时其死亡率也随之升高。虽处理A11、A12的茎段污染率为0,但其死亡率相对较高,所以综合死亡率和污染率考虑,从表中可以看出最佳灭菌时间为处理A7,即30s 75%酒精与6 min 0.1%升汞配合使用,污染率为2.22%,死亡率为0%。

    表  1  灭菌时间对外植体接种的影响
    Table  1.  Effect of disinfection time on explant inoculation
    处理
    Treatment
    灭菌时间Disinfection time/min 污染率
    Contamination rate/%
    死亡率
    Mortality rate/%
    75%酒精
    75% alcohol
    0.1%升汞
    0.1% mercuric chloride
    A1 0.25 4 65.56±0.96a 0
    A2 0.25 5 58.89±0.91b 0
    A3 0.25 6 34.44±0.76e 0
    A4 0.25 7 18.89±0.94g 4.44±0.56c
    A5 0.50 4 57.78±0.84b 0
    A6 0.50 5 45.56±0.96c 0
    A7 0.50 6 2.22±1.92h 0
    A8 0.50 7 0 17.78±0.94b
    A9 0.75 4 41.11±2.26d 2.22±1.92d
    A10 0.75 5 24.44±0.50f 3.33±0.38d
    A11 0.75 6 0 18.89±0.13b
    A12 0.75 7 0 26.67±1.53a
    注:同列数据后不同字母者表示差异达显著水平(P<0.05)。表 2~8同。
    Note:The difference between different letters after the same column data reached a significant level(P<0.05).The same as table 2-8.
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    将灭菌后外植体接种到1~9号培养基中,在接进去第8 d发现,以MS为基本培养基上的外植体开始萌动,腋芽明显膨大,而以B5、WPM为基本培养基上的外植体并无反应,在接种16 d时以MS为基本培养基上的外植体多数诱导出腋芽且叶片大,而以B5、WPM为基本培养基上外植体诱导出腋芽整体小且弱。30 d后统计、计算诱导率(表 2)。由表 2可知,基本培养基、6-BA、NAA的极值分别为60.37、15.56、11.48,进而可知影响诱导率高低的主因子效应大小依次为基本培养基>6-BA>NAA。从各因素水平诱导率均值可以看出,A因素中MS效果好于另两种且差异显著,B因素中随6-BA浓度的增加,诱导率呈先降低后升高的趋势,以3.00 mg·L-1 6-BA诱导率均值最高,C因素中随NAA浓度的增加诱导率呈先降低后增加的趋势,以0.30 mg·L-1 NAA诱导率均值高于另两个水平。从而可得正交试验最优组合为A1B3C3,即MS+3.00 mg·L-1 6-BA+0.30 mg·L-1 NAA,诱导率为95.56%(处理3)。由于B3与B1、C3与C1之间差异不显著,另一个较优的组合为A1B1C1,诱导率为83.33(处理1),处理1与处理3间差异显著,处理3诱导率最高为95.56%,所以最适诱导培养基为MS+3.00 mg·L-1 6-BA+0.30 mg·L-1 NAA,基本培养基为MS。

    表  2  诱导率正交试验极差分析及多重比较
    Table  2.  Extreme difference analysis and multiple comparison on induction rates obtained from orthogonal test
    处理
    Treatment
    因素Factor 诱导率
    Inductivity/%
    A:基本培养基
    Minimal medium
    B:6-BA 6-Benzylaminopurine
    /(mg·L-1)
    C:NAA 1-naphthlcetic acid
    /(mg·L-1)
    1 1(MS) 1(1.00) 1(0.10) 83.33±3.34b
    2 1 2(2.00) 2(0.20) 47.78±5.09c
    3 1 3(3.00) 3(0.30) 95.56±1.93a
    4 2(B5) 1 2 20.00±3.33de
    5 2 2 3 11.11±3.85f
    6 2 3 1 14.44±1.93ef
    7 3(WPM) 1 3 16.67±3.34ef
    8 3 2 1 23.33±3.34d
    9 3 3 2 18.89±3.85de
    X1 75.56 a 40.00 a 40.37 a
    X2 15.18 b 27.41 b 28.89 b
    X3 19.63 b 42.96 a 41.11 a
    R 60.37 15.56 11.48
    最优组合 A1 B3 C3
    注:Xv1X2X3分别为各列各水平诱导率均值;R为极值。
    Note:X1, X2, X3 are the mean values of induction rate at each level in each column, R is the extreme value.
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    表 3可以看出,6-BA、IBA的各水平增殖系数均值之间差异极显著,随着6-BA浓度的增加,增殖系数呈先升高后下降的趋势,以1.00 mg·L-16-BA增殖效果最好;随着IBA浓度的增加增殖系数逐渐降低,以0.10 mg·L-1 IBA增殖效果最好,二者最优组合为1.00 mg·L-16-BA+0.10 mg·L-1 IBA。就16个处理(表 4)而言,结合增殖系数和植株生长状态来看,同样以1.00 mg·L-16-BA+0.10 mg·L-1 IBA配合使用增殖效果佳(图 1-A),增殖系数达到6.61。

    表  3  6-BA、IBA水平间增殖系数的多重比较
    Table  3.  Multiple comparison on proliferation coefficients between 6-BA and IBA levels
    6-BA
    6-Benzylaminopurine/
    (mg·L-1)
    均值
    Mean value
    IBA
    Indole-3-Butytric acid(mg·L-1)
    均值
    Mean value
    0.50 4.40b 0.10 5.20a
    1.00 5.12a 0.20 4.65b
    1.50 3.78c 0.30 3.40c
    2.00 2.34d 0.40 2.39d
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    表  4  不同质量浓度6-BA与IBA配比对增殖的影响
    Table  4.  Effects of 6-BA and IBA concentrations on seedling proliferation
    处理
    Treatment
    6-BA 6-Benzylaminopurine
    /(mg·L-1)
    IBA Indole-3-Butytric acid/(mg·L-1) 增殖系数
    Propagation coefficient
    生长状态
    Growing status
    B1 0.50 0.10 6.07±0.20b 叶片绿色,株高4 cm左右
    B2 0.50 0.20 5.19±0.23c 叶片翠绿色,株高4.5 cm左右
    B3 0.50 0.30 4.15±0.15e 部分叶片黄色,株高4.8 cm左右
    B4 0.50 0.40 2.20±0.10i 叶片绿色,株高3 cm左右
    B5 1.00 0.10 6.61±0.11a 叶片翠绿,较多腋芽,株高6 cm左右
    B6 1.00 0.20 5.99±0.19b 腋芽叶片黄绿色,株高7 cm左右
    B7 1.00 0.30 4.01±0.15ef 叶绿色个别脱落,株高5.5 cm左右
    B8 1.00 0.40 3.85±0.29f 叶片黄绿色,株高4 cm左右
    B9 1.50 0.10 4.73±0.06d 叶小绿色,株高3.5 cm左右
    B10 1.50 0.20 4.55±0.11d 叶片微卷,株高8 cm左右
    B11 1.50 0.30 3.58±0.23g 叶翠绿色较小,株高5 cm左右
    B12 1.50 0.40 2.25±0.05i 叶黄脱落,基部有愈伤,株高3 cm左右
    B13 2.00 0.10 3.40±0.56g 叶小,部分发白,株高3.5 cm左右
    B14 2.00 0.20 2.86±0.02h 叶浅绿色,株高4 cm左右
    B15 2.00 0.30 1.84±0.02j 叶绿色,株高3 cm左右
    B16 2.00 0.40 1.25±0.04k 叶基部浅黄色,株高2.5 cm左右
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    图  1  红双喜月季组织培养
    注:A为增殖苗;B为生根苗;C为移栽苗;D为移栽3个半月后苗。
    Figure  1.  Tissue culture of Double Delight Chinese rose
    Note:A is a proliferating seedling.B is rooting seedling.C is transplanted seedling. D is a seedling cultured for 3 and a half months after transplanting.

    在接种第15 d时,发现MS、1/4MS有根源出现,在接种第20 d时,1/2MS、1/6MS长出1 cm左右的白色不定根,培养30 d后统计、计算各项指标,结果如表 5,由表 5可以看出C3与C4、C1、C2之间生根率差异均显著,从生根率和根生长状态来看C3整体效果也好于其他3种处理且移栽易成活。所以选择1/4MS作为生根基本培养基。

    表  5  基本培养基对生根的影响
    Table  5.  Effect of basal medium on rooting of seedlings
    处理
    Treatment
    基本培养基
    Minimal medium
    IBA
    Indole-3-Butytric acid/(mg·L-1)
    生根率
    Rooting rate
    /%
    平均根数
    Average rootnumber/条
    平均根长
    Average root length/cm
    生长状态
    Growing status
    C1 MS 0.10 76.67±3.34b 3.50 2.00 褐色,细弱
    C2 1/2MS 0.10 54.44±1.93c 2.10 4.80 白色,较粗
    C3 1/4MS 0.10 84.44±5.09a 5.10 4.30 白色,较粗
    C4 1/6MS 0.10 72.22±3.85b 7.60 6.00 黄褐色,较细
    注:生根率为均值±标准差;表 67同。
    Note:Rooting rate is mean±standard deviation, table 6 and 7 identical.
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    表 6可知,随IBA浓度的增加,生根率呈逐渐降低的趋势;随NAA浓度的增加,生根率呈先升高后下降的趋势。当IBA与NAA浓度相同时,IBA生根率大于NAA生根率。同种激素不同浓度下,以较小浓度(0.05 mg·L-1)IBA生根效果好,生根率达91.11%。

    表  6  不同浓度IBA、NAA对生根的影响
    Table  6.  Effect of IBA and NAA concentrations on rooting of seedlings
    处理
    Treatment
    培养基
    Medium
    IBA
    Indole-3-Butytric acid/(mg·L-1)
    NAA
    Naphthlcetic acid/(mg·L-1)
    生根率
    Rooting rate/%
    平均根数
    Average root number/条
    平均根长
    Average root length/cm
    生长状态
    Growing status
    D1 1/4MS 0.05 - 91.11±6.94a 5.40 4.90 白色,粗
    D2 1/4MS 0.10 - 84.44±5.09a 5.10 4.30 白色,较粗
    D3 1/4MS 0.15 - 71.11±5.09b 5.60 2.10 黑色,细弱
    D4 1/4MS - 0.05 60.00±3.33cd 1.00 2.50 黄褐色,细弱
    D5 1/4MS - 0.10 67.78±6.94bc 2.30 3.20 黄白色,较粗壮
    D6 1/4MS - 0.15 54.44±5.09d 3.50 4.70 褐色,较细
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    在1/4MS+0.05 mg·L-1 IBA的基础上添加不同浓度的活性炭,结果如表 7。处理E4与E2、E3、E5之间差异显著,虽与E1差异不显著,但生根率提高4.45%。所以可以认为最佳生根培养基为1/4MS+0.05 mg·L-1 IBA+2.50 g·L-1活性炭,生根率为95.56%。生根效果如图 1-B

    表  7  不同活性炭浓度对生根的影响
    Table  7.  Effect of activated carbon concentration on rooting of seedlings
    处理
    Treatment
    活性炭浓度
    Activated carbon concentration/(g·L-1)
    生根率
    Rooting rate
    /%
    平均根数
    Average root number/条
    平均根长
    Average root length/cm
    生长状态
    Growing status
    E1 0 91.11±5.09 ab 4.20 4.50 根较粗,白色
    E2 1.50 76.67±3.34 d 3.50 3.20 根细,白色
    E3 2.00 80.00±3.34 cd 3.00 6.50 根细,白色
    E4 2.50 95.56±1.93 a 4.60 5.30 根较细,白色
    E5 3.00 85.56±5.09 bc 5.20 5.60 根细,白色
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    将组培苗移栽于不同的栽培基质中,30 d后统计、计算成活率,结果见表 8,从极值R可以看出,影响移栽成活率大小的主要因素依次为蛭石>珍珠岩>细沙>椰糠。由各因素、水平均值,可以筛选出栽培基质最优组合为A2B2C3D2,即V细沙:V蛭石:V珍珠岩:V椰糠=1:2:3:1。可见该组合并没有出现在正交表内,验证该组合成活率为98.33%。从正交表可以看出,处理F5即A2B2C3D1成活率最高为96.67%,并且与其他处理差异显著,就成活率来看,移栽基质选最优组合为A2B2C3D2,按成本来看移栽基质可以选择组合A2B2C3D1。移栽效果图 1-CD

    表  8  不同基质正交试验结果极差分析及多重比较
    Table  8.  Range analysis and multiple comparisons on culture media tested with orthogonal matrix
    处理
    Treatment
    因素Factor 成活率
    Survival rate/%
    A(细沙)Fine sand B(蛭石)Vermiculite C(珍珠岩)Perlite D(椰糠)Coconut bran
    F1 0 1 1 0 63.33±5.77 de
    F2 0 2 2 1 76.67±2.89 c
    F3 0 3 3 2 70.00±5.00 cd
    F4 1 1 2 2 55.00±5.00 f
    F5 1 2 3 0 96.67±2.89 a
    F6 1 3 1 1 86.67±5.77 b
    F7 2 1 3 1 66.67±2.89 de
    F8 2 2 1 2 75.00±5.00 c
    F9 2 3 2 0 61.67±2.89 ef
    X1 70.00 b 61.67 c 75.00 a 74.44 a
    X2 80.00 a 83.33 a 64.67 b 76.67 a
    X3 67.78 b 72.78 b 78.33 a 66.67 b
    R 12.22 21.67 13.87 10.00
    最优组合 A2 B2 C3 D2
    注:X1X2X3分别为各列各水平成活率均值,R为极值。
    Note:X1X2X3 are the mean values of survival rate at each level in each column, R is the extreme value.
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    月季组培快繁技术建立关键步骤之一是外植体消毒的研究,拥有较高的污染率和死亡率既影响了繁殖速度、增加成本,同时也浪费大量培养材料[9]。李坤峰等[10]采用75% C2H5OH灭菌40s,再用0.1%HgCl2灭菌10 min,成活率为83.3%。武荣花等[11]采用75% C2H5OH浸泡30 s,再用2%NaClO溶液消毒13~14 min,外植体成活率在67%左右。以上研究外植体成活率均未达到90%,本试验研究发现以75% C2H5OH灭菌30 s配合0.1% HgCl2灭菌6 min,可将外植体成活率提高至90%以上,高达97.78%。产生这种差异的原因可能是由于试剂不适宜或时间过长致使外植体褐化或死亡,进而导致成活率不高。也有可能与外植体取材因时间、地点、外植体大小不同以及植物本身所处环境积累的有害物质等有关,另本课题组前期研究发现,取自长春儿童公园的月季,要比取自白山基地温室内的月季在外植体消毒方面困难,培养材料易污染,培养时需在培养基中加入抑菌剂,启动培养也相对较缓慢,进一步验证了存在这种差异的可能性。

    笔者在初代培养阶段采用正交试验设计,以较小的试验规模,研究多因素共同作用下对初代培养的影响,筛选出最佳培养基为MS+3.00 mg·L-1 6-BA+0.30 mg·L-1 NAA,诱导率为95.56%,较刘会超等[12]研究诱导率提高了25.42%。其中对诱导率影响力大小的主要因素依次为基本培养基>6-BA>NAA,试验研究发现以MS作为基本培养基进行培养,在外植体萌发时间、丛生芽长势及芽苗质量上效果均要好于B5和WPM培养基。在试验范围内可以初步确定MS为红双喜月季组培最适基本培养基,由于现有的研究并未见到关于红双喜月季组织培养基本培养基的筛选,因此本试验进一步完善了其组织培养体系。闫海霞[13]、李纯佳[14]等研究表明,月季‘卡罗拉’和大花香水月季在组织培养阶段所需基本培养基均为WPM。这与本试验存在差异,可见在对不同品种月季进行组织培养时筛选基本培养基的重要性,而产生这种差异的原因可能是因为不同品种月季组织培养所需的化学成分及用量不同,MS培养基大量元素中的K+、NH4+用量均比WPM大,且Ca2+、VB1用量也不同,在WPM的基础上,MS比其多了KI、CoCl2·6H2O两种化学成分。

    在红双喜月季继代增殖培养阶段,有研究表明采用6-BA与NAA配合使用,其增殖系数普遍不高(2.09[6]、2.40[12]、3.50[7]、5.00[15])。与前人不同,本研究以0.10 mg·L-1 IBA与1.00 mg·L-1 6-BA配合使用增殖系数可达6.61,有效地提高了其繁殖速度,可在短时间内获得大量的无菌苗。存在这种差异,可能是因为增殖系数对于6-BA与IBA之间的交互作用比对6-BA与NAA之间的交互作用反应更敏感,且各自不同浓度配比对彼此交互作用产生不同影响,或促进或抑制,从而导致作用于同种植物产生不同效果。由于试验仅对激素及浓度进行了研究,其他影响因素如继代周期等并未进行相关探讨,存在一定的局限性,对其进行研究有望将增殖系数进一步提高。

    木本植物组培苗能否正常生根是组培快繁关键技术难点之一。研究发现,在红双喜月季生根阶段,其最佳培养基为1/4 MS+0.05 mg·L-1 IBA+2.50 g·L-1活性炭,生根率可达95.56%,高于前人研究结果(1/2 MS+0.01 mg·L-1 IBA,生根率73.3[12];1/2 MS+0.3 mg·L-1 NAA,生根率90%[15])。与前人研究不同的是本研究发现将矿物质浓度降低至1/4 MS,可以取得较好的生根效果。在不定根的形成过程中,生长素起着重要的作用,添加生长素可引起组培苗基部薄壁细胞脱分化,形成愈伤组织,进而长出不定根[16]。试验研究发现,IBA对于促进诱导生根效果优于NAA,且较小浓度的IBA(0.05 mg·L-1)生根效果好,生根率91.11%,高浓度反而会抑制根系生长。有研究发现在生根培养基中添加300 mg·L-1活性炭,3个品种月季生根率均能达到90%以上[17]。前人也有研究表明,在诱根培养基中加入活性炭对根的诱导并没有促进作用,反而会推迟其生根时间[18]。笔者发现在添加2.50 g·L-1活性炭时可将红双喜月季生根率提高4.88%,生根率达到95.56%,取得较好的生根效果。存在这种差异的原因可能是不同月季品种对于不同浓度活性炭敏感程度不同,也可能是添加不同浓度活性炭改变培养基pH,导致个别矿物质元素易形成不溶性化合物,影响植物对其吸收,然而其作用机理并未十分明了,还有待进一步研究。

    组培苗移栽是否成活是植物组织培养能否规模化生产的关键所在。在组培苗进行移栽时,常用的栽培基质有蛭石、珍珠岩、泥炭、细沙、腐殖土、草炭土等,或者几种基质以不同比例混合使用[19-21]。本试验采用正交试验设计,探讨细沙、蛭石、珍珠岩、椰糠不同体积配比的移栽成活率,在减少试验花费的同时,也能取得较好的试验结果。其结果显示以细沙、蛭石、珍珠岩和椰糠(体积比为1:2:3:1)混合使用,即保证其具有良好的透气性、排水性,同时也确保不会因土壤湿度过大致使组培苗腐烂死亡,移栽成活率为98.33%。与现有研究相比[22-24],采用此方法可有效地提高组培苗移栽成活率,进而获得大量的完整植株,达到工产化生产的目的。

    综上所述,试验明确了红双喜月季茎段最佳灭菌处理为75%酒精灭菌30s+0.1%升汞灭菌6 min;最适初代培养的培养基为MS+3.00 mg·L-1 6-BA+0.30 mg·L-1 NAA,诱导率为95.56%;继代增殖培养最适培养基为MS+1.00 mg·L-1 6-BA+0.10 mg·L-1 IBA,增殖系数为6.61;生根培养最适培养基为1/4MS+0.05 mg·L-1 IBA+2.50 g·L-1活性炭,生根率为95.56%;组培苗移栽最适基质为V细沙:V蛭石:V珍珠岩:V椰糠=1:2:3:1,移栽成活率为98.33%。本研究所建立的组培快繁技术体系,可为工厂化生产提供科学依据及技术指导。

  • 图  1   芽胞杆菌的菌落形态

    Figure  1.   Morphology of Bacillus colonies

    图  2   基于16S rRNA基因序列的云南苍山芽胞杆菌系统发育树

    注:数字表示各节点的自展支持率数值(> 50%),圈内的菌株为疑似新种菌株。

    Figure  2.   16S rRNA-based phylogenetic tree of Bacillus-like bacteria isolated from soil at Cangshan using neighbor-joining method

    Note:Bootstrap values above 50% are shown at the branching points, the strains in the circle suspected as new species resource.

    图  3   不同生境中芽胞杆菌与数量的关系

    Figure  3.   Correlation between species and averaged microbial counts (103 cfu·g-1) of Bacillus-like bacteria isolated from various sites

    图  4   芽胞杆菌在不同生境中的数量

    Figure  4.   Averaged microbial counts (103 cfu·g-1) of Bacillus-like bacteria at various sites

    图  5   芽胞杆菌种类分布的聚类分析

    Figure  5.   Clustering analysis on distribution of Bacillus-like bacteria

    表  1   从云南苍山分离得到的芽胞杆菌的种类概况

    Table  1   Bacillus-like bacteria isolated from soil at Cangshan, Yunnan

    分离来源
    Detached source
    类群
    Group
    代表菌株
    Strains
    登录号
    GenBank accession no.
    最相近菌种
    Closest match
    相似性
    Sequence identity/%
    路边土
    The roadside soil
    芽胞杆菌属Bacillus FJAT-29962 MG905834 大猩猩芽胞杆菌Bacillus massiliogorillae(*) 99.58
    FJAT-29971 MG905843 图瓦永芽胞杆菌B.toyonensis 99.93
    FJAT-29972 MG905844 土壤芽胞杆菌B.soli(#) 97.82
    FJAT-29957 MG910490 蜡样芽胞杆菌B.cereus 99.93
    FJAT-29963 MG905835 简单芽胞杆菌B.simplex 99.50
    FJAT-29965 MG905837 枯草芽胞杆菌B.subtilis 99.93
    FJAT-29960 MG905832 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 99.93
    FJAT-29961 MG905833 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 99.93
    FJAT-29966 MG905838 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 99.79
    FJAT-29967 MG905839 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    FJAT-29969 MG905841 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 99.79
    FJAT-29970 MG905842 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    FJAT-29973 MG905845 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    短芽胞杆菌属Brevibacillus FJAT-29958 MG905752 波茨坦短芽胞杆菌Brevibacillusborstelensis 99.85
    赖氨酸芽胞杆菌属Lysinibacillus FJAT-29959 MG905754 解木糖赖氨酸芽胞杆菌Lysinibacillusxylanilyticus 99.79
    FJAT-29968 MG905840 解木糖赖氨酸芽胞杆菌L.xylanilyticus 99.93
    嗜冷芽胞杆菌属Psychrobacillus FJAT-29964 MG905836 忍冷嗜冷芽胞杆菌Psychrobacilluspsychrodurans 99.73
    类芽胞杆菌属Paenibacillus FJAT-29974 MG905846 异味类芽胞杆菌Paenibacillusodorifer 98.56
    荨麻根际土
    The root soil of nettle
    芽胞杆菌属Bacillus FJAT-29976 MG905848 维德曼芽胞杆菌B.wiedmannii 98.90
    FJAT-40013 MG905885 路西法芽胞杆菌B.luciferensis 98.73
    FJAT-29975 MG905847 图瓦永芽胞杆菌B.toyonensis 99.79
    FJAT-29989 MG905861 图瓦永芽胞杆菌B.toyonensis 99.93
    FJAT-29993 MG905865 图瓦永芽胞杆菌B.toyonensis 99.93
    FJAT-29995 MG905867 图瓦永芽胞杆菌B.toyonensis 98.60
    FJAT-30000 MG905872 图瓦永芽胞杆菌B.toyonensis 99.86
    FJAT-40017 MG905889 图瓦永芽胞杆菌B.toyonensis 99.86
    FJAT-40020 MG905892 图瓦永芽胞杆菌B.toyonensis 100.00
    FJAT-29990 MG905862 蜡样芽胞杆菌B.cereus 99.93
    FJAT-29998 MG905870 苏云金芽胞杆菌B.thuringiensis 99.93
    FJAT-29977 MG905849 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    FJAT-29978 MG905850 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 99.79
    FJAT-29980 MG905852 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    FJAT-29981 MG905853 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    FJAT-29988 MG905860 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    FJAT-29991 MG905863 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    FJAT-29994 MG905866 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 99.86
    FJAT-40016 MG905888 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    FJAT-40019 MG905891 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    FJAT-29999 MG905871 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    FJAT-40001 MG905873 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 99.86
    FJAT-29996 MG905868 假蕈状芽胞杆菌B.pseudomycoides 100.00
    FJAT-29997 MG905869 假蕈状芽胞杆菌B.pseudomycoides 100.00
    FJAT-40012 MG905884 假蕈状芽胞杆菌B.pseudomycoides 99.93
    FJAT-40014 MG905886 特基拉芽胞杆菌B.tequilensis 99.93
    FJAT-40021 MG905893 特基拉芽胞杆菌B.tequilensis 99.86
    FJAT-40022 MG905894 特基拉芽胞杆菌B.tequilensis 99.93
    FJAT-40015 MG905887 暹罗芽胞杆菌B.siamensis 99.93
    赖氨酸芽胞杆菌属Lysinibacillus FJAT-29979 MG905851 解木糖赖氨酸芽胞杆菌L.xylanilyticus 100
    FJAT-29992 MG905892 解木糖赖氨酸芽胞杆菌L.xylanilyticus 99.85
    FJAT-40018 MG905890 解木糖赖氨酸芽胞杆菌L.xylanilyticus 99.93
    松树根际土
    The root soil of pine
    芽胞杆菌属Bacillus FJAT-29986 MG905858 路西法芽胞杆菌B.luciferensis 98.66
    FJAT-29985 MG905857 图瓦永芽胞杆菌B.toyonensis 99.93
    FJAT-40007 MG905879 图瓦永芽胞杆菌B.toyonensis 99.93
    FJAT-40008 MG905880 维德曼芽胞杆菌B.wiedmannii 99.93
    FJAT-40030 MG905902 维德曼芽胞杆菌B.wiedmannii 99.65
    FJAT-40004 MG905876 阿氏芽胞杆菌B.aryabhattai 99.93
    FJAT-40005 MG905877 阿氏芽胞杆菌B.aryabhattai 99.93
    FJAT-40010 MG905882 阿氏芽胞杆菌B.aryabhattai 99.93
    FJAT-40011 MG905883 阿氏芽胞杆菌B.aryabhattai 100.00
    FJAT-40024 MG905896 阿氏芽胞杆菌B.aryabhattai 99.86
    FJAT-40026 MG905898 阿氏芽胞杆菌B.aryabhattai 99.93
    FJAT-40027 MG905899 阿氏芽胞杆菌B.aryabhattai 99.86
    FJAT-40029 MG905901 阿氏芽胞杆菌B.aryabhattai 100.00
    FJAT-40023 MG905895 特基拉芽胞杆菌B.tequilensis 99.93
    FJAT-40002 MG905874 假蕈状芽胞杆菌B.pseudomycoides 100.00
    FJAT-40028 MG905900 假蕈状芽胞杆菌B.pseudomycoides 100.00
    FJAT-29982 MG905854 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    FJAT-29983 MG905855 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    FJAT-29984 MG905856 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    FJAT-29987 MG905859 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    FJAT-40003 MG905875 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 99.72
    FJAT-40025 MG905897 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    FJAT-40031 MG905903 韦氏芽胞杆菌B.weihenstephanensis 100.00
    赖氨酸芽胞杆菌属Lysinibacillus FJAT-40006 MG905878 解木糖赖氨酸芽胞杆菌L.xylanilyticus 99.85
    类芽胞杆菌属Paenibacillus FJAT-40009 MG905881 解几丁质类芽胞杆菌P.chitinolyticus 99.44
    注:*中国新纪录种;#新种资源。
    Note:*New chinese record; # New species resource.
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    表  2   云南苍山芽胞杆菌的分离频度和平均数量

    Table  2   Frequencies and averaged quantities of Bacillus-like bacteria isolated from sites at Cangshan

    芽胞杆菌种类
    Bacillus-like species
    路边土
    The roadside soil
    荨麻根际土
    The root soil of nettle
    松树根际土
    The root soil of pine
    总体
    Total
    分离频度
    Frequency
    /%
    数量
    Quantification/
    (103cfu·g-1)
    分离频度
    Frequency
    /%
    数量
    Quantification/
    (103cfu·g-1)
    分离频度
    Frequency
    /%
    数量
    Quantification/
    (103cfu·g-1)
    分离频度
    Frequency
    /%
    数量
    Quantification/
    (103cfu·g-1)
    Bacillus cereus 33.33 0.70 25.00 310.00 0.00 0.00 20.00 310.70
    B.weihenstephanensis 100.00 1.20 100.00 546.00 100.00 403.80 100.00 951.00
    B.massiliogorillae 33.33 0.30 0.00 0.00 0.00 0.00 10.00 0.30
    B.simplex 33.33 0.10 0.00 0.00 0.00 0.00 10.00 0.10
    B.subtilis 33.33 0.10 0.00 0.00 0.00 0.00 10.00 0.10
    B.toyonensis 33.33 0.20 100.00 165.00 66.66 90.30 70.00 255.50
    B.soli 33.33 0.20 0.00 0.00 0.00 0.00 10.00 0.20
    B.tequilensis 0.00 0.00 25.00 60.00 33.33 0.10 20.00 60.10
    B.pseudomycoides 0.00 0.00 75.00 225.00 66.66 7.10 50.00 232.10
    B.wiedmannii 0.00 0.00 25.00 15.00 66.66 2.10 30.00 17.10
    B.thuringiensis 0.00 0.00 25.00 38.00 0.00 0.00 10.00 38.00
    B.luciferensis 0.00 0.00 25.00 30.00 33.33 60.00 20.00 90.00
    B.siamensis 0.00 0.00 25.00 10.00 0.00 0.00 10.00 10.00
    B.aryabhattai 0.00 0.00 0.00 0.00 66.66 4.40 20.00 4.40
    Paenibacillus chitinolyticus 0.00 0.00 0.00 0.00 33.33 0.10 10.00 0.10
    P.odorifer 33.33 0.10 0.00 0.00 0.00 0.00 10.00 0.10
    Psychrobacillus psychrodurans 33.33 0.10 0.00 0.00 0.00 0.00 10.00 0.10
    Lysinibacillus xylanilyticus 66.66 0.40 75.00 23.00 33.33 0.10 60.00 23.50
    Brevibacillus borstelensis 33.33 0.50 0.00 0.00 0.00 0.00 10.00 0.50
    总计Total 24.56 3.90 26.31 1 422 26.31 568 26.32 1993.9
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    表  3   基于芽胞杆菌数量的生境分布多样性

    Table  3   Diversity of Bacillus habitat by microbial counts

    参数
    Parameters
    路边土
    The roadside soil
    荨麻根际土
    The root soil of nettle
    松树根际土
    The root soil of pine
    芽胞杆菌种类数
    Number of Bacilli species
    11 10 9
    芽胞杆菌数量
    No.of Bacillus/(103cfu·g-1)
    3.9 1422 568
    Margalef 7.348 1.240 1.261
    Simpson 1.119 0.769 0.459
    Shannon 2.046 1.752 0.890
    Pielou 0.853 0.761 0.405
    Brillouin 1.160 2.502 1.254
    Macintosh 1.196 0.533 0.275
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    表  4   基于生境的芽胞杆菌数量分布多样性

    Table  4   Diversity of Bacillus count by varied habitats

    芽胞杆菌种类
    Bacillus-like species
    含有芽胞杆菌的土壤个数
    No.of soil samples
    数量No./
    (103cfu·g-1)
    Margalef Simpson Shannon Pielou Brillouin Mcintosh
    L.ylanilyticus 3 23.500 0.634 0.044 0.114 0.103 0.062 0.027
    B.weihenstephanensis 3 951.000 0.292 0.491 0.691 0.629 0.989 0.296
    B.toyonensis 3 195.500 0.379 0.501 0.698 0.635 0.977 0.314
    B.tequilensis 2 60.100 0.244 0.003 0.012 0.018 0.011 0.002
    B.pseudomycoides 2 232.100 0.184 0.060 0.137 0.197 0.186 0.032
    B.wiedmannii 2 77.100 0.230 0.054 0.125 0.180 0.156 0.030
    B.cereus 2 310.700 0.174 0.005 0.016 0.023 0.019 0.002
    B.luciferensis 2 90.000 0.222 0.449 0.637 0.918 0.880 0.285
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    表  5   芽胞杆菌种类分布

    Table  5   Distribution of Bacillus-like species

    组别
    Group
    芽胞杆菌种类
    Bacillus-like species
    路边土
    The roadside soil
    荨麻根际土
    The root soil of nettle
    松树根际土
    The root soil of pine
    分离频度
    Frequency
    /%
    数量
    Quantification/
    (103cfu·g-1)
    分离频度
    Frequency
    /%
    数量
    Quantification/
    (103cfu·g-1)
    分离频度
    Frequency
    /%
    数量
    Quantification/
    (103cfu·g-1)
    第1组The first group
    3个样本Three samples
    Bacillus cereus 33.33 0.70 25.00 310.00 0.00 0.00
    B.weihenstephanensis 100.00 1.20 100.00 546.00 100.00 403.80
    B.massiliogorillae 33.33 0.30 0.00 0.00 0.00 0.00
    平均值Mean value 55.55 0.73 41.67 285.33 33.33 134.60
    第2组The second group
    5个样本Five samples
    B.simplex 33.33 0.10 0.00 0.00 0.00 0.00
    B.subtilis 33.33 0.10 0.00 0.00 0.00 0.00
    B.soli 33.33 0.20 0.00 0.00 0.00 0.00
    Paenibacillus odorifer 33.33 0.10 0.00 0.00 0.00 0.00
    Psychrobacillus psychrodurans 33.33 0.10 0.00 0.00 0.00 0.00
    平均值Mean value 33.33 0.12 0.00 0.00 0.00 0.00
    第3组The third group
    3个样本Three samples
    B.toyonensis 33.33 0.20 100.00 105.00 66.66 90.30
    B.tequilensis 0.00 0.00 25.00 60.00 33.33 0.10
    B.pseudomycoides 0.00 0.00 75.00 225.00 66.66 7.10
    B.thuringiensis 0.00 0.00 25.00 38.00 0.00 0.00
    B.luciferensis 0.00 0.00 25.00 30.00 33.33 60.00
    B.siamensis 0.00 0.00 25.00 10.00 0.00 0.00
    B.aryabhattai 0.00 0.00 0.00 0.00 66.66 4.40
    平均值Mean value 4.76 0.03 39.29 66.86 38.09 23.13
    第4组The fourth group
    4个样本Four samples
    B.wiedmannii 0.00 0.00 50.00 75.00 66.66 2.10
    P.chitinolyticus 0.00 0.00 0.00 0.00 33.33 0.10
    Lysinibacillus xylanilyticus 66.66 0.40 75.00 23.00 33.33 0.10
    Brevibacillus borstelensis 33.33 0.50 0.00 0.00 0.00 0.00
    平均值Mean value 25.00 0.22 31.25 24.50 33.33 0.57
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-03
  • 修回日期:  2018-12-19
  • 刊出日期:  2019-01-27

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