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解磷微生物作用机制、应用及研究历史

来源:微生物学杂志 发布时间:2024-09-26 17:19:28 浏览:49 次

耕地土壤中磷素含量普遍不高,再加上土壤中对磷素的固定作用,导致磷肥利用效率较低。解磷菌具有提高土壤有效磷含量、减少磷肥使用量及促进植物生长的作用。


解磷微生物研究历史


Stalstrom等发现一些原本不溶于水的磷酸盐和天然的磷矿石能被一些细菌所溶解吸收。Gerrestsen研究了微生物对植物吸收利用磷素的影响,研究结果表明,生长于不灭菌土壤中的植物生物量明显比生长于灭菌土壤中的植物生物量高,增加幅度在72%~188%之间,磷总吸收量增加幅度在79%~340%之间,由此认为是土壤微生物作用的结果。一些难溶性的含磷复合物作为土壤磷源应用,从土壤中筛选出细菌50株,其中36株在平板上形成了溶磷圈。1935年,前苏联学者蒙金娜从土壤中分离到1株巨大芽胞杆菌(Bacteriamegatherium),其具有分解核酸和卵磷脂等作用。自20世纪50年代开始,国内开始解磷菌的相关研究及应用,先后从东北黑土和灰化土中筛选出具有解磷能力较强的芽胞杆菌、极毛杆菌等;80年代开始进行解磷菌解磷作用机理研究,并对解磷机制进行了探讨;90年代以后,陆续从多个菌株中克隆出一些相关基因;到目前为止,对于解磷菌的作用机制研究仍在进行中。

解磷微生物作用机制


解磷菌解磷功能的强弱除了与自身基因相关外,还与外界条件相关。解磷菌在生长过程中向外分泌各种小分子酸类物质、质子、多糖、酶等分解难溶性磷,而解磷菌向外分泌这些物质的多少,受解磷菌与环境条件互作的影响,如温度、土壤含水量、不同的碳、氮、磷源等营养供给等,环境条件在影响解磷菌分泌物的同时,也受解磷菌分泌物的影响而有所改变。不同解磷菌的解磷机制不同,有些菌通过其中的一种机制,有些菌通过多种机制导致含磷矿物的溶解。


磷酸酶的作用


解磷菌通过分泌磷酸酶分解有机磷酸酯,磷酸酶还能矿化有机磷酸盐,使其成为植物可吸收利用的可溶性磷。研究发现,解磷菌溶磷过程是通过有机酸和磷酸酶的协同作用完成的,其中巨大芽胞杆菌和青霉菌发酵过程中能够产生分解植酸钙的酶,增加发酵液中有效磷含量。筛选出的具有分解无机磷和有机磷功能的解磷菌,其主要解磷机制是菌体代谢产生磷酸酶的作用。


其他作用


现有研究结果表明,磷酸盐的降解是多种降解机制的综合作用,解磷菌在以难溶性磷酸盐为唯一磷源的培养基上生长繁殖时,其呼吸和代谢因土壤或介质条件的差异而表现出不同解磷机制。有研究发现,解磷菌通过解磷作用所释放的磷很少,主要作用是其分泌的生长调节物质促进了作物生长的结果,如根毛数量和长度、须根数量、表面积、生物量比以及比根长等,或者是菌株具有解磷和促进生长的双重效果;解磷菌的使用显著提高了根际微生物数量、种类,增加了土壤微生物多样性,改善了土壤微生态条件,由此增加了土壤中有效磷含量。有些解磷菌在降解动植物残体过程中,形成腐殖酸类物质,该类物质能与难溶性磷酸盐中的钙、铁、镁等螯合,从而释放出磷酸根。


解磷菌的研究及应用存在问题


①目前筛选解磷菌使用的植物种类还很少,多数具有解磷功能的菌种还没有筛选出来;


②解磷菌培养工艺还不够完善,每一个菌种都有其独特的生产工艺,如何发挥其最佳使用效果的生产工艺有待研究;


③解磷菌单独使用效果有限,与其他有益菌复合使用可能发挥其效应;


④解磷菌转代次数越多、保藏时间越长,其解磷效果会降低,如何稳定解磷功效有待研究;


⑤提高解磷菌使用效果的关键是解除土壤抑菌效应,目前对提高解磷菌在土壤中定殖能力研究很少。


随着解磷菌研究的深入,解磷菌部分替代磷肥将成为现实,在提高磷肥利用率及作物产量的同时,改善土壤环境、减少磷素对土壤及河流污染,使农业生产更加可持续发展。


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