《Microorganisms》：Integrated Soil–Crop System Management Promotes Microbial Necromass and Soil Organic Carbon Sequestration in Black Soil Through Microbial Transformation and Aggregate Protection
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本研究对与百年生土库曼圆柏根际相关的链霉菌分离株进行了全面鉴定。针对木质素分解活性的筛选显示，分离株ATM9、ATM14、ATM15、ATM16、ATM18和ATM19能够合成使亚甲基蓝脱色并修饰木质素磺酸盐的酶。其中，ATM16和ATM18在木质素磺酸盐分解
本研究对与百年生土库曼圆柏根际相关的链霉菌分离株进行了全面鉴定。针对木质素分解活性的筛选显示，分离株ATM9、ATM14、ATM15、ATM16、ATM18和ATM19能够合成使亚甲基蓝脱色并修饰木质素磺酸盐的酶。其中，ATM16和ATM18在木质素磺酸盐分解方面效率最高，其培养液中木质素磺酸盐降至检测限以下。在秸秆木质素降解过程中，ATM15和ATM16表现出最显著的木质素含量降低效果，分别减少44.2%和54.8%，展示了良好的生物降解潜力。大多数分离株对真菌菌株表现出拮抗活性，而ATM19完全抑制了所有测试植物病原真菌的生长。基于16S rRNA基因测序的分类学鉴定确认所有分离株均属于链霉菌属，物种包括S. shaanxiensis （ATM9）、S. chryseus （ATM14）、S. narbonensis （ATM15）、S. venezuelae （ATM16）、S. spiroverticillatus （ATM18）、S. longhuiensis （ATM19）和Streptomyces sp.（ATM24）。综合数据表明，S. venezuelae ATM16和S. spiroverticillatus ATM18因其木质素分解活性以及对植物病原真菌的拮抗活性，成为最具生物技术应用潜力的菌株。此外，本研究首次报道了新近提出的物种S. longhuiensis （ATM19）和S. shaanxiensis （ATM9）的酶学活性和抗真菌活性。
一、研究背景与意义
在农业生产中，作物残茬的有效管理至关重要。若处理不当，作物残茬会成为植物病原微生物的营养源，使其得以存活并在下一季作物种植时造成危害。同时，作物残茬的降解面临干燥、极端温度和紫外线辐射等剧烈非生物胁迫的挑战。因此，筛选既能高效降解木质纤维素又能抑制植物病原菌的有益土壤微生物，对于促进养分循环、提升土壤肥力以及维持健康的土壤微生物组具有重要意义。
土库曼圆柏是一种生长于土库曼斯坦干旱山区的长寿木本植物，部分个体树龄可达千年。研究人员假设，其根际微环境可能富集了兼具木质素降解能力和宿主保护功能的放线菌。基于此，本研究从250至300年生的土库曼圆柏根际土壤中分离链霉菌菌株，系统评估其产水解酶和木质素降解酶的能力，并检测其对多种植物病原真菌的拮抗活性，旨在发掘可用于农业生物防治和木质纤维素资源化利用的优良菌株资源。
二、主要技术方法
研究人员从土库曼斯坦Makhtymkala村附近山区灰钙土中采集土库曼圆柏根际样品，采用高氏一号琼脂培养基进行链霉菌分离纯化。通过平板透明圈法定性检测菌株的淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶和植酸酶活性。利用分光光度法测定菌株对亚甲基蓝的脱色率以评估木质素降解酶活力，采用动态光散射技术分析木质素磺酸盐颗粒粒径变化表征其降解程度。通过硝酸-二氧六环法提取并定量小麦秸秆中的木质素含量，评价菌株对天然木质纤维素的降解能力。采用平板对峙法测定菌株对五种植物病原真菌的抑菌圈半径，并通过16S rRNA基因序列比对和系统发育分析确定菌株的分类地位。
三、研究结果
3.1 链霉菌的分离与形态学特征
从土库曼圆柏根际共获得七株典型链霉菌，命名为ATM9、ATM14、ATM15、ATM16、ATM18、ATM19和ATM24。其中五株菌在培养基上产生可扩散色素，颜色从红棕色到深棕色不等。
3.2 酶活性筛选
所有七株菌均具有纤维素酶和脂肪酶活性。除ATM14和ATM19外其余菌株均有淀粉酶活性，除ATM24外均有蛋白酶活性，除ATM9外均有植酸酶活性。ATM15、ATM16和ATM18具备全部五种水解酶活性。
3.3 亚甲基蓝脱色
除ATM24外，其余菌株均能脱色亚甲基蓝。在营养丰富的King B培养基中，ATM16表现最佳，7天脱色率达89%，14天达89.6%。在营养贫乏的高氏一号培养基中，ATM16仍保持84.9%（7天）和88.1%（14天）的高脱色率。
3.4 木质素磺酸盐降解
动态光散射分析显示，对照木质素磺酸盐颗粒约5.9 nm。ATM9、ATM14和ATM19将颗粒分别降至3.1 nm、1.7 nm和2.2 nm。ATM16和ATM18处理后颗粒低于仪器检测下限，表明显著降解。
3.5 秸秆木质素降解
ATM15和ATM16表现出最高的木质素降解活性，分别使秸秆木质素含量降低44.2%和54.8%，显著优于阳性对照棘孢木霉。
3.6 拮抗活性
ATM19抗菌谱最广，完全抑制所有五种供试植物病原真菌，对禾谷镰刀菌抑菌圈达12.4±0.2 mm。ATM9抑制四种病原菌，对禾谷镰刀菌抑菌圈为9.8±0.3 mm。ATM15对雪霉叶枯病菌和链格孢有微弱活性。ATM16和ATM18未检测到拮抗活性。
3.7 分类学鉴定
16S rRNA基因序列分析将ATM9鉴定为S. shaanxiensis，ATM14为S. chryseus，ATM15为S. narbonensis，ATM16为S. venezuelae，ATM18为S. spiroverticillatus，ATM19为S. longhuiensis。ATM24与最近模式菌株S. griseochromogenes相似度仅97.43%，低于链霉菌属物种界定阈值，提示可能为新种。
3.8 功能互补性
各菌株展现出互补的功能特性：ATM16和ATM18擅长木质素降解，ATM15和ATM16高效分解天然木质纤维素，ATM19和ATM9提供广谱抗真菌防御，ATM16和ATM24具有植酸酶活性。
四、讨论与结论
讨论部分指出，土库曼圆柏根际链霉菌的非致病性使其适合作为环境生物防治剂。色素产生与抗菌活性之间存在一定正相关性，但并非绝对。ATM16和ATM24的植酸酶活性有助于提高土壤磷的生物有效性。ATM15所属的S. narbonensis已知产生大环内酯类抗生素纳波霉素，本研究首次发现其对植物病原真菌的抑制作用。研究首次报道了S. shaanxiensis和S. longhuiensis的酶学与抗真菌活性。ATM16的高木质素降解能力与其近缘种S. venezuelae耐受苯酚的特性一致。ATM18所属的S. spiroverticillatus此前已被证实能脱色Poly R-478染料并降解稻麦秸秆。
研究结论：土库曼圆柏根际蕴藏着具有农业和生物技术应用潜力的多样化微生物资源。七株链霉菌表现出多样的酶活性和抗菌特性，可作为功能互补的合成菌群候选菌株。这些菌株兼具木质纤维素降解、抗真菌和促生特性，有望应用于病虫害综合治理和可持续农业。未来应优化合成菌群组成，验证田间效果并阐明分子互作机制。
