土壤解磷细菌的研究进展

此外， 解磷细菌细胞对磷素有固定与释放作用。可溶性 磷酸盐进入细菌细胞后被固定， 当细胞死亡后， 又重新释放 并被植物吸收利用。微生物对土壤磷素的固定与释放， 主要 受 土 壤 中 可 降 解 有 机 物 含 磷 量 的 影 响 ［１３］。 １．３ 解磷细菌解磷能力的研究
不同种类的解磷细菌， 其解磷能力差异较大。宫占元等 以氧化乐果和水胺硫磷为唯一磷源， 接种 ４ 株细菌， 发现同 一菌属的不同菌株解磷能力差异较大， 且 ４ 株细菌不仅能 分 解 有 机 磷类 物 质 ， 还 具 有 降 解 农 药的 功 效［１４］， 这 一 发 现 对 环 境保 护 和 农 药 污 染 治 理 等方 面 具 有 重 要 价 值 。有 专 家 认 为微生物的解磷能力首先取决于微生物本身的特征， 如分 泌质子、有机酸和其他物质的数量和种类， 其次与难溶性磷 酸盐的结构和组成成分有关［１５］。赵小蓉等发现， 解磷细菌的解 磷 量 与 培 养 液 中 的 ｐＨ 值存 在 一 定 的 相 关 性 （ ｒ＝ － ０．７３２） ［１６］。 国内的一些研究也发现解磷能力与 ｐＨ 值和菌体 数 量 存 在 相关性， 菌体数量增多、酸度降低时细菌的解磷能力提高［１７］。 细菌的解磷能力不仅与 ｐＨ 值有关， 而且还很可能受到底物 的诱 导 作 用 。环 境 中 过 高 的有 效 磷 对 磷 细 菌 的 解 磷 能 力 存 在抑制作用［１８］。但是， 有许多研究发现， 真菌的解磷能力高于 细 菌［１９－ ２１］。
发现解磷细菌在根际土壤中能否解磷， 可能与根际存在的
营养物质种类及根际环境 ｐＨ 值变化有密切关系［１０］， 如 磷 细
菌在碱性基质中同样产酸， 但由于碱性反应而不能发挥有
机 酸 作用 ， 表 现 为 不 解 磷 。但 是 ， 有研 究 证 明 解 磷 量 虽 然 与
培养液中的 ｐＨ 值存在一定的相关性代农业科技》２００８ 年第 １５ 期
值 的 下 降 不 是 微 生 物 解 磷 的 必 要 条 件 ［１１］。 １．２．２ 有 机 磷 的 降 解 机 制 。一 般 认 为 ， 磷 细 菌 对 有 机 磷 酸 酯 的 分 解 是 通 过 分 泌 胞 外 磷 酸 酶 进 行 解 酶 而 实 现 的 。但 是研究发现， 当有效磷浓度低于某一阈值使微生物和植物 感到低磷胁迫时， 微生物和植物就会分泌胞外磷酸酶， 将有 机 磷水 解 ， 释 放 出 有 效 磷［１２］。已 证实 在 土 壤 中 接 种 解 磷 的 巨 大 芽 孢 杆 菌 （ Ｂａｃｈｉｌｌｕｓ ｍｅｇａｔｈｅｒｉｕｍ ｖａｒ．ｐｈｏｓｐｈａｔｉｃｕｍ） 后 ， 土 壤 无 机磷质 量 分 数 提 高 了 １５％以 上 ； 在 含 有 有 机 磷 较 高 的 松 软 土 壤 中 接 种 巨 大 芽 孢 杆 菌 效 果 更 显 著 。主 要 原 因 是 解 磷 细 菌 把 有机磷释放 出 来 ， 转 化 为 可 利 用 的 无机 磷 。另 外 ， 梁 锦锋通过试验发现， 有机磷化物对于磷细菌菌体的生长存 在着抑制作用， 同时对于磷细菌利用有机磷又存在诱导作 用［１］。
土壤中能够分解磷素的微生物很多， 以解磷细菌为主。 目 前 报 道 的 解 磷 细 菌 有 芽 孢 杆 菌 属 （ Ｂａｃｉｌｌｕｓ） 、假 单 胞 菌 属 （ Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ） 、土壤杆菌属（ Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ） 、黄杆菌属（ Ｆｌａ－ ｖｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ） 、肠 细 菌 属 （ Ｅｎｔｅｒｂａｃｔｅｒ） 、微 球 菌 属 （ Ｍｉｃｒｏ － ｃｏｃｃｕｓ） 、固 氮 菌 属 （ Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ） 、根 瘤 菌 属 （ Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉ － ｕｍ） 、沙 门 氏 菌 属 （ Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ） 、色 杆 菌 属 （ Ｃｌｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ － ｉｕｍ） 、产 碱 菌 属 （ Ａｌｃａｌｉ－ ｇｅｎｅｓ） 、节 细 菌 属 （ Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ） 、多 硫 杆 菌 属 （ Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ） 、硫 氧 化 硫 功 菌 属 （ Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｉ－ ｏｏｘｉｄａｎｓ） 、埃 希 氏 菌 属 （ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ） 、欧 文 氏 菌 属 （ Ｅｒｗｉｎｉａ） 和沙雷氏菌属（ Ｓｅｒｒａｔｉａ） ［３］。
关键词 土壤； 解磷细菌； 解磷； 研究进展 中图分类号 Ｓ１５４．３９ 文献标识码 Ａ 文章编号 １００７－ ５７３９（ ２００８） １５－ ０１８２－ ０３
磷是植物生长发育的必需矿质元素之一， 但是我国有 ７４％的耕 地 土 壤 缺 磷 ， 土 壤 中 ９５％以上 的 磷 为 无 效 磷 ， 植 物 很难 利 用 。在 生 产 中 多 施 用高 水 溶 性 磷 肥 满 足 植 物 对 磷 的 需求［１］， 但是磷肥施入土壤后易形成难溶性的磷酸盐并迅速 被土壤矿物吸附固定或为微生物固持， 其当季利用率仅为 １０％￣２５％［２］。如何提高 土 壤 磷 素 利 用 率已 成 为 目 前 科 学 研 究 的热点问题之一。研究发现， 微生物对土壤中磷的转化起关 键 作 用 。科 学 家 们 从土 壤 中 分 离 出 了 能 够 将植 物 难 以 吸 收 的磷转化为可利用状态磷的解磷细菌。大量试验证实， 向土 壤中施用解磷细菌， 不仅能够增加作物磷素吸收量， 提高作 物 产 量 ， 还 能 大 大 提高 磷 肥 利 用 率 ， 减 少 农 业面 源 污 染 。因 此， 在农业生产中使用解磷细菌是实现农业可持续发展的 重 要 途 径 。本 文 综 述 了 近 些 年 来 国 内 外 对 解 磷 细 菌 的 种 类 、 数 量 、生 态 分 布 、解 磷 机制 、解 磷 能 力 和 菌 体 筛 选分 离 的 研 究以及在农业生产中的应用和研究前景， 以期为解磷细菌 的进一步研究和应用提供参考。 １ 解磷细菌研究进展 １．１ 解磷细菌的种类、数量及生态分布
大田农艺
《现代农业科技》２００８ 年第 １５ 期
土壤解磷细菌的研究进展
张云翼 邹碧莹
（ 南京农业大学资源与环境科学学院， 江苏南京 ２１００９５）
摘要 磷是植物生长发育的必需矿质元素之一， 但土壤中的有效磷含量不高。土壤中存在着大量解磷细菌， 可以将土壤中的难溶性磷 转化为可溶性磷。将解磷细菌应用于生产， 可以提高土壤中的磷素有效性、促进植物的生长发育 ， 还可以提高磷肥利用率， 实现农业的可持 续发展。简要综述了近年来国内外对解磷细菌在土壤中的种类分布、解磷机制、解磷能力、筛选分离及在农业生产上的应用和 意义 等方 面 的研究， 并对其研究方向提出了建议和展望。
但是， 不同的土壤、不同作物根际中解磷细菌的数量和 种群分布都存在一定的差异。有研究发现， 黑钙土中解磷细 菌 最 多， 为 ４．８９×ｌ０７ｃｆｕ／ ｇ， 瓦 碱土 最 少 ， 仅 有 ２×１０４ｃｆｕ／ ｇ［４］。尹 瑞玲调查了我国旱地土壤中的解无机磷菌， 发现平均 １ｇ 土 壤中约有 １ ０００ 万个， 占土壤微生物总数的 ２７．１％￣８２．１％， 其 中 以 黑 钙 土 中 解 磷 菌 数 量 最 多 ， 而 红 壤 、砖 红 壤 中 数 量 最 少［５］。林启美等通过分析农田、林地、草地和菜地 ４ 种土 壤 有
转化作用。解磷细菌的解磷机理复杂多样， 目前多数学者认
为解磷细菌的解磷机制主要有两方面。
１．２．１ 无机磷化物的溶解作用。一般认为， 磷细菌降解无机
磷化物的机理有： ①解磷细菌在生命活动中会产生可以溶
解土壤中难溶性磷酸盐的有机酸， 如乳酸、氨基乙酸、草酸、
盐胡索酸、琥珀酸、２－ 葡 糖 酮 酸 和 柠 檬 酸等 。②解 磷 细 菌 释
收稿日期 ２００８－ ０６－ ２４
机磷细菌和无机磷细菌的数量及种群结构， 发现有机磷细
菌数量比无机磷细菌多； 有机磷细菌主要是芽孢杆菌属， 其
次是假单胞菌属； 而无机磷细菌主要是假单胞菌属； 菜地土
壤 解 磷 细 菌 的 数 量 和 种 类 最 多 ［６］。解 磷 细 菌 有 强 烈 的 根 际
效应， 不同土壤中， 解磷微生物的数量差异较大， 在植物根
际的数量要远远高于其周围土壤中的数量［７］。赵小蓉等 通 过
研究玉米根际与非根际解磷细菌的分布特点， 进一步得出
根际微生物的数量可能主要受根系分泌物数量的控制， 而
根际微生物群落结构则可能主要受根系分泌物类型的影响
的 结 论 ［８］。
１．２ 解磷细菌解磷机制的研究
早在 １９ 世 纪 初 就 有 土 壤 学 家 指 出 土 壤 微 生 物 对 磷 的
ｃｅｒｅｕｓ） 、短芽 孢 杆 菌 （ Ｂ．ｂｒｅｖｉｓ） 、坚 强 芽 孢 杆 菌 （ Ｂ．ｆｉｒｍｕｓ） ， 但 同 时发现由于解磷细菌的遗传稳定性差， 这些菌剂在生产上 的 应 用 并 不理 想 。有 一 些 研 究 主 要 进行 了 解 磷 细 菌 的 分 离 和筛选， 目的是为了得到解磷能力强的菌株， 从中克隆出与 解磷有关的基因， 为构建固氮和解磷的复合工程菌提供基 本 资 料 。李 繁等 从 ２００ 多 个 可 以 在 蒙 金 娜 有 机 磷 水 平 上 生 长的菌落中， 筛选分离出了 ７ 株有机磷细菌， 通过生理生化 试 验 、１６Ｓ ｒＤＮＡ 序 列 测 定 、Ｇ＋Ｃ 含 量 、ＤＮＡ－ ＤＮＡ 杂 交 等 研究方法， 得出了这 ７ 个解磷细菌分属于假单胞菌属、芽孢 杆 菌 属 、不 动 杆 菌 属和 寡 养 单 胞 菌 属［２３］。这 一 研究 结 果 与 国 外 研 究 相 一致 。近 来 ， 有 人 利 用 基 因 工 程 技 术 将 Ｂａｃｉｌｌｕｓ．ｓＰ． ＤＳ１１ 中 的 Ｐｈｙｔａｓｅ 基 因 ｐｈｙ 导 入 Ｅｓｃｈｅｅｒｉｃｈｉａ ｃｉｌｉ 构 成 基 因 工程菌， 以应用于降解释放无机磷［１２］。一般认为， 生物有效磷 对生物固氮作用非常重要， 在一定浓度范围内， 生物有效磷 水平限制了生物的固氮能力。
目前， 测定磷细菌解磷能力的方法主要有 ３ 种： 一是将 磷细菌接种在特定的培养基上进行培养， 培养后测量其周 围较透明的溶磷圈的直径， 通过比较直径大小来确定菌种 的解磷能力； 二是将解磷细菌接种至含有磷养分的培养液 中， 用未接种过解磷细菌的培养液作对照， 同时进行培养， 一段时间后， 用钼蓝比色法间接测出培养液中可溶性磷素 的含量， 从而反映磷细菌的解磷能力； 三是采用同位素示踪 法［２２］。赵小蓉等采用熏蒸、消煮等方法， 测定沙培过程中细菌 分解出来的磷， 这是目前较为准确地测定细菌分解磷能力 的 方 法 ［１６］。 １．４ 解磷细菌的筛选和分离