解磷菌的研究现状与展望

生态环境　２００３，　１２（１）：　９６－１０１ Ecology and Environment E-mail: editor@

基金项目：国家“十⋅五”科技重点项目（２００１ＢＡ５３７７）　

作者简介：王光华（１９６６－），男，博士研究生，副研究员，从事环境微生物及植物病害生物防治研究。Ｅ－ｍａｉｌ：　ｇｕａｎｇｈｕａｗａｎｇ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ　收稿日期：２００２－０７－１６　

解磷菌的研究现状与展望　

王光华１，２，赵 英３，周德瑞１，杨 谦１　

１：哈尔滨工业大学，黑龙江　哈尔滨　１５０００１；２：中国科学院东北地理与农业生态研究所，黑龙江　哈尔滨　１５００４０；　

３：黑龙江省科技推广中心，黑龙江　哈尔滨　１５０００１　

摘要：磷素是植物生长的大量必需营养元素之一，在土壤中极易被固定而使其有效性降低，因此对解磷菌的研究一直受到科学家的重视。文章对解磷菌的种类、在土壤中的存在数量和生态分布、解磷作用机理、解磷菌剂的应用效果等方面的研究现状作了综述，并论述了对解磷菌的研究意义及今后应加强的研究方向。　关键词：解磷菌；生态分布；解磷机制　

中图分类号：Ｓ１５４．３；Ｘ１７２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－２１７５（２００３）０１－００９６－０６

磷是生物重要的营养元素之一。磷是原生质的重要组分，高能磷酸键是能量的载体。植物的光合作用和体内的生化过程都必须有磷参加。大气中没有磷素的气态化合物，因此土壤磷素的循环与碳、氮、硫等元素的循环不一样，没有大气阶段。它是一种典型的沉积循环，主要在土壤、植物和微生物之间进行［１］。　

在未受干扰的生态系统中，磷素循环是封闭型的，进入植物体内的磷，大多来自植物残体中的磷的再循环，后者是在微生物作用下进行。在农业生态系统中，由于农产品被取走，以及由于地表径流和侵蚀的影响而使磷遭损失，因而磷素循环是开放型的。　

土壤中的磷素是以无机和有机化合物这两种状态存在。土壤中无机磷的含量约占全磷量的１／２￣１／３。土壤中无机磷的形态主要有原生矿物和次生矿物二种类型。原生矿物主要有磷灰石，其主要成分为钙氟磷灰石和氟氧磷灰石。次生矿物主要指化合态即沉淀态的磷酸盐，它可分为闭蓄态和非闭蓄态二种类型。闭蓄态磷指磷酸铁和磷酸铝被氧化铁胶膜所包蔽，其活性低，供磷能力弱。非闭蓄态磷酸盐包括磷酸铁、磷酸铝、磷酸三钙三种形态。这三种形态的磷在一定条件下可以释放出来，供植物利用。　

土壤中有机磷约占全磷量的１／２￣１／３，其中５０％是磷酸肌醇（２％￣５０％）、磷脂（１％）、核酸（３％）和少量磷蛋白、磷酸糖。另外５０％的一类在化学形态和性质上还不清楚［２］。土壤中的有机磷不能被植物

直接吸收，它们必须在微生物的作用下转变成可利用的无机态形式才能被利用。　

土壤中能被植物吸收利用的有效态无机磷很低，一般只占全磷量的２％￣３％。土壤中的有效磷和土壤中的全磷量往往并不相关，这就是说土壤全磷含量高时并不意味着磷素供应充足，而土壤全磷低时，则意味着土壤供磷不足。这是因为易溶性的磷肥施入土壤后，部分可被植物吸收利用，而另一部分与土壤组分发生反应后移出土壤液相，成为植物难利用的形态，这个过程称为磷的固定。磷的固定分为吸附和沉淀两大类。现代的研究者又将磷固定机制细化为物理吸附（ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）、化学吸附（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）、阴离子交换（ａｎｉｏｎ　ｅｘｃｈａｎｇｅ）、表面沉淀（ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ）和独立固相沉淀（ｓｅｐａｒａｔｅ　ｓｏｌｉｄ　ｐｈａｓｅ　ｐｒｅ－ｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ）等形态［３］。土壤磷固定现象的存在，表明尽管土壤中磷全量很高，但可提供给植物生长发育的有效磷含量可能很低。　

土壤磷素循环是以微生物活动为中心的。微生物的活动对土壤磷的转化和有效性影响很大。国内外大量的研究证明土壤中存在许多微生物，能够将植物难以吸收利用的磷转化为可吸收利用的形态，具有这种能力的微生物叫做解磷菌或溶磷菌（ｐｈｏｓｐｈａｔｅ－ｓｏｌｕｂｉｌｉｚｉｎｇ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ）。　

１ 解磷菌的种类　

人们在２０世纪初开始注意到微生物与土壤磷之间的关系。Ｓａｃｋｅｔｔ（１９０８）［４］发现一些难溶性的复合物施入土壤中，可以被作为磷源而应用，他们

王光华等：解磷菌的研究现状与展望 ９７　

从土壤中筛选出５０株细菌，其中３６株在平板上形成了肉眼可见的溶磷圈。１９４８年Ｇｅｒｒｅｔｓｅｎ发现植物施入不溶性的磷肥，经接种土壤微生物后，促进了植株的生长，增加磷的吸收。他分离出了这些微生物，发现这些微生物可帮助磷矿粉的溶解［５］。从此，许多科学家致力于解磷菌的研究，相继报道了许多微生物具有解磷作用。　

具有解磷作用的微生物种类很多，也比较复杂。有人根据解磷菌分解底物的不同将它们划分为能够溶解有机磷的有机磷微生物和能够溶解无机磷的无机磷微生物，实际上很难将它们区分开来。目前报道具有解磷作用的微生物解磷细菌类有芽孢杆菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）、假单胞杆菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、欧文氏菌（Ｅｒｗｉｎｉａ）、土壤杆菌（Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、沙雷氏菌（Ｓｅｒｒａｔｉａ）、黄杆菌（Ｆｌａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、肠细菌（Ｅｎｔｅｒｂａｃｔｅｒ）、微球菌（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ）、固氮菌（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ）、根瘤菌（Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍ）、沙门氏菌（Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ）、色杆菌（Ｃｌｒｏｍｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、产碱菌（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）、节细菌（Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ）、硫杆菌（Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ）、埃希氏菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ）；解磷真菌类有青霉菌（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）、曲霉菌（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）、根霉（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ）、镰刀菌（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）、小菌核菌（Ｓｃｌｅｒｏｔｉｕｍ）；放线菌有链霉菌（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）；ＡＭ菌根菌［１，　６，　７］。　

２ 解磷菌在土壤中的数量及生态分布　解磷菌在土壤中的数量及生态分布，受土壤质地、有机质含量、土壤类型、耕作栽培方式的影响。尹瑞玲（１９８８）［８］对我国旱地土壤溶磷微生物的研究表明，溶磷微生物平均约为１０７　ＣＦＵ／ｇ土，占整个土壤微生物的２７．１％￣８２．１％。其中以细菌所占比例最大。溶磷微生物数量因土壤而异，黑钙土＞黄棕壤＞白土＞红壤＞砖红壤＞瓦碱土。在黑钙土中解磷菌以芽孢杆菌和假单胞杆菌为主，而黄棕壤和红壤中的解磷菌种类繁多。林启美（２０００）［９］等调查农田、林地、草地和菜地等４种不同土壤生态环境中解磷菌数量和种群结构时，发现前３种土壤中的有机磷细菌只有菜地土壤的１／１０，但农田土壤中解磷细菌的总数所占比例并不低。耕地土壤有机解磷菌主要是芽孢杆菌属，林地和菜地则主要是假单胞杆菌属；无机磷细菌种类比较少。罗明（２００１）［１０］等人研究了不同施肥措施对新疆地区棉田土壤磷细菌的影响结果表明，有机肥与Ｎ、Ｐ、Ｋ化肥合理的配施能有效促进磷细菌的生长繁殖。化肥中以氮肥的促进作用最为显著。Ｋｕｃｅｙ（１９８３）［１１］则报道土壤中解磷菌的数量只占土壤微生物总数的０．１％￣０．５％，远远低于我国的报道。　

解磷菌在植物根圈不同区域的数量分布表现出强烈的根际效应。即根际土壤的数量要比非根际高的多。Ｋａｔｚｎｅｌｓｏｎ（１９６２）［１２］对从小麦根圈解磷细菌的分布研究表明，从根面上分离的磷细菌的数量要比非根际土和根际土区高１８倍和６倍。林启美和赵小蓉研究结果也表明小麦和玉米根际土壤解磷菌数量要比非根际高１￣２个数量级。解磷菌表现出的强根际效应可能与根圈磷素营养亏缺诱导有关，但由于根圈微生物的群落结构受根系分泌物及根脱落物的影响，导致不同植物根圈微生物的组成差别很大，这种作用也影响解磷菌的群落组成。Ｓｕｎｄａｒａ　Ｒａｏ　和Ｓｉｎｈａ（１９６３）［１３］发现小麦根际解磷菌主要为芽孢杆菌和埃希氏菌属；Ｅｌｌｉｏｔｔ（１９８７）［１４］报道春小麦根际解磷菌主要是芽孢杆菌、假单胞杆菌和链霉菌；赵小蓉［７］报道夏玉米收获时期根际有机磷细菌主要是假单胞杆菌和黄杆菌属，无机磷主要是欧文氏菌属；Ｐａｕｌ和Ｓｕｎｄａｒａ　Ｒａｏ（１９７１）［１５］发现豆科植物根际解磷菌主要是芽孢杆菌。　

３ 解磷菌的解磷作用及机理　

测定微生物是否具有解磷能力一般有３种方法，一是平板法，即将解磷菌在含有难溶性磷酸盐或有机磷的固体培养基上培养，测定菌落周围产生溶磷圈的大小；二是液体培养法，测定培养液中可溶性磷的含量；三是土壤培养，测定土壤中有效磷含量。　

继Ｇｅｒｒｅｔｓｅｎ之后，Ｓｐｅｒｂｅｒ［１６］对细菌解磷进行了深入的研究。Ｓｐｅｒｂｅｒ从土壤中分离出２９１株细菌，其中１８４株能够生长在含有难溶性磷酸盐的平板上，８４株在菌落周围产生１￣１０　ｍｍ的溶磷圈。尹瑞玲（１９８８）［８］测定了从土壤中分离出的２６５株细菌溶解摩纳哥磷矿粉能力，发现培养６　ｄ（２８　℃）后，溶磷能力平均为２￣３０　ｍｇ／ｇ，其中４４株巨大芽孢杆菌、节杆菌、黄杆菌欧文氏菌及假单胞杆菌解磷最强，达２５￣３０　ｍｇ／ｇ。Ｓｕｎｄａｒａ　Ｒａｏ等（１９６３）［１３］利用磷酸三钙作为磷源，经１４　ｄ的液体培养后，发现几株芽孢杆菌解磷能力达７０．５２￣１５６．８０　µｇ／ｍｌ。Ｐａｕｌ和Ｓｕｎｄａｒａ　Ｒａｏ［１５］测定从豆科植物根际分离出来的几株芽孢杆菌溶解磷酸三钙的效率高达１８％，其中解磷能力最强的是巨大芽孢杆菌