解磷微生物研究进展

解磷微生物研究进展康文娟草业学院草地生物多样性摘要：磷素是作物生长发育所必需的3大营养元素之一,然而土壤中能被植物吸收利用的有效态无机磷却很低, 一般只占全磷量的2%~3%。

本文综述了解磷微生物的种类、分布、数量及作用机理等方面的研究概况，并就目前研究中存在的问题提出了展望。

关键字：解磷微生物；种类；数量及分布；解磷能力；问题及展望磷素是作物生长发育所必需的3大营养元素之一, 我国农田土壤中的磷元素含量丰富，然而能被植物吸收利用的有效态无机磷却很低, 一般只占全磷量的2% ~ 3%[1]。

原因是这些磷素大多以不易被植物吸收利用的难溶性有机态和无机态磷形式存在。

为了达到高产而不断使用磷肥后，磷元素又被重新固定为难溶性的磷酸盐，磷素利用率降低，据统计,从1949年到1992年间,我国累计施入农田的磷肥达7 88019万t ( P2O5) ,其中大约有6000万t ( P2O5) 积累在土壤中不能被利用[2]。

磷肥等化肥的使用不仅造成了相当程度的环境污染,如水污染、大气污染等，而且引起土壤板结、土壤保水力下降、草地退化、荒漠化严重等不良后果，对人类和食品安全造成了威胁。

因此合理有效地使用化肥,研究开发新型微生物肥料已是农业生产亟待解决的重要课题之一。

解磷微生物( phosphate soluble microorganisms, PSMs)是土壤中能将难溶性磷转化为植物能够吸收利用的可溶性磷的一类特殊的微生物功能类群，可以提高植物对磷的利用效率，改善植物营养条件，提高作物产量，增加抗病能力[3]；而且还可以改善土壤结构，提高有机质含量，改良盐碱地，对培育和充分发挥土壤生态肥力、保持农业生态环境的平衡等均具有极其重要的作用[4]。

随着我国人口日益增长,人民生活水平不断提高,对农产品的数量和质量都提出了更高的要求,同时,由于耕地不断减少,化学磷肥施用量增大,使生产成本直线上升,环境不断恶化,在这种情况下,解磷微生物肥料和其它微生物肥料的综合作用更显示出它们在农业生产中的应用优势和良好前景。

因此，对解磷微生物的研究已成为近年来的热点。

本文综述了解磷微生物的种类、分布、数量及作用机理等方面的研究概况，并就目前研究中存在的问题提出了展望。

1 解磷微生物的种类土壤中具有解磷能力的微生物种类很多，按分解底物分为两类: 一类是能够分解无机磷化合物的称为无机磷微生物, 一类是具有分解有机磷化合物能力的称为有机磷微生物。

但由于解磷微生物解磷机理复杂, 相当一部分的解磷微生物既能分泌有机酸溶解无机磷盐, 又能分泌磷酸酶物质分解有机磷, 因而很难准确的区分无机磷和有机磷微生物[5]。

目前研究较多的具有解磷能力微生物种类主要有解磷细菌、解磷真菌和解磷放线菌。

1.1 解磷细菌1935年,前苏联学者从土壤中分离到一种解磷巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium var. phosphaticium) ,分解核酸和卵磷脂的能力很强,接种于土壤能提高土壤15%以上的有效磷含量[6]。

陈廷伟等[7]于1955年从北京小麦根际土壤中分离的一种产酸性无孢子芽孢杆菌(B acillus sp. )具有较强的溶解磷酸三钙的能力。

除芽孢杆菌属(Bacillus)外，解磷细菌还有欧文氏菌属(Erwinia )、假单孢菌属(Pseudomonas)、土壤杆菌属(Agrobacterium )、沙雷氏菌属( Serratia )、黄杆菌属( Flavobacterium )、肠细菌属( Enterbacter )、微球菌属(Micrococcus)、固氮菌属(Azotobacter )、根瘤菌属(Bradyrhizobium )、沙门氏菌属( Salmonella )、色杆菌属(Clromobacterium)、产碱菌属(Alcaligenes)、节细菌属(Arthrobacter)、硫杆菌属(Thiobacillus)、固氮菌(Azotobacter ) 和埃希氏菌属(Escherichia )等[8,9]。

1.2 解磷真菌解磷真菌具有较强的解磷能力，一直也是研究的热点。

但由于技术手段的限制, 关于解磷真菌方面的研究等报道相对较少,目前研究较多的种类主要有青霉属(Penicillium)、曲霉属(Aspergillus)、根霉属( Rhizopus)、镰刀菌属(Fusarium)、小菌核菌属( Sclerotium)、AM 菌根菌(Arhusclar mycorrhiza )等[10]。

1.3 解磷放线菌解磷放线菌主要是链霉菌属(Streptomyces), 对它的研究多集中在对新的解磷菌株的筛选、解磷效果分析等方面。

Sperber[11]于1957年首次发现一株放线菌产酸种类与解磷的关系；Rao等[12]成功分离了一株链霉菌, 可使培养基的pH 降低, 能溶解磷酸三钙和磷矿石。

后来其他一些学者也相继分离出具有解磷能力的放线菌[13]。

2 解磷微生物的分布及数量土壤解磷微生物的数量受土壤类型、土壤利用方式、耕作措施以及作物根际与非根际等许多因素的影响[14]。

尹瑞龄[15]等发现我国干旱地区土壤解磷菌的含量平均为102CFU / g,呈现黑钙土> 黄棕壤> 白土> 红壤> 砖红壤>瓦碱土的趋势,其中黑钙土壤中解磷菌含量最多,但种类较少,其中以芽孢杆菌和假单胞菌为主,瓦碱土中解磷微生物的数量最少，仅有2×104CFU / g。

林启美等分析了农田、林地、草地以及菜地土壤有机磷细菌数量及种群结构,发现土壤有机磷细菌数量比无机磷细菌多,且林地和菜地土壤中的解磷细菌主要是假单孢菌,在农田中只发现假单孢菌和沙门氏菌属两种解磷细菌。

其他土壤中有机磷细菌的数量只有菜地土壤的1 /10,但是农田土壤中解磷细菌总数的比例并不低,尤其是有机磷细菌,约占细菌总数的13%[16]。

Kucey等[17 ]也发现草地和农作物残茬覆盖的农田土壤中无机磷细菌分别为(0123～1115 )×105CFU / g和(0～418 )×105CFU / g,约占细菌总数的015% ,且不同土壤有很大的差异。

解磷微生物有强烈的根际效应，即种类、数量、分布和菌种与根际环境间相互关系等均受根际微域环境（土壤物理结构、有机物质含量、土壤类型、土壤肥力等）的影响。

在植物根际，解磷微生物的数量要远远大于其周围土壤中的数量[18]，但并不是根际微生物的优势菌株[19]。

Sperber 等[11]发现不同土壤中, 解磷微生物的数量差异较大。

Kabznelsonetal 等发现小麦根面的解磷细菌数量要比非根际土和根际土区高18倍和6倍; 玉米、红三叶草、亚麻、燕麦、大麦、黄桦树苗根际解磷细菌约有106～108cfu/g，比非根际土壤高1～2 个数量级，其中，亚麻的根际解磷细菌数量最多。

同时发现，大麦对解磷细菌表现出选择性，其他植物则没有明显的选择效应，黄桦树苗还出现抑制作用的现象[20]。

林启美等[16]发现,冬小麦(Triticum aestivum L. )苗期根际土壤的有机磷细菌主要为假单孢菌属,无机磷细菌主要为欧文氏菌属。

赵小蓉等[21]认为,夏玉米(Zea Mays L. )收获时期根际的有机磷细菌主要是假单孢菌属和黄杆菌属,无机磷细菌主要是欧文氏菌属。

Molla等[22]的研究显示,黑麦草(Lolium perenne L.) 及小麦根际与非根际土壤中的解有机磷微生物主要有革兰氏阴性短杆菌、芽孢杆菌属、链霉菌属、曲霉属、青霉属、变形菌属、沙雷氏菌属、假单孢菌属和微球菌属(Micrococcus)。

Elliott等[23]的报道表明,春小麦根际的解磷菌主要为芽孢杆菌属、假单孢菌属和链霉菌属。

Paul等[24]则发现豆科植物根际的解磷微生物主要是芽孢杆菌属。

Sundara等[25]观察到小麦根际的解磷菌主要为芽孢杆菌属和埃希氏菌属( Escherichia )。

3 解磷微生物的作用机理解磷微生物作用机理比较复杂，不同的菌株解磷机理存在差异, 即使是同一菌株在不同的条件下解磷机理也是不同的，目前有以下几个观点：3.1 解磷微生物分泌有机酸分泌有机酸对难溶性磷化物进行酸解作用被认为是微生物重要的溶磷机制之一。

解磷细菌可以通过生命代谢活动产生有机酸如乳酸、氨基酸、草酸、延胡索酸、琥珀酸和柠檬酸等, 解磷真菌主要分泌草酸、丙二酸和乳酸等，这些酸一方面直接溶解土壤中难溶性磷酸盐, 另一方面则是通过螯合作用释放出土壤磷素，一般认为解磷微生物的解磷过程, 特别是对无机磷的溶解, 是通过有机酸螯合作用实现的[1]。

杨秋忠等[26]发现, pH变化及胞外酶均不是铁磷溶解的原因, 而分泌的有机酸(柠檬酸、丙二酸及羟基酚酸类有机酸)才是溶解的机制;王富民等[27]发现黑曲霉(Aspergillusniger) 在发酵培养中产生草酸、柠檬酸等多种酸;Bajpai和Sudrara Rao认为柠檬酸、乳酸、苹果酸可通过螯合作用解磷[28];Luo等[29]的研究结果显示有机酸的总分泌量与Ca3( PO4)2、FePO4、AlPO4的溶解机理显著相关, 表明解磷作用包括H+和有机酸的螯合作用; 通过研究pH 与乙酸、草酸、酒石酸、水杨酸、柠檬酸的溶磷效果, 发现乙酸不能溶解, 只有二、三价阴离子的酸能溶磷, 根际酸化与溶磷无关, 草酸会抑制新加入的磷被土壤吸附[7]; Duff等[30]发现荧光假单胞菌(P. fluorescens)产生的2- 酮基葡萄糖酸既能溶解磷矿石,也能溶解硅酸盐, 二者的机理可能也是通过螯合作用移走矿物中的阳离子。

林启美等[31]指出, 曲霉、青霉、欧文氏杆菌和肠杆菌等之所以具有溶解磷矿粉的能力, 主要是由于分泌有机酸, 直接溶解了磷矿粉, 但对于肠杆菌和欧文氏菌, 可能有机酸物质也起了络合和螯合作用；钟传青[32]测定发现, 巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium) 在以黄麦岭磷矿粉、黄金卡黄磷矿粉为唯一磷源的发酵液能产生柠檬酸、琥珀酸、乳酸以及乙酸等有机酸,可能是通过螯合磷矿粉中的金属离子, 使磷游离出来。

3.2 解磷微生物酶解作用解磷真菌对土壤中难溶有机磷的溶解主要通过酶解作用。

研究表明[33], 当有效磷低于一定阈值时, 微生物和植物感受到低磷胁迫, 就会分泌胞外酸性或碱性植酸酶、核酸酶和磷酸酶等物质, 将磷酸脂等有机磷酸盐矿化消解, 释放出生物有效磷。

有机磷的微生物矿化作用易受环境因素的影响, 适中的碱性环境更利于其发挥作用。

Trolldenier[34]的研究显示解磷微生物解磷依赖于磷酸酶的作用, 但NH+4存在时表现解磷, 供应NO232N则不解磷。