摘要
贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）是通常被用来作为微生物肥料的一种根际细菌（PGPR），其代谢物中有大量的促进植物生长以及帮助植物抵抗非生物胁迫的物质。贝莱斯芽孢杆菌 S3-1 是本实验室在黄瓜根际筛选到的一株根际细菌，该细菌能够有效的抑制病原菌的传播以及生长。 本文研究发现贝莱斯芽孢杆菌S3-1可以产生多种促进植物生长的物质，如3-吲哚乙酸、ACC 脱氨酶、铁载体、蛋白酶以及具有溶磷活性。其中最为重要的 3-吲哚乙酸含量能够随着盐浓度的上升而上升，从无盐条件下的12.9μg/mL上升至0.1 mol/L盐浓度条件下的17.125μg/mL。与无盐条件相比胞外多糖提升了约33.33%.，相较于无盐条件生物膜的形成能力提升约 48%，总蛋白含量提升约 18%，抑菌能力不随着盐浓度的变化而变化。并且该菌株在1 mol/L的盐浓度下依然能够缓慢生长，在0-0.2 mol/L的盐浓度条件下虽然其生长会随盐浓度的上升而减缓，但最终的数量差异并不明显。所以该菌株是一株具有良好耐盐性且可能在潜在的盐胁迫下可促进植物生长的菌株。 经代谢组学分析，我们发现了大量的小分子物质，如腐胺、亚精胺、2,3-丁二醇以及葫芦巴碱、褪黑素均能促进植物抵抗盐胁迫。无细菌发酵液的处理组相较于清水处理组在0.1 mol/L的盐条件下能提升约13.3%的不结球白菜的生物量，说明无菌发酵液确实减轻了植物受到的盐胁迫。在不同盐浓度下我们发现了相较于无盐处理组均上调或者均下调的差异代谢物共计29种被认为是依赖盐而产生的“核心代谢物”。将29个核心的代谢物进行富集共计得到上调关键代谢通路6条，分别是甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸的代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、氨酰基-tRNA的生物合成、三羧酸循环（TCA循环）、谷胱甘肽代谢、β-丙氨酸代谢；在下调中筛选 3 条关键代谢通路分别为 D-丙氨酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、半乳糖代谢。通过富集通路我们发现贝莱斯芽孢杆菌 S3-1 的四种耐盐机制：（1）大量生成游离的氨基酸或者其衍生物，形成相溶性物质以防止菌株失水；（2）上调多胺类物质的代谢，以激活菌株内的耐盐基因；（3）减少糖类的代谢，增加糖的积累；（4）增强菌株的能量产生能力以便更好的抵抗盐胁迫。同时还发现了盐能够抑制贝莱斯芽孢杆菌S3-1的机制，即通过抑制D-丙氨酸的合成途径来抑制细胞壁的合成，从而抑制S3-1生长。同时基于高盐胁迫与低盐胁迫比较，共计筛选出来70种代谢差异产物。同时经过富集通路说明不同盐浓度下游离氨基酸的比例是不同的，这可能更有助于贝莱斯芽孢杆菌S3-1抵抗盐胁迫。 基于上述实验结果，贝莱斯芽胞 S3-1 及其代谢物具有良好的促进植物生长的能力于是我们将贝莱斯芽孢杆菌 S3-1 与无细胞发酵液均施加在田间的不结球白菜中，以确定在自然环境中的贝莱斯芽孢杆菌 S3-1 与代谢产物对植物促生的影响。结果表明，无细胞发酵液与细菌的接种均可显著增强小白菜的可溶性蛋白，可溶性固形物和抗坏血酸。同时，无细胞发酵液显著增加了土壤中酸杆菌的相对丰度，改变了土壤中总磷含量和EC值（电导率），增强了土壤中蔗糖酶、淀粉酶和脲酶的活性，基于 PICRUSt预测，土壤碳和氮代谢相关的基因被上调。这说明不结球白菜的生长发生改变是由于：（1）发酵液中本身含有的营养物质以及促进植物生长的物质：（2）土壤性质的改变：（3）土壤性质的改变驱动的微生物群落发生改变；（4）土壤碳循环与氮循环的增强。 基于上述研究我们发现芽孢杆菌 S3-1 与代谢物均可以在盐碱条件以及田间条件下促进植株生长，提高植株品质，同时为符合国家对与微生物菌剂的要求对其进行发酵优化。经过单因素优化后以及PB试验后筛选出最优培养基为玉米粉、黄豆粉以及氯化钠。再经过最陡爬坡实验以及BB试验后确定最适培养基配比为：玉米6.78 g/L、黄豆3.18 g/L、NaCl 3.90 g/L。在以同样的方式确定发酵条件的优化培养条件得到转速：230 rpm、时间 30.5 h、接种量 4.5%。使用上述培养基发酵优化所得的活菌数达121×107 CFU/mL。 总而言之，本文解析了贝莱斯芽孢杆菌 S3-1 的耐盐机制以及促生机制，同时进行了发酵优化，为后续该菌株的工业化生产以及大规模应用奠定了理论基础。
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