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解磷微生物作用機制、應用及研究歷史

來源:微生物學雜志 發布時間:2024-09-26 17:19:28 瀏覽:529 次

耕地土壤中磷素含量普遍不高,再加上土壤中對磷素的固定作用,導致磷肥利用效率較低。解磷菌具有提高土壤有效磷含量、減少磷肥使用量及促進植物生長的作用。


解磷微生物研究歷史


Stalstrom等發現一些原本不溶于水的磷酸鹽和天然的磷礦石能被一些細菌所溶解吸收。Gerrestsen研究了微生物對植物吸收利用磷素的影響,研究結果表明,生長于不滅菌土壤中的植物生物量明顯比生長于滅菌土壤中的植物生物量高,增加幅度在72%~188%之間,磷總吸收量增加幅度在79%~340%之間,由此認為是土壤微生物作用的結果。一些難溶性的含磷復合物作為土壤磷源應用,從土壤中篩選出細菌50株,其中36株在平板上形成了溶磷圈。1935年,前蘇聯學者蒙金娜從土壤中分離到1株巨大芽胞桿菌(Bacteriamegatherium),其具有分解核酸和卵磷脂等作用。自20世紀50年代開始,國內開始解磷菌的相關研究及應用,先后從東北黑土和灰化土中篩選出具有解磷能力較強的芽胞桿菌、極毛桿菌等;80年代開始進行解磷菌解磷作用機理研究,并對解磷機制進行了探討;90年代以后,陸續從多個菌株中克隆出一些相關基因;到目前為止,對于解磷菌的作用機制研究仍在進行中。

解磷微生物作用機制


解磷菌解磷功能的強弱除了與自身基因相關外,還與外界條件相關。解磷菌在生長過程中向外分泌各種小分子酸類物質、質子、多糖、酶等分解難溶性磷,而解磷菌向外分泌這些物質的多少,受解磷菌與環境條件互作的影響,如溫度、土壤含水量、不同的碳、氮、磷源等營養供給等,環境條件在影響解磷菌分泌物的同時,也受解磷菌分泌物的影響而有所改變。不同解磷菌的解磷機制不同,有些菌通過其中的一種機制,有些菌通過多種機制導致含磷礦物的溶解。


磷酸酶的作用


解磷菌通過分泌磷酸酶分解有機磷酸酯,磷酸酶還能礦化有機磷酸鹽,使其成為植物可吸收利用的可溶性磷。研究發現,解磷菌溶磷過程是通過有機酸和磷酸酶的協同作用完成的,其中巨大芽胞桿菌和青霉菌發酵過程中能夠產生分解植酸鈣的酶,增加發酵液中有效磷含量。篩選出的具有分解無機磷和有機磷功能的解磷菌,其主要解磷機制是菌體代謝產生磷酸酶的作用。


其他作用


現有研究結果表明,磷酸鹽的降解是多種降解機制的綜合作用,解磷菌在以難溶性磷酸鹽為唯一磷源的培養基上生長繁殖時,其呼吸和代謝因土壤或介質條件的差異而表現出不同解磷機制。有研究發現,解磷菌通過解磷作用所釋放的磷很少,主要作用是其分泌的生長調節物質促進了作物生長的結果,如根毛數量和長度、須根數量、表面積、生物量比以及比根長等,或者是菌株具有解磷和促進生長的雙重效果;解磷菌的使用顯著提高了根際微生物數量、種類,增加了土壤微生物多樣性,改善了土壤微生態條件,由此增加了土壤中有效磷含量。有些解磷菌在降解動植物殘體過程中,形成腐殖酸類物質,該類物質能與難溶性磷酸鹽中的鈣、鐵、鎂等螯合,從而釋放出磷酸根。


解磷菌的研究及應用存在問題


①目前篩選解磷菌使用的植物種類還很少,多數具有解磷功能的菌種還沒有篩選出來;


②解磷菌培養工藝還不夠完善,每一個菌種都有其獨特的生產工藝,如何發揮其最佳使用效果的生產工藝有待研究;


③解磷菌單獨使用效果有限,與其他有益菌復合使用可能發揮其效應;


④解磷菌轉代次數越多、保藏時間越長,其解磷效果會降低,如何穩定解磷功效有待研究;


⑤提高解磷菌使用效果的關鍵是解除土壤抑菌效應,目前對提高解磷菌在土壤中定殖能力研究很少。


隨著解磷菌研究的深入,解磷菌部分替代磷肥將成為現實,在提高磷肥利用率及作物產量的同時,改善土壤環境、減少磷素對土壤及河流污染,使農業生產更加可持續發展。


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