溶磷放線菌研究進(jìn)展*

詹　楊，韓　旭，蕭龍珍，崔俊濤，王呈玉

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，吉林　長春　130000)

?

溶磷放線菌研究進(jìn)展*

詹楊，韓旭，蕭龍珍，崔俊濤，王呈玉

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，吉林長春130000)

磷是植物生長發(fā)育的主要營養(yǎng)素之一，土壤中的磷主要以礦物磷和有機磷兩種形態(tài)存在，然而磷的生物有效性較低，不易被植物吸收利用。溶磷微生物在天然磷循環(huán)中起著重要作用，其可將土壤中難溶性的磷轉(zhuǎn)化為可溶性的磷，溶磷微生物包括溶磷真菌、溶磷細(xì)菌和溶磷放線菌。本文將對溶磷放線菌的研究概況、溶磷能力的測定、溶磷機制等進(jìn)行論述，并展望了溶磷放線菌的研究領(lǐng)域與發(fā)展趨勢。

溶磷放線菌；土壤；溶磷能力；溶磷機制； 磷素

磷是植物生長過程所需的營養(yǎng)元素之一，也是植物體內(nèi)能量的載體，直接參與植物體內(nèi)重要的生物過程反應(yīng)[1]。我國土壤中含有豐富的磷，但9/10以上為無效態(tài)形式，不能被植物直接吸收利用[2]。對于我國土壤嚴(yán)重的缺磷現(xiàn)象，主要的解決方法是施用化學(xué)磷肥。但一方面化學(xué)磷肥成產(chǎn)成本較高，價格較昂貴，另一方面大量使用化學(xué)磷肥容易引起土壤板結(jié)及水體富營養(yǎng)化，導(dǎo)致土壤質(zhì)量惡化、肥力不足等環(huán)境問題[3]。因此，怎樣使土壤中磷的利用效率得到提高已成為當(dāng)今研究的熱點。

很多因素對土壤中磷的利用效率產(chǎn)生影響，但最具影響力的應(yīng)屬土壤中的微生物[4]。土壤中的微生物能夠?qū)⒉灰妆恢参镂绽玫碾y溶性磷轉(zhuǎn)化成可被植物利用的有效磷，這些微生物被稱為溶磷微生物。溶磷微生物種類很多，包括溶磷細(xì)菌、溶磷真菌和溶磷放線菌等[5]。

研究表明，對于土壤中溶磷微生物的研究主要集中在溶磷細(xì)菌和溶磷真菌方面，關(guān)于溶磷放線菌的報道很少。雖然具有溶磷能力的放線菌種類極少，主要為鏈霉菌(Streptomyces)[6]，但放線菌是人們研究最早的生防菌，并且用在植物病害生物防治中的主要的就是鏈霉菌。利用其產(chǎn)生的抗生素和活菌制劑，可防治絲核菌、炭疽菌、黃瓜枯萎菌、人參根腐菌等一些土傳病原菌[7]。溶磷放線菌不僅具有較強溶解難溶性磷酸鹽的能力，還具有較好的抑菌效果，溶磷放線菌肥的研發(fā)對我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展具有重要的意義，因此，溶磷放線菌的研究倍受關(guān)注。

1　溶磷放線菌的研究概況

土壤中存在大量的微生物，早在1901年，學(xué)者們就對土壤微生物與土壤磷之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。1908年Sacket等發(fā)現(xiàn)一些微生物能夠?qū)⒐欠邸⒘椎V石等難溶磷化合物溶解。1935年蒙基娜[8]從土壤中分離出巨大芽孢桿菌(Bacillus megatherium phosphaticum)，其能溶解核酸和卵磷脂，將其投放到土壤中，可有效提高土壤中有效磷的含量。Hamdali[9]從摩洛哥磷礦中篩選出溶解磷礦石的灰色鏈霉菌M1323。我國對于溶磷微生物的研究較晚，1950年中國科學(xué)院在東北黑土中分離出一種具有溶磷能力的假單胞菌。李學(xué)平[10]從鹽堿化土壤中篩選出一株放線菌F1312，具有很強的溶解磷酸三鈣的能力。

2　溶磷放線菌溶磷能力的測定

測定溶磷放線菌溶磷能力的方法一般有三種[11]：(1)平板培養(yǎng)法。將溶磷放線菌接種到含有難溶性磷酸鹽的固體培養(yǎng)基上倒置培養(yǎng)，觀察菌落生長形態(tài)，測量其產(chǎn)生的透明圈大小，這種方法簡單、方便，但是結(jié)果并不精準(zhǔn)，有些菌株在平板培養(yǎng)基上不產(chǎn)生溶磷圈，但仍有溶磷能力。(2)鉬磷比色法。將溶磷放線菌接種到含有不溶性磷的液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，并同時設(shè)有對照，對照為接入和溶磷放線菌等量的無菌水的液體培養(yǎng)基，培養(yǎng)一段時間后，離心，取上清液，采用鉬磷比色法測定上清液有效磷含量。(3)土培或砂培法。將溶磷放線菌接種到土壤中或砂子里，測定土壤或砂子中磷的含量。另外，還有許多不同的方法可以測定磷的含量。例如，趙小蓉等[12]采用熏蒸、消煮法測定砂培過程中分離出的磷。還有人用32P法，溶磷微生物的溶磷能力是通過測定植物體內(nèi)磷的增加量[13]。

3　溶磷放線菌溶磷機制的研究

微生物的溶磷過程十分復(fù)雜，存在許多機理:

(1)有機酸的分泌。微生物的溶磷作用主要是由于分泌低分子有機酸，這些酸不僅能與鈣、鋁、鐵等離子絡(luò)合，釋放與之結(jié)合的磷酸根，還能夠使pH值降低，從而促進(jìn)難溶性磷酸鹽溶解。微生物分泌有機酸產(chǎn)生的溶磷能力不但與分泌有機酸的種類和數(shù)量有關(guān)[14]，還與磷酸根結(jié)合態(tài)陽離子有關(guān)[15]。林啟美等[16]研究發(fā)現(xiàn)溶磷菌能夠分泌蘋果酸、乳酸、乙酸、檸檬酸、草酸、琥珀酸等多種有機酸。

(3)礦化作用。微生物溶解磷酸酯等有機磷，可以通過分泌核酸酶、植酸酶和磷酸酶等物質(zhì)，酶解作用是溶解有機磷的主要途徑。畢江濤等[18]認(rèn)為溶磷菌溶解植酸鹽、磷脂等有機磷酸鹽，是其分泌了堿性或酸性磷酸酶。

4　溶磷放線菌的研究領(lǐng)域與發(fā)展趨勢

磷是作物生長發(fā)育所需的重要營養(yǎng)元素，直接影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。我國約有四分之三的耕地土壤缺磷，而土壤中十分之九以上的磷為無效形式，很難被植物直接吸收利用，主要的解決辦法是施入化學(xué)磷肥[19]。雖然施入磷肥可提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，但隨著磷肥量的累積，土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，環(huán)境受到污染，而且磷肥中的大部分磷與土壤中的鈣、鋁、鐵等離子結(jié)合形成難溶性的磷酸鹽。因而，如何讓自然中存在的磷素發(fā)揮作用，使土壤中磷的利用效率得到提高是人們當(dāng)前急需解決的問題[20]。溶磷放線菌制成的微生物肥料具有較多優(yōu)點，不僅生產(chǎn)價格低廉，環(huán)境污染小，施用后既能增長農(nóng)作物的產(chǎn)量，還具有較強的抗病、促生效果。

溶磷微生物在我國應(yīng)用較早，有較好的應(yīng)用前景，但主要集中在對溶磷細(xì)菌和溶磷真菌的研究和應(yīng)用，而對于溶磷放線菌的報道卻較少[21]。目前，對于溶磷放線菌的研究我國還處于初始階段，對溶磷放線菌溶磷機理的研究還很淺顯，對于溶磷放線菌的分子生物學(xué)作用機理和根際微域生理生態(tài)學(xué)研究更是缺乏。在未來研究過程中，應(yīng)注意以下幾個方面：(1)不僅要分離、篩選高效優(yōu)質(zhì)的溶磷放線菌，還要更加深入的研究其溶磷機理；(2)不僅專注開發(fā)單一菌肥，更應(yīng)加強復(fù)合菌劑的研制。特別要注意溶磷放線菌與病原菌的相互作用，研究它們之間的協(xié)同、促生關(guān)系；(3)從分子生物學(xué)和酶學(xué)等方面對溶磷放線菌的溶磷機制進(jìn)行更加深入透徹的研究，明確溶磷放線菌的關(guān)鍵功能基因的作用特點；(4)運用分子遺傳學(xué)方法，將高效溶磷功能基因進(jìn)行轉(zhuǎn)移,改良菌種,構(gòu)建既有高效溶磷能力又能促進(jìn)土壤中作物生長的菌株。

[1]王春紅,武志海,孫合美,等.大豆根際溶無機磷細(xì)菌Klebsiella sp.wj6的分離鑒定與溶磷特性分析[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2015,38(4):560-567.

[2]劉云華,吳毅歆,楊紹聰,等. 洋蔥伯克霍爾德溶磷菌的篩選和溶磷培養(yǎng)條件優(yōu)化[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2015,36(3):78-82.

[3]張海鵬,劉強,彭建偉,等. 中低品位磷礦在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用展望[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報,2012,43(4):477-480.

[4]陳治宇,郎南軍,李甜江. 解磷微生物研究進(jìn)展[J]. 綠色科技,2014,10(10):232-234.

[5]DE-BASHAN L E, BASHAN Y.Recent advances in removing phosphorus from wastewater and its future use as fertilizer[J].Water Res,2004,38:4222-4246.

[6]郭煒,于洪久,李玉梅,等. 解磷微生物的研究現(xiàn)狀及展望[J]. 黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué),2015(10):170-172.

[7]Shen S S, Piao F Z, Lee B W, et al. Characterization of antibiotic substance produced by Serratia plymuthica A21-4 and the biological control activity against pepper Phytophthora blight[J].The Plant Pathology Journal,2007,23(3):180-186.

[8]Sundara Rao W V B, Sinha M K. Phosphate-dissolving microorganisium intherhizosphere and soil[J].Indian J. Agric. Soil,1963,33(4):272-278.

[9]Hamdali H, Bouizgarne B, Hafidi M, et al. Screening for rock phosphate solubilizing Actinomycetes from Moroccan phosphate mines[J].Applied Soil Ecology,2008,38:12-19.

[10]李學(xué)平,劉萍. 鹽堿化土壤中1株耐鹽解磷放線菌的生物學(xué)特性[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(8):363-365.

[11]Paul N B, Sundara Rao W V. Phosphate-dissolving bacteria in the rhizosphereof some cultivated hegumes [J].Plant and Soil,1971,35:127-132.

[12]趙小蓉,林啟美,孫焱鑫,等. 細(xì)菌解磷能力測定方法的研究[J]. 微生物學(xué)通報,2001,28(1):1-4.

[13]李劍鋒,師尚禮,張淑卿. 解磷微生物肥料研究進(jìn)展[J]. 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院學(xué)報,2010,23(1):62-67.

[14]Louw H A, Webley D M. A study of soil bacteria dissolving certain mineral phospnate fertilizers and related compounds[J].Appl Bacteriol,1959,22:227-233.

[15]Picini D, Azcon R. Effect of phosphate solubilzing bacteria and vesicular-arbuscularmycorrhizal fungi on the utilization of Bayovar rock phosphate by alfalfa plants using a sand-vermiculite medium[J].Plant and Soil,1987,101:45-50.

[16]陳哲,吳敏娜,秦紅靈,等. 土壤微生物溶磷分子機理研究進(jìn)展[J]. 土壤學(xué)報,2009,46(5):925-929.

[17]Asea P E A, Kucey R M, Sterart J W B. Inorganic phosphate solubilizationby two penicillium species in solution culture and soil[J].Soil Biol Biochem,1988,20(4):459-464.

[18]畢江濤,孫權(quán),李素劍,等. 解磷微生物研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)科學(xué)研究,2009,30(4):58-64.

[19]馬文文,姚拓,蒲小鵬,等. 東祁連山7種禾草根際溶磷菌篩選及其溶磷特性[J]. 草業(yè)科學(xué),2015,32(4):515-523.

[20]張進(jìn)良,齊霽. 解磷微生物在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的研究進(jìn)展[J]. 商丘師范學(xué)院學(xué)報,2014,30(12):70-73.

[21]MA Y Y, ZHANG Y L, LU J, et al. Roles of plant soluble sugars and their responses to plant cold stress[J].African Journal of Biotechnology,2009,8:2004-2010.

Research Progress on Phosphate-solubilizing Actinomycetes*

ZHANYang,HANXu,XIAOLong-zhen,CUIJun-tao,WANGCheng-yu

(College of Resources and Environment, Jilin Agricultural University, Jilin Changchun 130000, China)

The phosphorus is one of the main nutrients in plant growth and development. The phosphorus in soil mainly exists in two forms: mineral phosphorus and organic phosphorus. However, the bioavailability of phosphorus is low, and it is not easy to be absorbed by plants. Phosphate-solubilizing microorganisms play an important role in the natural phosphorus cycling, which can transform the insoluble phosphorus in the soil into the soluble phosphorus, and it includes phosphate-solubilizing bacteria, fungi and actinomycetes. The dissolved phosphorus actinomycetes profiles, the determination of soluble phosphorus ability, soluble phosphorus mechanism, etc., were studied, and the dissolved phosphorus research fields and development trend of actinomycetes were prospected.

phosphate-solubilizing actinomycetes; soil; phosphate solubilization ability; phosphate solubilization mechanism; phosphorus

國家自然科學(xué)基金 (No:31301850)。

詹楊(1989-)，女，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士研究生。

王呈玉(1975-)，女，副教授，研究方向：環(huán)境微生物。

X172

A

1001-9677(2016)08-0008-03