植物内生细菌——降解石油污染的新方向！

发表期刊：Science of the Total Environment

发表时间：2021

样本类型：植物根、叶内生菌

研究背景

 芦苇（Phragmites australis）和虎尾草（Chloris virgata）是生长在中国黄河三角洲的原生优势耐盐草种，在石油污染盐渍土壤的植物修复中具有潜在的应用价值。本研究利用高通量测序技术和传统微生物培养技术，研究了石油污染地区芦苇和虎尾草的内生细菌群落的特征及其在烃类降解和促进植物生长中的作用。

实验设计

实验样地设置在中国黄河三角洲胜利油田的一个产油区(37°51‘N，118°48’E)(图1A)，在油水井附近的4个样点（P1、P2、P3、P4）（图1B）分别采集芦苇和虎尾草植物样品。对植物样品进行清洗，并分为两部分：根（地下部分）和叶（地上部分）。

植物内生菌多样性测序的难点在于：常规引物会引起大量叶绿体污染，从而有效数据变少。凌恩生物推荐V4-V5区，经测试对部分植物类型有较好效果。

图1 采样地区域概况

研究结果

1 、内生细菌群落的多样性和分布

芦苇和虎尾草根部及叶片中共检测出835个OTUs。在门水平上，内生细菌主要隶属于5个门，且两个物种叶片的内生菌大部分属于是变形菌门、放线菌门和厚壁菌门等（图2）。

 整体而言，虎尾草内生细菌群落Alpha多样性普遍高于芦苇（图2C, D）。虎尾草根部内生细菌的Shannon和Chao1指数显著高于芦苇（P<0.05）。而叶片内生细菌的指数没有显著差异。对于虎尾草，其根部内生细菌和叶片内生细菌的Shannon指数具有明确的差异性（P<0.05），而芦苇则差异不显著。

图2 两种植物内生细菌的物种组成和多样性（GH和YH代表的是虎尾草的根部和叶片，GL和YL代表的芦苇的根部和叶片）

图3 主坐标分析（PCoA）

2 、植物内生烷烃降解细菌的特征分析

从两种耐盐植物组织中分离出38株植物内生烷烃降解细菌。其中，有31株可以降解正十六烷，23株可以降解菲（图4）。

两种耐盐植物的内生烷烃降解细菌隶属于变形菌门、厚壁菌和放线菌门。其中，厚壁菌门是优势菌门，占所有内生烷烃降解细菌门的60.5%，变形菌门和放线菌门分别占34.2%和5.3%。在属水平上，降解细菌隶属于10个不同的属，其中最常见是芽孢杆菌属（图5）。

图4 38株植物内生烷烃降解细菌及其促生长特性

图5 两种植物中分离出的植物内生烷烃降解菌的系统发育树图（A，虎尾草；B，芦苇）

3、 植物内生烷烃降解细菌的促生长特性

 分离到的植物内生烷烃降解细菌（约39.4%）产生的生长素（IAA）在3.4-36.9μg/mL之间（图4）。其中，生长素产量高的细菌均为Pseudomona sp.（BF23，L02和BF21）。分离到的植物内生烷烃降解细菌中，36.8%的菌株能够溶解无机磷酸盐，28.9%的菌株能够溶解有机磷酸盐，31.6%的菌株的固氮酶活性在5.7-78.5 nmol C2H4/(mg protein·h)之间。

4 、用不同方法检测的植物烃类降解内生菌之间的关系

研究还分析了16S rRNA扩增子测序与传统培养组学检测到的植物内生烷烃降解细菌群落之间的关系（图6）。结果表明，16S rRNA基因扩增子测序检测到的优势门与常规微生物技术检测到的植物内生烷烃降解细菌隶属优势门不一致。

图6 分别通过扩增子测序和常规方法测定到的植物内生烷烃降解细菌门类的桑基图

综上所述，生长在黄河三角洲石油污染的盐渍土壤上的芦苇和虎尾草含有多种植物内生细菌，是有益细菌和烃类降解物的新来源。此外，结果表明Bacillus pumilus BF04，Pseudomona sp. BF21，和Microbacterium shaanxiense L25具有刺激植物生长和降解碳氢化合物的能力，在植物修复中具有较大应用潜力。

参考文献

Diversity and functional characteristics of endophytic bacteria from two grass species growing on an oil-contaminated site in the Yellow River Delta, China. Science of the Total Environment.

DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.144340