盐碱条件下琥珀葡萄球菌NG-9同步解有机/无机磷的特性、机制及潜在应用研究

本研究推荐：该研究从盐碱地根际土壤分离获得一株高效解磷菌株Staphylococcus succinus NG-9，其在5% NaCl和pH 9.0条件下可同时溶解无机磷（450.36 mg/L）和有机磷（333.15 mg/L），并具有产ACC脱氨酶（7.37 μmol α-酮丁酸/mg蛋白/h）、铁载体（36.63%）、吲哚-3-乙酸（IAA，4.14 μg/mL）和胞外聚合物（EPS，1.04 g/L）等多重植物促生特性。基因组与代谢组分析揭示了其耐盐碱和解磷的分子机制，小麦接种实验显示其显著提升种子萌发率（1.04%-162.5%）和幼苗生长指标（根长13.18%-116.32%），为盐碱地生物修复提供了新型多功能生物肥料候选菌株。

　　

ABSTRACT

盐碱土壤的高盐度和碱度严重制约全球植物生长和农业生产力。研究从青海海东盐碱地分离到一株高效解磷菌株NG-9，经表型和16S rRNA分析鉴定为Staphylococcus succinus。该菌在盐碱条件下展现出卓越的双重解磷能力：溶解无机磷达450.36 mg/L，有机磷达333.15 mg/L。此外，在5.0% NaCl和pH 9.0条件下，该菌株具有多重植物促生特性，包括产生ACC脱氨酶（7.37 μmol α-酮丁酸/mg蛋白/h）、铁载体（36.63%）、IAA（4.14 μg/mL）和EPS（1.04 g/L）。基因组测序发现其携带pstS/pstC/pstA/pstB等磷酸盐转运系统基因，以及betA/betB/proC等耐盐碱相关基因。代谢组学揭示其通过TCA循环产生琥珀酸、苹果酸等有机酸参与解磷过程。小麦接种实验表明，菌株处理使种子萌发率提升1.04%-162.5%，根长增加13.18%-116.32%，证实其作为盐碱地生物肥料的潜力。

INTRODUCTION

土壤盐渍化作为主要非生物胁迫，通过渗透失衡、离子毒性和营养缺乏等机制影响作物生长。耐盐植物促生菌（HT-PGPR）能通过分泌植物激素、溶解养分和诱导系统抗性等途径缓解盐害。磷溶解微生物（PSMs）通过分泌有机酸（如葡萄糖酸）和磷酸酶两条途径提高磷有效性，但多数已知PSMs对盐敏感。本研究从耐盐植物Neotrinia splendens根际分离高效解磷菌株，通过多组学手段解析其耐盐碱机制，为盐碱地农业提供新型微生物资源。

MATERIALS AND METHODS

菌株分离采用改良NBRIP培养基（含7% NaCl，pH 8.0），通过透明圈法筛选。通过扫描电镜和16S rRNA测序（引物27F/1492R）进行鉴定。优化培养条件（盐度1%-13%、pH 7-11、碳氮源、温度20°C-40°C）后，采用钼锑抗比色法测定解磷量。植物促生特性检测包括：CAS法测铁载体、Salkowski法测IAA、Bradford法测ACC脱氨酶活性。全基因组使用PacBio Sequel和Illumina NovaSeq平台测序，代谢组通过UHPLC-Q Exactive HF-X分析。小麦发芽实验设置0-200 mM NaCl梯度，测定发芽率、根长等指标。

RESULTS

从20株解磷菌中筛选出NG-9，其无机磷溶解量达386.13 mg/L（图1A）。电镜显示其为革兰阳性球菌（图1C），16S rRNA与S. succinus AMG-D1相似度100%（图1D）。5% NaCl和pH 9.0为最佳条件，此时无机/有机磷溶解量分别达415.44 mg/L和269.20 mg/L（图2）。基因组分析发现其携带多种解磷基因（phoA/ppx-gppA/gdh）和耐盐基因（betA/trkH）（表1）。代谢组显示第7天有机酸（柠檬酸、苹果酸）和渗透调节物质（脯氨酸）显著积累（图4D）。接种实验表明，200 mM NaCl时菌株使小麦发芽率提升162.5%，根长增加66.7%（图5-6）。

DISCUSSION

NG-9的耐盐碱能力源于基因组中完整的渗透保护系统（betA/proC）和离子稳态基因（trkH/mrp）。其通过分泌葡萄糖酸（gdh编码）和酸性磷酸酶（phoA编码）实现双途径解磷，这与代谢组中TCA循环中间产物的积累一致。产生的IAA和EPS通过调节根系发育和形成生物膜缓解盐胁迫，与Bacillus cereus KTES的报道类似。值得注意的是，其解磷效率在5% NaCl时仍保持峰值，优于常规PSMs，这与其独特的基因组特征（如pst磷酸盐转运系统）相关。

CONCLUSIONS

S. succinus NG-9展现出盐碱条件下同步解有机/无机磷的独特能力，其多重植物促生特性和基因组特征为开发盐碱地专用生物肥料提供了理论基础。未来研究可聚焦于田间应用效果评估及其与作物的互作机制。