从田菁根瘤及其周边土壤中分离的根际细菌产IAA能力评估及其对根系生长的促进作用研究

本研究从田菁（Sesbania bispinosa）根瘤及根际土壤中分离并鉴定出多株具产吲哚-3-乙酸（IAA）能力的植物根际促生细菌（PGPR），通过比色法及RP-HPLC定量分析其IAA产量，并利用温室实验验证了这些菌株（包括Enterobacter cloacae和Klebsiella aerogenes等）在单菌及复合接种条件下对宿主植物主根长度、侧根数量及根鲜重的显著促进作用，为开发绿色农业微生物肥料提供了理论依据与菌种资源。

　　

1. 引言

根际是植物与微生物互作的关键区域，其中根际促生细菌（PGPR）通过产生植物激素、促进养分吸收及改善土壤质量等方式直接影响植物生长。吲哚-3-乙酸（IAA）作为主要生长素，在调控植物根系构型（RSA）、侧根发生及根毛形成中起核心作用。本研究以绿肥作物田菁（Sesbania bispinosa）为材料，从其根瘤及根际土壤中分离IAA产生菌，评估其促生潜力，以应对化学肥料滥用带来的环境问题，推动可持续农业发展。

2. 材料与方法

2.1. 细菌分离与培养

从田菁根瘤及周边土壤中采集样品，经表面消毒与匀浆处理后，接种于营养琼脂（NA）培养基，通过稀释涂布与划线纯化获得21株细菌分离物。

2.2. 比色法筛选IAA产生菌

将菌株在含1 mM色氨酸的液体培养基中培养48–144小时，离心取上清液与Salkowski试剂（1.2% FeCl₃ in 42.8% H₂SO₄）反应，测定530 nm处吸光度，初步鉴定IAA产生能力。

2.3. RP-HPLC定量IAA

采用反相高效液相色谱（RP-HPLC）以50%乙腈为流动相，在254 nm波长下检测IAA，通过标准曲线（y = 17329x + 5199.8, R2 = 0.9994）定量菌株IAA产量。

2.4. 分子鉴定

通过16S rDNA扩增与测序，使用NCBI BLAST和RDP数据库比对，鉴定菌种分类。

2.5. 温室接种实验

将菌株单菌或复合接种于灭菌土壤中，播种田菁种子，培养6周后测量主根长、侧根数、根鲜重及根瘤数。

2.6. 统计分析

使用R语言生成热图，采用t检验比较接种组与对照组差异（α = 0.05–0.0001）。

3. 结果

3.1. 菌株分离与IAA产生能力

21株分离物中，8株（S2、S4、N7、N9、N10、W15、W16、W21）通过比色法显示IAA阳性，其中N9、N10、W15、W16呈深粉色（高产），N7中等，S2、S4、W21浅粉色（低产）。

3.2. HPLC定量验证

RP-HPLC确认所有8株菌均产IAA，保留时间约4.2分钟。产量最高为N10（111.01 μg/mL），其次为W15（52.87 μg/mL）、N9（48.55 μg/mL）、N7（33.52 μg/mL）、W16（26.97 μg/mL），S2、S4、W21产量较低（10.67–14.47 μg/mL）。

3.3. 分子鉴定结果

菌株鉴定为：Bacillus pumilus (S2)、Bacillus cereus (S4)、Chryseobacterium indologenes (N7)、Enterobacter ludwigii (N9)、Klebsiella aerogenes (N10, W15)、Enterobacter cloacae (W16)、Herbaspirillum seropedicae (W21)。系统发育分析显示N10与W15（均为K. aerogenes）亲缘最近。

3.4. 温室促生效果

接种菌株的田菁在6周后主根长度、侧根数量、根鲜重及根瘤数均显著高于对照组（p < 0.0001）。单菌接种中，E. cloacae (W16) 和 K. aerogenes (N10) 效果最显著，且复合接种并未显著优于单菌处理。值得注意的是，B. cereus (S4) 和 E. ludwigii (N9) 处理组未形成根瘤。

4. 讨论

本研究表明，从田菁根际分离的PGPR中，K. aerogenes 和 E. cloacae 具有较高的IAA生产能力与促生效果。比色法与HPLC结果差异可能源于Salkowski试剂与其它吲哚化合物的非特异性反应，或菌株产IAA降解酶所致。E. cloacae 虽IAA产量中等，但促生效果显著，提示其可能存在其它促生机制（如磷溶、铁载体产生等）。本研究为开发田菁专用微生物接种剂提供了理论基础，但需进一步开展基因表达、多性状协同机制及田间验证实验。

5. 结论

田菁根际来源的IAA产生菌（尤其是E. cloacae 和 K. aerogenes）可显著促进宿主根系发育，具备作为绿色生物肥料的潜力。后续研究应聚焦其分子机制与田间应用效能。