陳治宇　郎南軍　李甜江

摘要：通過(guò)對(duì)解磷微生物的種類、分布、解磷機(jī)制的介紹，對(duì)研究熱點(diǎn)討論和研究進(jìn)展的分析，得到了展望性的結(jié)論：①?gòu)姆肿臃矫嫒プ穼?；②通過(guò)轉(zhuǎn)基因或分子、細(xì)胞雜交的方式，篩選出高效、生存能力強(qiáng)、變異率小、比較穩(wěn)定的、無(wú)論在什么環(huán)境什么土壤中都能很好地生存的解磷微生物；③利用系統(tǒng)聚類的方式將解磷真菌和細(xì)菌的種屬關(guān)系一一確定。最后，對(duì)解磷菌和其他的根際微生物的協(xié)同等相互關(guān)系、發(fā)生、發(fā)展進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：解磷菌；解磷機(jī)制；發(fā)展與展望

中圖分類號(hào)：X172文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2014）10023203

1引言

磷是植物細(xì)胞的重要組成元素之一，可參加植物的光合作用，且對(duì)植物代謝和遺傳起到重要作用。在我國(guó)，缺磷的現(xiàn)象非常嚴(yán)重占到土壤的74%，在北方，由于鹽堿地和鈣化土壤較多，可與土壤中的Ca2+結(jié)合，形成難溶的無(wú)效磷，無(wú)法被植物直接吸收利用。而在我國(guó)南方地區(qū)，由于降雨量充足，水土流失量大，全年日照充足，熱量豐富，形成了酸性強(qiáng)，鐵鋁含量高，土壤易板結(jié)的特點(diǎn)，難溶性的磷被鐵鋁離子所固定，形成難溶性磷酸鹽，而可溶性的磷卻被雨水所帶走，導(dǎo)致了山地土壤磷元素嚴(yán)重缺失，而且水體富磷化嚴(yán)重，再加之農(nóng)民不科學(xué)的施用磷肥，使土壤更加板結(jié)加重，通氣透水性更差，使得土壤更加缺磷和水體富磷化。

很多因素影響了土壤磷素的有效利用，然而解磷微生物對(duì)土壤中難溶磷酸鹽具有巨大的轉(zhuǎn)化能力，能將其分泌為植物生長(zhǎng)所需的植物生長(zhǎng)素類物質(zhì)，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。解磷菌產(chǎn)生的酸性物質(zhì)可以加快含磷不溶有機(jī)化合物的分解，其分泌的植酸酶、核酸酶和磷酸酶等可與無(wú)機(jī)磷進(jìn)行螯合，使不可利用的無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)換成有效磷，促進(jìn)磷素釋放[1] ，若用解磷菌作為生物肥料，其優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的：成本低，效果好，緩釋可持續(xù)，施用后不但可以增加作物產(chǎn)量，改善土壤質(zhì)量和結(jié)構(gòu)，還能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤中磷的有效利用率，節(jié)肥增產(chǎn)，對(duì)保持生態(tài)環(huán)境平衡具有重要意義。

目前，對(duì)解磷微生物的研究主要是集中在以下幾個(gè)方面。

（1）解磷微生物的分離、純化和鑒定等工作（類群的研究）；

（2）對(duì)解磷微生物分布規(guī)律和數(shù)量以及同植物的協(xié)同等作用的研究；

（3）對(duì)解磷機(jī)制的分析研究；

（4）對(duì)如何開(kāi)展解磷微生物的研究方法進(jìn)行討論；

（5）不斷地發(fā)現(xiàn)新的效果更好，能夠與多種植物共生的優(yōu)良微生物和菌肥。

2解磷微生物的研究概況

1935年蒙基娜從土壤中獲得一株解磷巨大芽孢桿菌（Bacillus megatherium phosphaticum）[2]。隨后，陳廷偉、Sperber、尹瑞玲等對(duì)解磷微生物不斷進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了歐文氏菌、假單胞菌、產(chǎn)堿菌、多粘芽孢桿菌、枯草桿菌等[3～5]。1998年林凡等研究了水稻經(jīng)聯(lián)合固氮菌的浸種后，該菌劑在全國(guó)12個(gè)省市的應(yīng)用結(jié)果表明其對(duì)水稻的增產(chǎn)效果非常明顯[6]。

3解磷微生物的種類

能夠分解磷的微生物主要為細(xì)菌、真菌和放線菌。目前已經(jīng)報(bào)道的解磷細(xì)菌主要有芽孢桿菌（Bacillus）、假單胞桿括菌（Pseudomonas）、歐文氏菌（Erwinia ）、土壤桿菌（Agrobacterium ）、沙雷氏菌（Serratia）、黃桿菌（Flavobacterium）、腸細(xì)菌（Enterbacter）、微球菌（Micrococcus）、固氮菌（Azotobacter）、根瘤菌（Bradyrhizobium）、沙門氏菌（Salmonella）、色桿菌（Clromobacterium）、產(chǎn)堿菌（Alcaligenes）、節(jié)細(xì)菌（Arthrobacter）、硫桿菌（Thiobacillus）、埃希氏菌（Escherichia）。真菌類主要有青霉菌（Penicillium）、曲霉菌（Aspergillus ）、根霉（Rhizopus）、鐮刀菌（Fusarium）、小菌核菌（Sclerotium）。放線菌有鏈霉菌（Streptomyces AM）、菌根菌（Arbuscular Mycrrhhiza）[7～9]。

在不同作物根際和不同土壤性質(zhì)之間，解磷菌種群分部是存在差異的。如尹瑞玲[5]發(fā)現(xiàn)在東北黑鈣土中，主要以芽孢桿菌和假單孢桿菌為主，紅壤和黃棕壤中解磷菌種類則較為繁多。林地中主要是假單胞桿菌屬和沙門菌屬，而無(wú)機(jī)磷細(xì)菌種類比較少。溶磷微生物數(shù)量因土壤不同而不同，黑鈣土>黃棕壤>白土>紅壤>磚紅壤>瓦堿土。

解磷菌在不同植物根圈不同區(qū)域的數(shù)量分部也是不同的，Katznelson（1962）[10]對(duì)小麥根圈解磷細(xì)菌分部的研究得到，根際上的解磷菌要比非根際的高6～18倍。林啟美和趙小蓉對(duì)小麥和玉米的研究也表明根際土壤比非根際土壤高10～100倍。

2014年10月綠色科技第10期

陳治宇，等：解磷微生物研究進(jìn)展工程與技術(shù)

4解磷微生物的分布

林啟美等在分析草地、林地、農(nóng)田和菜地壤中解有機(jī)磷的細(xì)菌和解無(wú)機(jī)磷細(xì)菌的數(shù)量和種群結(jié)構(gòu)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量要比無(wú)機(jī)磷數(shù)量多，尤其是菜地中細(xì)菌數(shù)量和種類最多[11]。不同作物的根際所分布的解磷微生物的種群也存在差異。SundaraRao和Sinha發(fā)現(xiàn)小麥根際解磷菌主要為芽孢桿菌屬（Bacillus）和埃希氏菌屬（Escherichia）[12]。Elliott等報(bào)道春小麥根際解磷菌主要為芽孢桿菌屬（Bacillus）、假單孢菌屬（Pseudomonas）、鏈霉菌屬（Streptomyces）[13]。趙小蓉等研究發(fā)現(xiàn)玉米成熟時(shí)期根際有機(jī)磷細(xì)菌為假單胞菌屬和黃桿菌屬，無(wú)機(jī)磷細(xì)菌為歐文氏菌屬[9]。

5土壤中磷的有效性和轉(zhuǎn)化過(guò)程

土壤中的磷是以有機(jī)和無(wú)機(jī)兩種形式存在的。

有機(jī)磷一般是存在于植物枯枝落葉和動(dòng)植物尸體當(dāng)中（主要存在形式為核酸、磷脂、磷酸肌醇和部分含磷蛋白質(zhì)），有機(jī)磷微生物需要很長(zhǎng)時(shí)間慢慢分解才能釋放出來(lái)，但是這也要考慮到當(dāng)?shù)丨h(huán)境的復(fù)雜性，尤其在干旱或無(wú)動(dòng)植物活動(dòng)的地區(qū)，有機(jī)磷含量非常有限，但是在熱帶雨林等自然氣候復(fù)雜，多雨，多動(dòng)植物的地區(qū)，有機(jī)磷和解磷微生物都非?；钴S，導(dǎo)致這些地區(qū)生有機(jī)磷含量較高。endprint

土壤中無(wú)機(jī)磷的存在形式主要是被固定在巖石中（原生礦石和次生礦石），包括磷灰石和一些閉蓄態(tài)、非閉蓄態(tài)（磷酸鐵，磷酸鋁，磷酸三鈣）鹽組成，這與土壤類型關(guān)系非常密切，一般也不容易釋放出來(lái)，不能達(dá)到供植物吸收利用的目的。

在我國(guó)的南方地區(qū)，主要是以酸性土壤為主（紅壤，磚紅壤，赤紅壤），由于日照強(qiáng)烈、雨水充足的原因，風(fēng)化程度高。而且鐵鋁含量較高，多數(shù)可利用的磷肥被大量游離的鐵鋁離子所固定并轉(zhuǎn)化為磷酸鐵和磷酸鋁，這兩種化合物含磷量可高達(dá)80%～90%之多[14，15]，而部分游離態(tài)的磷元素由于淋溶作用被雨水帶走。北方地區(qū)，主要是鹽堿性土壤，由于風(fēng)化程度低，土壤中含有大量的鈣離子，可與游離的磷素很快轉(zhuǎn)化為可沉淀的磷酸二鈣進(jìn)而轉(zhuǎn)化為磷酸八鈣，最終轉(zhuǎn)化為磷酸十鈣[14，16]。尤其是石灰性土壤中的無(wú)機(jī)磷主要以磷酸和鈣占主導(dǎo)，平均占無(wú)機(jī)磷總量的70%以上，其次是磷酸八鈣占10%左右，磷酸二鈣占1%，磷酸鐵和磷酸鋁較少占無(wú)機(jī)磷的4%～5%，氧化磷占10%左右[14，17]。

6解磷能力測(cè)定方法

測(cè)定微生物是否具有解磷能力一般有兩種方法：一是鉬磷比色法；二是同位素示蹤法。

6.1鉬磷比色法

將解磷微生物加入不溶性磷化物[如Fe3（PO4）2]，與不含解磷微生物的培養(yǎng)液進(jìn)行對(duì)照，培養(yǎng)一段時(shí)間后，過(guò)濾，再將濾液經(jīng)鉬磷試劑處理，讓培養(yǎng)液顯色后，比色，間接求出溶解性磷的含量[4]。梁紹芬等還采用離心除去細(xì)胞后測(cè)定水溶磷的含量；還有報(bào)道將菌株接種于30mL不溶性磷化物的培養(yǎng)基中經(jīng)過(guò)21d培養(yǎng)后，再加入0.1mol/L的HCl震蕩過(guò)濾后進(jìn)行測(cè)定，他們認(rèn)為能夠被HCl提出來(lái)的無(wú)機(jī)磷都屬于微生物分解獲得的磷[18]。但是考慮到微生物在自身的生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中能夠分泌一些含有溶解性磷酸鹽的能力，而且有些磷被微生物吸收后駐藏在有機(jī)體中，所以這種方式不能較為準(zhǔn)確地測(cè)定解磷菌的解磷能力，必須通過(guò)消煮和過(guò)濾才能準(zhǔn)確反應(yīng)微生物解磷能力[19]。

6.2同位素示蹤法

測(cè)定培養(yǎng)基中植物吸收的同位素可溶性磷的含量。具體做法是：在已有可溶性P33的溶液中加入解磷菌和不溶性P32，培養(yǎng)一段時(shí)間后，放入一直能夠水培的植物幼苗，使植物生長(zhǎng)一段時(shí)間進(jìn)行同位素P32的檢測(cè)（對(duì)照組是只含可溶性P33和不溶性P32），測(cè)定植物體內(nèi)P32的增加量。尹瑞玲等利用從土壤中分離出的265株解磷菌來(lái)分解摩洛哥磷礦粉，其平均分解能力為2～30mg/g[4]。

7解磷機(jī)制研究

趙小蓉、林啟美等人研究發(fā)現(xiàn)，微生物的解磷機(jī)制被認(rèn)為是由于微生物能夠分泌一些酸性物質(zhì)，其不但能夠降低土壤pH值而且能夠使難溶的磷酸鐵、磷酸鈣、磷酸鋁、磷酸鎂等不溶性磷酸鹽溶解。林啟美等還發(fā)現(xiàn)細(xì)菌能夠分泌檸檬酸、乙酸、蘋果酸、乳酸、丙酸等有機(jī)酸，而且不同菌株之間的差異還很大；真菌分泌的卻比較復(fù)雜，種類較多，同種菌株之間差別也比較大，一般是草酸、酒石酸、檸檬酸、丁二酸、乳酸和乙酸等。趙小蓉等的研究還表明，微生物的解磷能力與培養(yǎng)基中pH值存在一定的相關(guān)性（r=0.732），但同時(shí)也提出培養(yǎng)介質(zhì)pH值的下降，其實(shí)并不是解磷的必要條件，表明不同的有機(jī)酸對(duì)鐵鋁鈣等難溶性磷酸鹽的分解能力也存在差異。Illmer et al發(fā)現(xiàn)在有些不產(chǎn)生有機(jī)酸的微生物中，也具有溶解磷酸鹽的現(xiàn)象，其本質(zhì)可能與呼吸作用（產(chǎn)生的氫離子）有離子交換作用的存在。Penicillium effuscum現(xiàn)象的研究也表明，微生物在交換陽(yáng)離子的過(guò)程中，利用ATP轉(zhuǎn)化時(shí)所產(chǎn)生的能量，將氫離子放在細(xì)胞的表面，能夠促進(jìn)有機(jī)磷的溶解[20]。多硫細(xì)菌屬的細(xì)菌可以依靠氧化硫產(chǎn)生的硫酸來(lái)溶解難溶性的磷[21]。

AM（Arbuscular Mycorrhiza）菌根菌近年來(lái)也是研究得較多的，它能夠促進(jìn)植物對(duì)磷元素的吸收，增加植物磷的含量促進(jìn)植物生長(zhǎng)。宋永春[22]對(duì)缺磷土壤施用植酸和卵磷脂的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，菌根菌能夠增加土壤酸性磷酸酶和堿性磷酸酶的活性，使土壤中的磷素有效化。Arihara等在對(duì)AM與玉米生長(zhǎng)關(guān)系的研究顯示，播種前土壤中有效磷含量相同，玉米的產(chǎn)量也和AM根菌的施入成正相關(guān)[23]。AM菌株能夠促進(jìn)植物磷吸收的主要機(jī)制為：AM菌根能夠增加植物根系吸收磷素的表面積，增加了磷溶圈的面積，并轉(zhuǎn)化和傳遞給植物，且AM菌根能夠提高酸性磷酸酶和堿性磷酸酶的活性，使轉(zhuǎn)化的效率提高。

8解磷微生物發(fā)展方向和未來(lái)展望

（1）必須從分子方面去追尋，去了解解磷微生物的分子機(jī)制，從DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯方面去全新地認(rèn)識(shí)解磷基因或者是促解磷基因。在解磷過(guò)程中有哪些小分子RNA或小分子蛋白質(zhì)信號(hào)的變化以及細(xì)胞從接收信號(hào)到做出具體反映的微變化，從而更全面地了解解磷微生物。

（2）通過(guò)轉(zhuǎn)基因或分子、細(xì)胞雜交的方式，篩選出高效、生存能力強(qiáng)、變異率小、比較穩(wěn)定的，無(wú)論在什么環(huán)境、什么土壤中都能很好地生存的解磷微生物。

（3）解磷菌的種類較為繁多，我們可以通過(guò)采集不同地區(qū)，不同環(huán)境的土壤或水體的解磷微生物進(jìn)行系統(tǒng)研究，鑒定和分離，提取DNA，利用系統(tǒng)聚類的方式將解磷真菌和細(xì)菌的種屬關(guān)系一一確定。

（4）要對(duì)解磷菌和其他的根際微生物的協(xié)同等相互關(guān)系、發(fā)生、發(fā)展進(jìn)行研究。

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