林衛(wèi)紅 張英奇

一、微藻生物技術(shù)

（一）微藻簡介

微藻是指在顯微鏡下才能辨別其形態(tài)的微小藻類群體，是地球高等植物的共同原始祖先，它包括水生微藻、陸生微藻和氣生微藻。微藻是地球上比表面積最大的物種，通過光合作用為自己和其他生物制造食物，提供能量，吸收二氧化碳，釋放氧氣，是地球碳氧循環(huán)的重要媒介，是地球生態(tài)系統(tǒng)中近90%氧氣的制造者。

微藻在生物柴油、保健品、食品、醫(yī)藥、飼料、精細(xì)化工等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，近年來研究發(fā)現(xiàn)，微藻在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有巨大的應(yīng)用潛力。

（二）微藻土壤改良技術(shù)

該技術(shù)的核心是活性微藻土壤改良劑，它是以活體固氮藍(lán)藻、光和營養(yǎng)綠藻等多種特定微藻和營養(yǎng)物質(zhì)復(fù)合而成的一種無添加、純天然、安全可靠的活體微藻藻種液體。這種土壤改良劑具有中和土壤pH 值、放氧、固碳、固氮、溶磷、解鉀等作用，增加土壤有機質(zhì)含量；能促進(jìn)土壤有益微生物生長，改善土壤微環(huán)境，改良土壤結(jié)構(gòu)；能分泌植物生長素，提高植物抗逆性；可廣泛用于鹽堿性土壤、酸性土壤、砂性土壤，起到增加土壤團粒結(jié)構(gòu)、提高土壤腐殖層、降低土壤容重的作用。

（三）微藻土壤改良作用機理

活性微藻土壤改良劑以其活體微藻細(xì)胞放氧，降低電導(dǎo)率和可交換性鈉，加大水力傳導(dǎo)率及土壤孔隙度，提高總有機碳，增加土壤有機質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，以達(dá)到增加腐殖層的效果，使土壤更肥沃，并以其次生代謝產(chǎn)物對微生物和植物的作用，增加土壤有益微生物的繁殖，改善土壤生態(tài)環(huán)境。

1.固氮藍(lán)藻的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能

固氮藍(lán)藻屬于原核微生物，具有革蘭氏陰性細(xì)菌的結(jié)構(gòu)，但是卻有與真核藻類和高級植物相似的自養(yǎng)型光合系統(tǒng)。它主要具有如下的結(jié)構(gòu)和功能：

（1）具有原核微生物的典型細(xì)胞結(jié)構(gòu)，細(xì)胞內(nèi)含有核酸成分，但無細(xì)胞核的完整結(jié)構(gòu)，細(xì)胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，具有調(diào)節(jié)pH值的作用。

（2）屬于革蘭氏染色陰性，細(xì)胞壁帶有大量的負(fù)電荷，因而可以吸附Na+。

（3）細(xì)胞中含有葉綠素a，進(jìn)行產(chǎn)氧型光合作用。營養(yǎng)極為簡單，不需要維生素，以硝酸鹽或氨作為氮源，其異形細(xì)胞是進(jìn)行固氮的場所，因而固氮藍(lán)藻細(xì)胞能在完全不含氮化物的環(huán)境中依靠光合作用和固氮而獨立生存。這對于提高鹽堿土的氮含量，改善土質(zhì)具有重要的意義。

（4）細(xì)胞分泌的胞外多糖，除含有中性單糖外，還含有硫酸基團、己糖醛酸或氨基己糖，有些還含有甲基化的己糖或戊糖。多糖為多聚陰離子大分子，含有多種功能基團，如羧基、羥基、羰基、硫酸基等均可與陽離子作用，它對Na+的吸附能影響外環(huán)境pH 值改變。此外，多糖具有保持水分、降低蒸發(fā)的作用，因此能夠抵抗強干旱環(huán)境。

2.固氮藍(lán)藻細(xì)胞對鹽堿土作用的機理

固氮藍(lán)藻對鹽堿土的作用機理：①調(diào)節(jié)滲透壓；②Na+/H+和Na+/H+-K+反向載體系統(tǒng)；③結(jié)合氮的存在加強耐鹽性；④調(diào)節(jié)pH值。

（1）調(diào)節(jié)滲透壓

藍(lán)藻為了適應(yīng)鹽脅迫的環(huán)境，主要是通過在細(xì)胞內(nèi)積累無機離子（K+）或有機溶質(zhì)進(jìn)行滲透壓調(diào)節(jié)。

（2）Na+/H+和Na+/H+-K+反向載體系統(tǒng)

反向載體系統(tǒng)是指物質(zhì)跨膜運動的方向與離子轉(zhuǎn)移的方向相反。主要作用是促使Na+流出，減少累積，以增加固氮藍(lán)藻對于鹽分環(huán)境的耐受性，同時不斷將胞外H+攝入胞內(nèi)，以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的pH值的平衡。

（3）結(jié)合N的存在加強耐鹽性

上述兩種途徑都可以減少Na+的流入以提高固氮藍(lán)藻耐鹽性，但是固氮藍(lán)藻Na+傳輸能力的調(diào)節(jié)還可以通過環(huán)境因素，尤其是結(jié)合氮得到改善，具有這種功能的氮化物主要包括：硝酸鹽、銨鹽、谷氨酰胺、谷氨酸鹽和天冬氨酸等。在鹽脅迫的情況下，上述氮化物可以阻止過多Na+的積累，從而提高固氮藍(lán)藻的耐鹽性。

（4）調(diào)節(jié)pH值

固氮藍(lán)藻細(xì)胞是嗜鹽堿微生物或耐鹽堿微生物。在鹽脅迫情況下， 固氮藍(lán)藻細(xì)胞壁具有的酸性化合物所帶的負(fù)電荷可以降低細(xì)胞表面的pH值，進(jìn)而維持細(xì)胞內(nèi)pH值的平衡。

二、微藻細(xì)胞分泌的EPS

活性微藻細(xì)胞在自身生命代謝活動中會產(chǎn)生大量的次生代謝產(chǎn)物，如：某些堿基是核酸（遺傳物質(zhì)RNA 和DNA 的總稱）的重要成分，生長素（吲哚乙酸）與赤霉素等植物內(nèi)源激素參與生命活動的調(diào)節(jié)，類胡蘿卜素等萜類物質(zhì)作為光合色素參與光合作用過程，生物堿、酚類衍生物、類黃酮類化合物、有機酸、萜類和甾類等化感物質(zhì)在參與植物防御過程的同時，重點形成了富含有機質(zhì)的團粒結(jié)構(gòu)土壤。

（一）微藻細(xì)胞改善土壤結(jié)構(gòu)

荒地土壤和干燥的沙漠土壤中的腐殖質(zhì)多來自土壤藻類，它們的生長和代謝能導(dǎo)致土壤中礦物成分的改變?；铙w微藻在土壤中不斷地釋放氧氣。無論土壤原來是什么樣的結(jié)構(gòu)，微藻都要進(jìn)行切割、分離、重構(gòu)，從而為自己營造生存空間。微藻細(xì)胞通過自身的生命活動放氧及代謝產(chǎn)物-胞外多糖，促使土壤微粒相互黏結(jié)，改善土壤結(jié)構(gòu)，使耕作層不斷加深，且通氣、保水能力明顯增強。這種結(jié)構(gòu)恰恰就是農(nóng)作物生產(chǎn)的最佳土壤結(jié)構(gòu)。

（二）微藻細(xì)胞使土壤更健康營養(yǎng)

微藻細(xì)胞持續(xù)向土壤注入、積累生物態(tài)氮和有機質(zhì)，土壤肥力得以持續(xù)增加。巨量的活性微藻細(xì)胞群體在土壤中生存、活動，提高土壤溫度，同時提高北方植物自身的抗性，使用微藻細(xì)胞的農(nóng)作物比沒使用微藻細(xì)胞的更耐寒。