土壤溶磷微生物溶磷、解磷机制研究进展

土壤磷素存量大,但其中约95%不能被植物直接吸收利用,土壤中磷素供给不足常常是制约作物生长发育的重要原因之一。活化土壤中的难溶性磷、增强土壤有效磷的供给能力,一直是人们关注的重要问题,并对农业可持续性发展具有重要意义。土壤溶磷微生物(phosphate solubilizing microorganisms, PSMs)是土壤磷循环中的重要一员,能够通过酸解作用、酶解作用等将无效磷转化为有效磷供植物吸收,从而促进植物生长发育。通过PSMs改善土壤磷素营养是一项有利于资源节约、环境友好的重要农业措施,其应用前景十分广阔。因此,深入了解PSMs溶磷、解磷机制对于提高土壤磷素利用效率和提高作物产量具有十分重要的作用。本文对土壤溶磷微生物的种类、无机矿物磷溶解途径以及溶磷微生物依靠酶解作用对有机磷的矿化等方面进行了综述,并对该领域的研究发展方向进行了展望。     

两株对花生促生的芽孢杆菌的鉴定及溶磷特性研究

土壤中绝大多数的磷以难溶态存在而不能被利用,溶磷微生物可以溶解难溶性磷,提高土壤的速效磷水平,从而促进植物生长。本研究利用盆栽实验测定从茶树根际分离的2株溶磷细菌对花生生长的影响,发现均具有显著促生效应,尤以HP9菌株表现更为明显。通过形态、生理生化试验及分子生物学方法进行鉴定,将HP9、HP10菌株分别鉴定为贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)和坚强芽孢杆菌(Bacillus firmus)。研究2个菌株在不同碳氮源条件下的溶磷性,结果显示HP9菌株具有更强的溶磷能力,2个菌株溶磷的最优碳源均为葡萄糖,最优氮源则有明显差异,HP9菌株优先利用硝酸钾,而HP10菌株则以硫酸铵为氮源时溶磷量更高;进一步研究菌株的溶磷机制,相关性分析显示2个菌株培养液中的可溶磷含量与pH值呈显著负相关,GC-TOF-MS测定表明2个菌株代谢产物中产生的有机酸是其溶磷的重要原因,而产生的有机酸类型和含量的明显不同与菌株溶磷水平的差异有关,研究结果解析了芽孢杆菌属不同种菌株在溶磷机制上存在的多样性。     

4株溶磷细菌和真菌溶解磷矿粉的特性*

溶磷微生物广泛地分布在土壤、根际等生态环境中 ,了解这些微生物溶解难溶性磷酸盐如磷矿粉的特性 ,对于开发利用这些微生物 ,提高磷素利用效率具有重要作用。研究发现 :真菌比细菌溶解磷矿粉的能力要强得多 ,培养基中的铁、镁、锰、钠等成分可以提高真菌的溶磷量 ,但降低了细菌的溶磷量。培养基中磷矿粉用量越高 ,溶磷量越低 ;碳源物质浓度高于 3 %将显著地降低溶磷量。微生物能够破坏磷矿粉的结构 ,使其中的磷在以后的培养过程中更加容易释放出来。可见利用微生物活化磷矿粉中的磷 ,具有良好前景。     

一株溶磷真菌筛选鉴定及其溶磷促生效果

【目的】从高产农田筛选高效溶磷微生物菌株,为溶磷微生物肥料开发提供高效菌种资源。【方法】利用菌株的形态学特性、培养特征和ITS rDNA序列分析方法进行菌株鉴定,结合液体培养和土壤培养方法研究菌株的溶磷能力,进而采用温室盆栽和田间小区试验,明确溶磷菌P83促进作物生长和提高作物产量的作用效果。【结果】溶磷菌株P83鉴定为斜卧青霉菌(Penicillium decumbens)。液体条件下培养10 d,菌株P83表现显著高效的溶磷能力,对Ca3(PO4)2(5g/L)的溶解效果,有效磷达956 mg/L,溶解率为42.68%,对湖南永和磷矿粉的溶液效果,有效磷达到152.8 mg/L;将P83菌株分别接种于施用Ca3(PO4)2、Zn3(PO4)2和磷矿粉(RP)3种磷源的盆栽试验土壤中,结果显示,菌株P83对玉米植株促生效果比对照显著提高,玉米植株鲜重提高9.5%-89.2%、干重增加35%-231%,土壤有效磷提高2.1-40.5 mg/kg。田间小区玉米产量结果显示,溶磷菌P83增产效果最好(P=0.05),玉米子粒产量达9.2t/hm2,比不接种菌剂的对照增加2.4 t/hm2,增产率为35.3%。【结论】获得了一株溶解难溶磷的斜卧青霉菌P83,它能够活化多种难溶磷、显著增加土壤有效磷水平,对玉米生长和增加作物产量具有显著作用,是一株展现良好应用前景的高效溶磷菌种。     

一株新的溶磷棘孢青霉菌Z32的分离、鉴定及其土壤定殖与溶磷特性

【目的】从植物根部土壤中分离到一株高效溶磷真菌Z32,进行了分类学鉴定和土壤定殖与溶磷特性的初步研究。为溶磷微生物的应用提供新的菌株。【方法】通过形态特征、培养特征和ITSrDNA序列分析方法进行菌株鉴定。通过菌株Z32在土豆液体培养基培养过程中培养液pH的变化确定溶磷菌株的溶磷能力。利用菌株土培试验,进行菌株的土壤定殖和土壤中不同形态无机磷转化试验。【结果】菌株Z32鉴定为棘孢青霉菌(Penicillium aculeatum)。菌株Z32能在4d内完全溶解固体培养基中的磷酸三钙,18h内将土豆液体培养基的pH值从7.0降低到1.5左右。菌株Z32在20℃时的定殖效果最好,21d时,菌数达到起始的9.83倍,而且能够保持到49d不消亡。在20℃时,添加菌株Z32的土培实验在21d时,土壤中Ca8H2(PO4)6·5H2O、AlPO4和FePO4等难溶无机磷向可溶性的CaHPO4转化,CaHPO4含量增加了58.83%。49d时,土壤中的Ca8H2(PO4)6·5H2O、AlPO4和和FePO4被转化后,没有随着微生物的减少而完全被固定。【结论】筛选到一株新的溶磷菌株Z32在土壤中很好定殖,能够转化土壤中多种形态的难溶无机磷为可溶性的CaHPO4,显著增加土壤中CaHPO4的含量。同时阻滞了Ca8H2(PO4)6·5H2O、AlPO4和和FePO4等难溶无机磷的固定。     

秸秆还田对设施番茄产量和土壤磷素的影响

进行温室玉米秸秆还田对番茄的增产效果以及对设施土壤磷素的影响研究。通过单因素试验,检测秸秆还田对微生物量磷和磷素淋溶的影响。与对照相比,添加秸秆可以显著提高土壤中全磷和有效磷的含量,以能显著提高土壤的磷活化系数,以秸秆30 000 kg/hm²、磷肥（过磷酸钙,P）200 kg/hm²（S3P3）的处理最高,有效降低土壤中全磷和有效磷向下迁移的能力。秸秆还田还可以增加土壤中微生物量磷含量,秸秆还田量和微生物量磷之间存在中等程度相关,并改变土壤中有效磷的比例,进而对植物生长产生一定的影响。结果表明,秸秆还田能够改变磷元素在土壤耕作层中的分布,提高土壤中微生物量磷和有效磷的含量,增加原土壤的磷活化系数,并显著减少磷素的淋溶量,为降低农业面源污染提供了部分解决途径。     

两株溶磷真菌的筛选、鉴定及溶磷效果的评价

【目的】从作物根围土壤中筛选高效溶磷菌株。【方法】结合溶磷圈筛选法和钼锑抗比色法评价菌株的溶磷能力;利用菌株的形态学特性、培养性状和微管蛋白β-tubulin基因序列分析方法进行菌株的鉴定;采用气相色谱-质谱法(GC-MS)对溶磷菌的产酸物质进行分析;并用平板亲和性实验测定菌株间的兼容性。【结果】筛选得到2株高效溶磷菌株P1-1、P2-2;经鉴定,菌株P1-1为黑曲霉(Aspergillus niger),P2-2为塔宾曲霉(A.tubingensis)。2株溶磷菌株的产酸物质相同,均为草酸、葡萄糖酸、乳酸和甘油酸。这2株溶磷菌与杀线虫功能菌株淡紫拟青霉(Purpureocillium lilacinum)、橄榄色链霉菌(Streptomyces olivaceus)和苍白杆菌(Ochrobactrum pseudogrignonense)兼容性好。2菌株分别在Ca_3(PO_4)_2、Zn_3(PO_4)_2、羟基磷灰石为磷源的无机磷固体培养基中25°C培养5 d,测定溶磷圈的直径(D)与菌落直径(d),通过计算其比值D/d的大小对比,以及在Ca_3(PO_4)_2、Zn_3(PO_4)_2、羟基磷灰石为磷源的液体培养基中培养5 d,测定发酵液中有效磷含量进行比较后判定,这2株溶磷菌溶解磷的能力强且效果相当。【结论】获得了2株高效的溶磷真菌。它们能活化多种难溶性磷源,同时伴随挥发性酸性物质的产生;2个菌株与1组杀根结线虫微生物菌群兼容性均良好。     

一株高效解磷菌的筛选鉴定及溶磷性能

【背景】土壤中大部分磷元素是以难溶性磷酸盐的形式存在,不能被农作物有效利用,而传统化学肥料会带来环境污染等问题。【目的】解决土壤磷缺失现状,开发新型、安全、高效的微生物菌肥。【方法】取武汉科技大学图书馆后土壤为试验材料,筛选出一株高效解磷菌。通过个体形态鉴定、生理生化鉴定、16S rRNA基因序列分析鉴定菌株,以NBRIP为基础培养基进行条件优化,借助高效液相色谱进行细菌解磷机理探究。【结果】所筛选的高效解磷菌株为唐菖蒲伯克霍尔德氏菌(Burkholderia gladioli)。在20种氨基酸中,D-蛋氨酸对菌株的生长和溶磷促进作用最好,促进效果达到19.09%和16.16%,甲酸钠对菌株的生长和溶磷有抑制效果,抑制效果达到39.08%和10.66%。该菌株通过分泌葡萄糖醛酸、D-L-苹果酸等有机酸溶解环境中的磷酸盐,将菌株制作成菌肥对辣椒幼苗有明显的促生长作用。【结论】利用唐菖蒲伯克霍尔德氏菌(Burkholderia gladioli)分泌有机酸溶解土壤中的磷酸盐,可为生物肥料的制备和应用提供一定的理论参考。     

一株高效溶磷产红青霉培养条件优化及其溶磷特性

为了减少农业生产中化学肥料的使用,本研究利用无机磷培养基对富磷的茶树（Camellia sinensis L.）根际微生物进行筛选,获得一株对磷酸三钙具有高效降解能力的真菌菌株JL-1,经鉴定为产红青霉（Penicillium rubens）。通过检测菌株JL-1在溶磷过程中发酵液的pH值、磷含量和有机酸含量变化发现,该菌株在无机磷培养基中,发酵液pH值与葡萄糖酸含量、pH值与磷含量以及葡萄糖酸与磷含量分别呈显著负相关、显著负相关和显著正相关,且在电子显微镜下观察到磷酸三钙颗粒表面存在被侵蚀痕迹,深入分析发现菌株JL-1通过分泌葡糖糖酸实现侵蚀磷酸三钙与溶磷的目的。通过单因素试验、Plackett-Burman设计试验、最陡爬坡试验和中心组合试验等一系列试验对培养条件进行优化发现,菌株JL-1溶解磷酸三钙的最佳碳源和氮源分别是葡萄糖和硫酸铵。葡萄糖含量、磷酸三钙含量和温度是影响菌株JL-1溶磷能力的主要因素,在葡萄糖29.8 g/L,磷酸三钙7.1 g/L,温度31.9℃的条件下,菌株JL-1在无机磷培养基中的溶磷能力达到最佳,溶磷量达到1 194.15 mg/L,是初始值的近3倍。在...     

牡丹根际溶磷放线菌的筛选及其溶磷特性

通过从牡丹根际土壤中分离筛选溶磷放线菌,得到一株具有较强溶磷能力的菌株PSPSA1,根据形态特征、生理生化特性以及16S rDNA序列分析对菌株进行鉴定,并研究其溶磷遗传稳定性及溶磷特性.菌株PSPSA1被鉴定为白网链霉菌,具有较好的溶磷遗传稳定性.在不同磷源培养液中溶磷量依次为磷酸钙(158.5 mg·L^-1)>磷酸铝(139.9 mg·L^-1)>磷酸铁(127.7 mg·L^-1)>卵磷脂(45.6 mg·L^-1),在无机磷培养液中的溶磷量均与pH呈现显著负相关性,在有机磷培养液中的溶磷量与pH没有显著相关性.在不同碳源条件下的溶磷量依次为乳糖>葡糖糖>麦芽糖>果糖>蔗糖>淀粉>纤维素,在不同氮源条件下的溶磷量依次为蛋白胨>硝酸铵>硫酸铵>硝酸钾>尿素,以葡萄糖为碳源、蛋白胨为氮源时,菌株的溶磷量最高可达202.6 mg·L^-1.土培60 d,单施菌株土壤有效磷含量比对照增加68.2%,菌株与有机肥混施土壤有效磷含量比单施有机肥增加76.7%.表明菌株PSPSA1能够溶解多种难溶磷,在土壤中溶磷效果显著,与有机肥混施其溶磷能力明显提高,有望成为高效生物磷肥的优良菌种.     

Decreased mineral availability enhances rock phosphate solubilization efficiency in <Emphasis Type="Italic">Aspergillus niger</Emphasis>

Microbial solubilization of rock phosphate (RP) is mainly achieved by the production of organic acids and medium acidification through H⁺ release. During RP solubilization, mineral nutrient availability is likely to be critical for determining how much carbon is channeled either for metabolite synthesis or for microbial growth, influencing organic acid release by microorganisms. Thus, the objective of this work was to study the relationships between the concentration of mineral nutrients in the growth medium and the efficiency of RP solubilization by Aspergillus niger FS1. For this, the fungus was grown in Czapek medium containing 0, 1, 2, 10, 50, and 100 % of its original concentration of mineral nutrients. Decreasing mineral availability in the growth medium led to decreases in fungal biomass and solubilized P, and increases in titratable acidity and solubilization efficiency as expressed by mg solubilized P per g fungal biomass (Y_P/B), indicating a shift in fungal metabolism from biomass production to organic acid release. The transfer of pre-grown biomass to media with or without added minerals confirmed that lower mineral availability increases Y_P/B and led to the solubilization of 76 % of P present in Patos RP. These observations open new perspectives on improving RP solubilization systems by manipulating mineral nutrient availability in the medium, with consequent gains in cost reduction.     

秸秆预处理对土壤微生物量及呼吸活性的影响

冬小麦秸秆经8．0g·L^-1H2O2(pH11．0)溶液、12．5g·L^-1 NaOH溶液或H2SO4溶液浸泡8h并80℃烘干后,与无机N一起加入土壤,进行室内25℃恒温培养试验,在不同时间测定土壤微生物量C、N和CO2释放速率。结果表明,培养前期,秸秆预处理使土壤微生物量C数量增加了1．0～1．4倍,但降低了土壤微生物的呼吸活性;培养后期,NaOH和H2SO4处理使土壤微生物量C分别下降了28％和42％,但增加了土壤微生物的呼吸活性;H2O2处理则使土壤微生物量N增加90％;土壤微生物区系中的真菌比例在不同时刻有所增加,表明将秸秆预处理后施入土壤,将对土壤中微生物数量和呼吸活性产生一定影响。     

选择性抑菌剂对添加稻草红壤旱土团聚体磷素微生物转化的影响

为了进一步探明红壤旱土磷素微生物固持的机理,采用室内模拟培养试验研究了微生物类群对红壤旱土团聚体(0.2～2mm)磷素转化的作用.结果表明:在培养90d期间,添加稻草处理能显著提高红壤旱土团聚体的微生物生物量碳、生物量磷、提取磷(Olsen法)和有机磷的含量.在培养前期(5～30d),与添加稻草处理比较,稻草+真菌抑制剂(放线菌酮)、稻草+细菌抑制剂(四环素+链霉素硫酸盐)处理团聚体微生物生物量碳含量分别降低10.5%～31.8%和6.8%～11.6%,前者的降低幅度显著大于后者(P0.01),此后加入抑菌剂处理团聚体微生物生物量碳基本保持稳定.添加细菌抑制剂处理团聚体微生物生物量磷含量在培养5～20d期间比加真菌抑制剂处理高10.0%～28.8%,差异显著(P0.01).表明真菌和细菌均参与红壤旱土团聚体磷素的固持,但真菌的作用明显大于细菌.     

Slow and steady phosphate solubilization by a psychrotolerant strain of <Emphasis Type="Italic">Paecilomyces</Emphasis><Emphasis Type="Italic">hepiali</Emphasis> (MTCC 9621)

A psychrotolerant phosphate solubilizing fungus has been isolated from the rock soil of a cold desert site in Indian Himalaya. The fungus grows from 4 to 35°C (optimum 21°C), and from 2 to 13.5 pH (optimum 9) under laboratory conditions. Based on phenotypic characters and 26S rDNA analysis, the fungus is identified as Paecilomyces hepiali. In quantitative estimation that was carried out at 9, 14, and 21°C, the fungus solubilized maximum phosphate at 14°C. In view of the slow growth and persistence of the desired activity at low temperature, the estimation was carried out for a longer period, i.e., up to 6 weeks. The suboptimal conditions for growth and biomass production were found to be optimal for phosphate solubilization by the fungus. At 14 and 9°C, the solubilization touched its maximum on day 42. Decline in pH was found to be significantly correlated with the phosphate solubilization at all the temperatures, under consideration. The acid phosphatase activity was found to be more prominent than alkaline phosphatase in culture filtrate. High performance thin layer chromatography (HPTLC) analysis showed production of six organic acids, gluconic and α-keto glutaric acid being in maximum amount in the culture filtrate. The study has ecological significance in view of the nutrient cycling under low temperature environment, prevalent in Himalayan region.     

4株溶磷细菌和真菌溶解磷矿粉的特性

溶磷微生物广泛地分布在土壤,根际等生态环境中,了解这些微生物溶解难溶性磷酸盐如磷矿粉的特性,对于开发利用这些微生物,提高磷素利用效率具有重要作用,研究发现;真菌比细菌溶解磷矿粉的能力要强得多,培养基中的铁,镁,锰,钠等成分可以提高真菌的溶磷量,但降低了细菌的溶磷量,培养基中磷矿粉用量越高,溶磷量越低;碳源物质浓度高于3%将显地降低溶磷量,微生物能够破坏磷矿粉的结构。使其中的磷在以后的培养过程中更加容易释放出来,可见利用微生物活化磷矿粉中的磷,具有良好前景。     

秸秆覆盖免耕土壤细菌和真菌生物量与活性的研究

土壤微生物生物量在土壤生态系统中具有非常重要的作用。大量的试验研究表明 ,土壤微生物生物量是植物营养元素的一个重要的源与库 ,生物量对土壤养分的调控作用 ,已经成为土壤培肥、耕作制度改革和作物栽培实践中的重要理论依据之一。自从Jenkinson提出了测定土壤微生物量的原理和概念以来 ,Jenkinson和 Powlson提出了测定微生物生物量的方法[16] ,Van De Werf和 Verstraete提出了土壤微生物生物量可以分为全微生物量和活动微生物量[10 ] ,Anderson和 Domsch提出了生物量与生物活性中细菌与真菌的比例为 2 2 /78% [8]。虽然生物量的研…     

The influence of stress treatments on the microbial biomass and the rate of decomposition of humified matter in soils containing different amoutns of clay

Summary ¹⁴C-labelled substrates (glucose, hemicellulose, cellulose, maize straw, and barley straw) were incubated in 4 soils with clay contents of, 6, 12, 16 and 34%. After 2 years an average of 20% of the labelled C remained in the soils; 10% of this residual C was in biomass as determined by fumigation with CHCl₃.Air-drying, C addition (unlabelled glucose), heating (80°C), and grinding of the soils accelerated the evolution of labelled CO₂. Grinding and heating had the largest effect, increasing CO₂ evolution during the first 10 days by a factor of 15 to 22 relative to untreated soil. Air-drying had the least effect; it increased the CO₂ evolution 7 to 9 times. The accelerating effect was still measurable, during the third month of incubation when the CO₂ evolution was 1.2 to 1.9 times that from untreated soil.The treatments also affected the labelled biomass; air-drying had the least effect, and grinding the most. Three months after these two treatments the biomass was 3/4 and 1/4, respectively, of the amount at the start.On the average the treatments in all four soils had the greatest affect on humified material originating from glucose, hemicellulose, and cellulose; the least effect was on material originating from straw.The addition of unlabelled glucose accelerated the evolution of labelled CO₂–C in all four soils. The size of the effect on CO₂ evolution and on the biomass was similar to that of air-drying.Grinding killed a larger percentage of the biomass in the sandy soil than in the soils with a high content of clay. The effect of the other treatments was largely the same in all four soils.The effect of the treatments towards the native biomass and humic matter was largely parallel to that on the labelled biomass.The observations are consistent with the view that the biomass as determined by fumigation with CHCl₃ mainly consists of dormant organisms. CO₂ production — the biological activity — was related to the amount of available organic material and not the size of the biomass.     

不同碳源对三种溶磷真菌溶解磷矿粉能力的影响

通过液体培养法 ,对 3种溶磷真菌利用葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉和纤维素等碳源溶解宜昌产磷矿粉的试验 ,结果表明 ,菌株P2 3在供给葡萄糖时的溶磷能力最高 ,并在一定程度上能够利用长链碳源淀粉和纤维素为营养而溶磷 ;而高效溶磷菌株P6 6和P39溶磷的最佳碳源是果糖和麦芽糖 ,该两菌株利用淀粉和纤维素的溶磷效果很小 ,甚至不溶磷。 3种溶磷真菌培养滤液 pH值、可滴定酸含量与其溶磷量之间的相关性因菌株而异 ,差别很大。菌株P2 3培养滤液pH值、可滴定酸含量与其溶磷量之间相关性很低 ,但菌株P6 6和P39培养滤液pH值、可滴定酸含量与其溶磷量之间相关性却达到极显著水平 (P <0 0 1)。结果表明 ,不同碳源对溶磷菌溶解磷矿粉能力影响很大 ,分析推断 3种菌株产生的有机酸活化磷矿粉能力为P6 6>P39>P2 3。     

Phosphate solubilization potential and stress tolerance of Eupenicillium parvum from tea soil

Eupenicillium parvum was recorded for first time during isolation of phosphate-solubilizing microorganisms from the tea rhizosphere. The fungus developed a phosphate solubilization zone on modified Pikovskaya agar, supplemented with tricalcium phosphate. Quantitative estimation of phosphate solubilization in Pikovskaya broth showed high solubilization of tricalcium phosphate and aluminium phosphate. The fungus also solubilized North Carolina rock phosphate and Mussoorie rock phosphate, and exhibited high levels of tolerance against desiccation, acidity, salinity, aluminium, and iron. Solubilization of inorganic phosphates by the fungus was also observed under high stress levels of aluminium, iron, and desiccation, though the significant decline in phosphate solubilization was marked in the presence of aluminium than iron. The fungal isolate showed 100 % identity with E. parvum strain NRRL 2095 ITS 1, 5.8S rRNA gene and ITS 2, complete sequence; and 28S rRNA gene, partial sequence.     

三种纤毛虫对土壤微生物量和有效氮磷含量的影响

采用土壤培养方法研究了 3种纤毛虫对土壤微生物量及氮磷转化的影响 ,结果表明 ,向土壤接种肾形虫 ( Colopodia sp.)、尖毛虫 ( Oxytricna sp.)和澳毛虫 ( Australothrix sp.) ,特别是澳毛虫 ,显著地降低了土壤微生物碳。说明供试的原生动物与微生物之间存在消长关系。接种澳毛虫显著地降低了土壤有效磷含量 ,而肾形虫和尖毛虫对土壤有效磷含量影响很小 ,仅在培养后期显著地降低了土壤铵态氮含量 ,3种原生动物特别是澳毛虫 ,显著地降低了土壤氮矿化量和硝态氮含量 ,但提高了土壤铵态氮含量 ,说明 3种原生动物抑制了硝化作用 ,而增强了氨化作用。