新疆干旱生境大豆根际多功能促生不动杆菌A11的分离鉴定与全基因组分析
摘 要
背景西北干旱区根际有益促生菌种资源的开发与利用是农业可持续发展的研究重点，在绿色微生物菌肥的研发、作物产量提升及土壤生态健康维护等方面具有重大意义。
目的筛选获得特殊干旱生境下具有多功能的根际有益菌株，并解析其基因组及促生特性，为研究新疆干旱区大豆作物根际微生物的促生、抗逆等机制奠定重要基础。
方法通过特定功能培养基筛选获得兼具良好固氮、溶磷、解钾等多功能特性的菌株，并对其开展初步的生理生化分析及促生特性方面的研究。进一步通过Illumina NovaSeq X Plus二代测序平台对获得菌株进行全基因组测序分析。
结果从新疆维吾尔自治区阿勒泰地区干旱生境下结瘤的大豆作物根际筛选出一株同时兼具多种促生功能，并且表现更优的不动杆菌(Acinetobacter sp.) A11 (CCTCC M20242725)。其生理生化结果表明该菌株为革兰氏阴性菌，可耐受1.5% NaCl，能够在pH 4.0-9.0的范围内生长。全基因组测序结果表明该菌株基因组全长为4 512 900 bp，G+C含量39.44%，NCBI获取登录号JBPPST000000000。通过注释分析，共筛选到98条与多功能促生相关的基因，其中发现氮代谢相关基因50条，涉及glu、glt、gln、nas与amt；磷代谢相关基因29条，包括gdh、pqq、phn、pst、pho及ugp；解钾能力相关基因19条，主要有kdp、kef、kup和ktr。此外，还发现与铁获取相关的基因簇(vibB, fhu, fts)，暗示菌株A11还可能具有潜在合成铁载体的功能。同时，多功能促生试验表明A11固氮酶浓度能达到(296.22±4.37) ng/L；其溶解有机磷指数为1.70±0.05，卵磷脂的转化量为(3.96±0.05) mg/L；溶解无机磷指数为1.80±0.08，对磷酸钙的转化量高达(32.96±0.45) mg/L；解钾指数为2.17±0.03，对钾长石粉的转化量达到(5.91±0.53) mg/L。种子萌发促生试验结果表明，相较于对照不接菌处理，接种菌株A11的种子萌发率提高40.47%，胚芽长度增加98.13%。
结论本研究从新疆特殊干旱生境下大豆根际分离出的不动杆菌A11表现出更具优势的促生特性，结合其全基因组功能基因的深度挖掘与剖析，为该菌株进一步应用及促生机制等研究提供了重要的参考价值。
正文
我国始终坚持“藏粮于地、藏粮于技”的基本方针，尤其在当前耕地资源紧张与粮食短缺问题日益突出的背景下，充分挖掘耕地利用潜力，并结合绿色可持续科学技术手段提高作物产量显得尤为重要，西北地区丰富的土地资源及独特的生态环境将为保障国家粮食安全和重要的农产品供给做出突出贡献。大豆兼具蛋白质食物原料和油料双重属性特征，在粮食生产中占据着重要地位，但长期以来由于农业生产中化肥的过度使用等原因导致产量低下，使得我国主要依赖进口。植物根际有益促生菌(plant growth promoting rhizobacteria, PGPR)在豆科作物中具有显著的促生潜力，因此大豆根际细菌资源的开发与利用是大豆农业可持续绿色发展研究的重点。新疆作为国家西部开发规划的重要省区，具备大豆优质、高产、高效和规模化生产的生态区域优势及生产优势，但其目前研究主要集中在品种培育、栽培及病虫害防治等方面，关于大豆根际促生菌种资源的挖掘及全面基因组分析的研究鲜少报道。因此，开展新疆干旱生境下大豆植物根际促生菌种资源的探索，对我国西北干旱区大豆作物产量提升和改善土壤环境等方面具有重要的参考价值。
PGPR能够通过固氮、溶磷及解钾等多种功能促进植物生长发育，提高土壤肥力和改善生态环境，是微生物肥料的主要菌种来源，在农业生产中具有广泛应用。不动杆菌作为土壤微生物的重要组成部分，近年来因其在促进作物生长、提高养分利用效率等方面表现突出而受到广泛关注。如孙秀娟等从大豆根际环境中筛选的不动杆菌、芽孢杆菌等均不具有溶血性，能够通过产吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid, IAA)、赤霉素(gibberellins, GAs)及铁载体来促进大豆种子萌发和植株生长。刘建春等研究发现烟草中分离获得的皮氏不动杆菌(Acinetobacter pittii) YC05具有产嗜铁素及解无机磷等促生功能。宋小言等研究发现蚕豆根际土壤分离获得的不动杆菌能显著提高土壤中的碱解氮含量、有效磷含量及土壤酶活性。此外，利用促生菌来替代部分化肥的施用，也有利于缓解化肥的过度使用，改善土壤健康，维护土壤生态的稳定。如薛镒研究表明，施用以不动杆菌CSUFT-CXP-032为主要成分的复合菌肥可显著提升油茶株高、叶片部分酶活性、土壤养分及酸性磷酸酶、脲酶含量。李若冰研究表明，以乙酸钙不动杆菌(Acinetobacter calcoaceticus)为主要成分的耐旱复合菌剂施用后显著提高了土壤养分含量及土壤酶活。可见，不动杆菌作为土壤中有益类群有助于土壤生态系统的良性循环，在促进作物生长、产量提升等方面发挥重要作用，具有广泛的应用前景。
目前，研究较多的根际不动杆菌主要为分离自黄瓜、烟草、玉米等作物根际的乙酸钙不动杆菌(Acinetobacter calcoaceticus)以及鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)。关于大豆根际不动杆菌相关研究仅发现有促进大豆植株生长、抑制病原菌等少数几篇研究，然而在新疆特殊干旱生境下，以大豆为宿主分离获得兼具多功能促生特性的不动杆菌，并开展基因组分析的研究鲜见报道。因此，本研究通过筛选新疆特殊生境下有益根际微生物，研究其生理生化与多功能促生特性及全基因组测序分析，以期为我国微生物菌肥的研发提供优质菌种资源，并丰富本地的微生物菌株资源库，同时也为将来进一步研究大豆根际促生菌促生、抗逆等机制提供重要的科学与理论依据。
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