摘要

磷是植物體生長(zhǎng)發(fā)育所必需的三大元素之一。盡管絕大多數(shù)土壤中含有著豐富的磷元素，但因土壤中所含的磷元素易被固定且易形成沉淀，因此土壤中實(shí)際能被植物體利用的磷元素很少。目前多采用人工施用磷肥的方法。這是一種較快速的解決植物缺磷的手段，但長(zhǎng)期施用會(huì)造成土壤污染，不利于植物的生長(zhǎng)。近年研究表明，解磷微生物可以將土壤中難以被植物利用的無效磷轉(zhuǎn)化為可被植物利用的有效磷，而解磷微生物中的解磷真菌的解磷能力高于解磷細(xì)菌和放線菌。筆者對(duì)解磷真菌的解磷機(jī)制、解磷能力、對(duì)植物的影響以及生態(tài)學(xué)意義等進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞 解磷真菌;解磷能力;解磷機(jī)理

中圖分類號(hào) S154.3 "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A "文章編號(hào) 0517-6611（2014）32-11287-02

Advance and Application Prospect of Phosphatesolubilizing Fungi

TANG Zhe1， YANG Hongyi1*， LI Lili2，3

（1. College of Life Sciences， Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150040; 2. Institute of Forestry Science of Heilongjiang Province， Harbin， Heilongjiang 150081; 3. Crop Tillage and Cultivation Institute， Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin， Heilongjiang 150086）

Abstract Phosphorus， as one of the three major elements， is essential for plant growth and development. However， phosphorus in the soil is rarely used by plants because it is easy to be fixed and forms precipitation， despite the large amount of its content. Nowadays， the artificial fertilizer of phosphorus is widely used in order to solve the problem of the lack of phosphorus in plants. Nonetheless， longterm use could cause soil pollution， which is not conducive to the growth of plants. In the recent years， studies have found that phosphorussolubilizing microorganisms in the soil can transform ineffective phosphorus into the effective phosphorus that can be utilized by plant. Compared with bacteria and actinomycetes， phosphorussolubilizing fungi had higher ability in solubilization of phosphorus. In this paper， the phosphorussolubilizing mechanism of phosphorussolubilizing "fungi， phosphorussolubilizing ability of fungi， influence on the plants and ecological significance were summarized.

Key words "Phosphorussolubilizing fungi; Phosphorussolubilizing capacity; Phosphorussolubilizing mechanism

磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的三大營養(yǎng)元素之一，但土壤中能被植物利用的磷含量只占土壤磷總含量的1%～5%，成為限制植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要原因之一[1]。一直以來，人們通過向土壤中施入磷肥來滿足作物對(duì)磷的需求，但磷肥當(dāng)季的利用率僅為5%～25%，而大部分磷元素與土壤中的鐵離子、鋁離子、鈣離子結(jié)合形成難溶性磷酸鹽[2]，作物利用磷的效率低且大部分在土壤中長(zhǎng)期存留，導(dǎo)致土壤板結(jié)，嚴(yán)重影響作物產(chǎn)量。近些年，利用植物與其根際微生物的相互作用來調(diào)節(jié)植物根際磷的有效性，特別是利用解磷真菌將土壤中不能被作物利用的無效磷轉(zhuǎn)化為能被作物利用的有效磷，已成為近年研究的熱點(diǎn)[3]。

眾多研究表明，土壤中含有多種微生物。這些微生物能夠?qū)⒉灰妆恢参镂绽玫碾y溶性磷酸鹽轉(zhuǎn)化為可被植物利用的形式。具有這種能力的微生物被稱為解磷菌或溶磷菌。解磷菌的種類繁多，包括細(xì)菌、放線菌、真菌等[4]。Kucey[5]從草原土中分離的解磷真菌大多為青霉和曲霉，并且證明雖然解磷真菌的種類不多，但其解磷能力通常比細(xì)菌強(qiáng)。很多解磷細(xì)菌在傳代培養(yǎng)后會(huì)便喪失最初的解磷能力，而且這種喪失是不能再恢復(fù)的，比解磷真菌的遺傳性狀穩(wěn)定[6-7]，在傳代培養(yǎng)后一般不易失去解磷的能力。因此，解磷真菌的研究倍受人們的關(guān)注。筆者對(duì)解磷真菌的解磷機(jī)制、解磷能力、對(duì)植物體的影響以及生態(tài)學(xué)意義等進(jìn)行了綜述。

1 解磷真菌的種類

解磷真菌數(shù)量要比解磷細(xì)菌少得多，其種類也很少，并且多集中在青霉屬（Penicillium）、曲霉屬（Aspergillus）、根霉屬（Rhizopus）、AM菌根菌（Arhusclar mycorrhiza fungus） 、鐮刀菌屬（Fusarium）、小菌核菌屬（Sclerotium）等[8]屬種。其中，解磷真菌中青霉和曲霉占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。所以，眾多文獻(xiàn)對(duì)青霉和曲霉的解磷機(jī)制以及應(yīng)用效果研究報(bào)道相對(duì)要多一些。Kucey等[5，9-13]對(duì)青霉菌和曲霉菌所具有的解磷作用都做了詳細(xì)的研究報(bào)道。

2 解磷真菌解磷能力的測(cè)定

分離解磷真菌并測(cè)定解磷真菌解磷能力有3種常用方法[14-17]。將解磷真菌的菌絲體接種到含有難溶性磷酸鹽的固體平皿上培養(yǎng)，培養(yǎng)一段時(shí)間后測(cè)定平板上的菌絲體周圍產(chǎn)生的透明帶大小;將解磷真菌的菌絲體接種到含有難溶性磷鹽的液體培養(yǎng)基中進(jìn)行搖瓶培養(yǎng)，培養(yǎng)一段時(shí)間后對(duì)比接種有解磷真菌和沒接解磷真菌的液體培養(yǎng)基中可溶性磷含量;將解磷真菌的菌絲體接種到含有培養(yǎng)液的土中或砂中進(jìn)行培養(yǎng)，其中土培主要是為了測(cè)定水溶性磷含量，而沙培主要是為了測(cè)定土壤浸提液中有效磷含量。此外，還可以采用其他方法對(duì)總磷含量進(jìn)行測(cè)定[18]，然而其中的一些方法并不能真實(shí)地反映真菌的解磷能力，而趙小蓉等[17]采用消煮方法、熏蒸方法能準(zhǔn)確地測(cè)定微生物解磷能力。

3 "解磷真菌的機(jī)制

眾多研究顯示，真菌的解磷機(jī)制與其產(chǎn)生有機(jī)酸有密切的關(guān)系。王富民等[12]對(duì)黑曲霉（Aspergillus niger）的研究表明，AP2號(hào)黑曲霉在發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生草酸、檸檬酸等多種有機(jī)酸，而在這種酸性環(huán)境下解磷真菌的溶解磷效果最佳，說明AP2號(hào)黑曲霉的溶磷作用主要是由于在酸性反應(yīng)環(huán)境下發(fā)生了酸解作用所致。范丙全等[13]在固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)具有溶磷能力的草酸青霉菌P8、Pn1，培養(yǎng)一段時(shí)間后這2種菌都表現(xiàn)出較強(qiáng)的溶解Ca3（PO4）2、CaHPO4、Ca8H2（PO4）6·5H2O和骨粉的能力;若在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，對(duì)摩洛哥磷礦粉能夠有效地溶解，并且氮源對(duì)其溶磷能力具有顯著影響，在培養(yǎng)基中加入氨態(tài)氮時(shí)主要分泌的是檸檬酸、蘋果酸、丙酸、乙酸、琥珀酸，在培養(yǎng)基中加入硝態(tài)氮時(shí)則不產(chǎn)生這些有機(jī)酸，由此可見氮源的不同會(huì)導(dǎo)致有機(jī)酸代謝方向的改變，盡管是同一種菌其解磷機(jī)制也可能不只一種。另外，一些解磷真菌使得培養(yǎng)基的酸度提高與其產(chǎn)生的有機(jī)酸無關(guān)。有些真菌不產(chǎn)生有機(jī)酸也具有解磷的能力，其代謝機(jī)制尚不確定。一些報(bào)道還表明，菌根真菌也能促進(jìn)植物對(duì)磷肥的吸收。Arihara等[19]在研究叢枝菌根與玉米生長(zhǎng)關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，在有效磷含量相同的土壤中播種玉米，其玉米產(chǎn)量與叢枝菌根菌的定植率呈一定的相關(guān)性，R=0.80。叢狀菌根菌對(duì)植物促進(jìn)磷的吸收作用主要分3個(gè)方面：①菌根菌與植物共生，其纏繞在植物根系上，增加了根系吸收磷的表面積，使得植物可以吸收到更多的磷源，并且將其轉(zhuǎn)化、傳遞給寄主植物;②菌根菌與植物共生改變了植物的生長(zhǎng)條件，使其根際土壤中的堿性磷酸酶和酸性磷酸酶的活性提高;②菌根菌與植物共生能夠擴(kuò)大根圈范圍，也就擴(kuò)大磷的消耗范圍。

4 解磷真菌對(duì)植物體的影響

梁艷瓊等[20]從海南島芒果根際土壤中分離得到的一株具有解磷作用的菌株FM，用此菌株的發(fā)酵液處理黃瓜、番茄和西瓜植株，經(jīng)過一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)經(jīng)發(fā)酵液處理的植株無論是在株高、根長(zhǎng)和莖圍還是地上部、地下部質(zhì)量都顯著高于沒加入發(fā)酵液的對(duì)照組。由此可見，由解磷真菌制成的解磷菌劑對(duì)黃瓜、番茄和西瓜幼苗的生長(zhǎng)都有促進(jìn)作用。張彥麗[21]等向含少量有效磷的土壤中施加具有解磷能力的青霉菌，并且種植水稻秧苗，一段時(shí)間后對(duì)比施加解磷青霉菌的試驗(yàn)組與不施加任何解磷能力的對(duì)照組，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組水稻秧苗的植株高提高約1/6，地上部分的鮮重增加近2/9，地上部分的干重增加約1/8，地上部分的磷素含量增加約4/9。王晶莉等[22]研究草酸青霉菌（Penicillium oxalicum）解磷真菌對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)的促進(jìn)作用，發(fā)現(xiàn)在接種1個(gè)月后，與未接入菌的對(duì)照組植株相比，土壤中接入解磷真菌的小麥幼苗的試驗(yàn)組小麥的根長(zhǎng)增加近1/3，根重增加近2/7，生物量增加近1/6，小麥的根中磷濃度增加近1/3，小麥莖中磷濃度增加了近2/7，而且土壤中的可溶磷也有所增加。

5 解磷真菌的生態(tài)學(xué)意義

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，長(zhǎng)期施用大量的磷肥來保證植物對(duì)磷素的需求，長(zhǎng)此以往易造成土壤中磷素的過分積累且影響土壤酸堿值的變化，導(dǎo)致土壤板結(jié)，造成作物減產(chǎn)，嚴(yán)重的還會(huì)影響人類健康。因此，近年來開發(fā)新型的生物磷肥取代傳統(tǒng)的化學(xué)肥料受到大家的廣泛重視。解磷真菌不僅可以促進(jìn)作物對(duì)磷的吸收，而且具有以下優(yōu)點(diǎn)[23]。①改善植物營養(yǎng)。解磷真菌吸附在作物根系周圍，溶解難溶性磷素鹽，使磷素不能與Ca2+、Zn2+、Cu2+等微量元素結(jié)合，促使作物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收。②增強(qiáng)作物的抗菌能力。在接種解磷真菌后，解磷真菌能夠快速地在作物根際大量繁殖，成為土壤中的優(yōu)勢(shì)菌群。這也是因?yàn)檫@些優(yōu)勢(shì)菌的大量繁殖，從而減少或抑制其他病原微生物的生長(zhǎng)。③效率高。接種用解磷真菌制成的解磷菌劑可以分解土壤中難溶磷酸鹽，為作物提供優(yōu)質(zhì)、高效的磷素化合物，彌補(bǔ)化學(xué)肥料對(duì)土壤污染已因固定而損失的一部分。④用解磷真菌制成的解磷菌劑不僅投資少，見效快，而且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，具有廣闊的發(fā)展前景。

6 解磷真菌研究中存在的問題以及發(fā)展趨勢(shì)

盡管人們已了解真菌的解磷能力以及遺傳性狀強(qiáng)于細(xì)菌，但是目前仍集中在對(duì)解磷細(xì)菌的研究，對(duì)解磷真菌的報(bào)道相對(duì)較少，并且主要集中在解磷真菌的篩選以及解磷能力的比較，對(duì)接種解磷真菌后對(duì)土壤根際菌群的影響、對(duì)作物地上部分和地下部分的影響報(bào)道較少。目前對(duì)解磷真菌的研究還處在初級(jí)階段，對(duì)解磷真菌解磷機(jī)制的研究還不是十分透徹， 對(duì)解磷真菌的遺傳學(xué)和生理學(xué)研究較少，對(duì)指示和調(diào)節(jié)方面的研究就更少[20]。在未來研究方面，應(yīng)該加強(qiáng)以下工作：①在篩選分離解磷真菌時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)高效優(yōu)質(zhì)的解磷真菌就要不斷地進(jìn)行篩選復(fù)壯，以提高其解磷能力，在獲得高效優(yōu)質(zhì)解磷真菌的基礎(chǔ)上，應(yīng)把重點(diǎn)放在解磷真菌在不同土壤、不同植物、不同環(huán)境條件下的相互作用的生理生化效應(yīng)研究;②眾多研究表明，單一菌肥效果并不明顯，應(yīng)加強(qiáng)解磷真菌與其他功能菌株之間的相互作用，例如與自生固氮菌、根瘤菌、VA菌根菌等的作用，特別是解磷真菌與病原微生物相互作用的機(jī)理研究，為研制具有多功能、高效、優(yōu)質(zhì)的復(fù)合菌劑提供理論基礎(chǔ);③在分子生物學(xué)和酶學(xué)等多方面對(duì)解磷真菌解磷機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步的研究，為制備解磷真菌肥料提供理論基礎(chǔ)以及技術(shù)支持;④利用分子遺傳學(xué)等手段獲得高效的解磷真菌基因，并且將其轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)，從而獲得能高效解磷的植物體。

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