硅酸盐细菌的研究进展

收稿日期:1999-09-10

硅酸盐细菌的研究进展

贺积强,李登煜,张小平,陈　强,梁如玉

(四川农业大学应用微生物系,中国雅安　625014)

摘　要:硅酸盐细菌能释放由硅酸盐组成的岩石矿物中的磷、钾、硅等元素,直接

供给植物生长利用,同时亦具有固氮能力。这为挖掘土壤潜在肥力、发展可持续农

业提供了诱人的前景。硅酸盐细菌的特殊生理功能与适应能力必然由特殊的基因所

操纵,因而有重要的理论研究价值和巨大的开发潜力。本文从形态学、解钾机理、解

钾效果、解钾条件、分类地位和实际应用等6个方面对国内外近几十年来硅酸盐细

菌的研究概况作一综述,并提出其进一步研究和探索的方向。

关键词:硅酸盐细菌;解钾机理;生物肥料;生物多样性

Research progress on sil ica te bacter i a

H E J i 2qiang ,L ID eng 2yu ,ZHAN G X iao 2p ing ,CH EN Q iang ,L I AN G R u 2yu

(D ep t .A pp l .M icrobi o l .,Sichuan A gricultural U niversity ,Ya’an 625014,Ch ian )

Abstract :Silicate bacteria m ay release so il po tassium ,pho spho rus ,alum inium and silicon from silicate m inerals to p romo te p lant grow th ,w h ich show s w ide p ro spect in exp lo itati on of so il po tential fertility and developem nt of sustained agriculture .T he specific physi o logical functi ons and adap tive abilities of the silicate bacteria are contro lled by specific genes in silicate bacterial genom es ,w h ich p resent its i m po rtant research values and giant exp lo itable po tentialities .T he pheno type ,m echa 2nis m ,ability and conditi ons of releasing po tassium ,taxonom y and app licati on of silicate bacteria are review ed and further re 2search directi ons are also p ropo sed in th is paper .

Key words :silicate bacteria ;m echanis m of releasing po tassium ;bi ofertilizer ;bi odiversity

硅酸盐细菌是土壤中一种特殊的细菌,它能分解原始的仅仅由硅酸盐和铝硅酸盐组成的岩石矿物,不仅具有溶磷、解钾等作用,亦有固氮能力[1,3,5]。因此,硅酸盐细菌是目前广泛应用的微生物肥料中的一种重要功能菌,大量田间应用试验[32～41]肯定了它在挖掘土壤潜在肥力、提高作物产量等方面的正效应,但同时亦有研究[11,14,60]指出其应用效果的不稳定性。1　研究现状

111　形态学研究

亚历山大罗夫[5]形态观察表明,培养在硅酸盐琼脂上的硅酸盐细菌是两端钝圆、体积很大

的杆菌,长4～7Λm ,直径112～114Λm ,G -,具大粘液状荚膜。幼年培养一昼夜的菌体,每

一荚膜中可以有2～4个杆菌,以后每个杆菌在自己的周围分泌出单独的荚膜,第三天的培养201西　南　农　业　学　报

Southw est Ch ina Journal of A gricultural Sciences 1999年12卷土肥专辑

Special Issue on S&F

中,每个杆菌很明显地为单独的荚膜所包围,在更老的培养中(第十天),细菌的细胞消失仅剩下一些空荚膜。在硅酸盐琼脂上芽孢出现得很少,但在淀粉琼脂上培养,第二天就开始大量形成芽孢,且菌落形态亦发生变化,菌落中央部分变混浊,且混浊部分粘液的稠密度也发生变化,失去了特有的弹性和坚固性,芽孢形成时,杆菌的中央部分变粗,芽孢椭圆形,大小是115～118Λm ×310～315Λm 。

在不含氮的硅酸盐琼脂上,硅酸盐细菌形成粘液状凸起的透明的菌落。陈廷伟、陈华葵[18]进行了形态学研究,结果显示,我国各地(北京、陕西、河北、湖北等)分离所得硅酸盐细菌在形态上差异不大,皆为大荚膜杆菌。菌体长杆状,大小为4～7Λm ×1～112Λm ,荚膜很厚,椭圆形,大小为5～7×7～10Λm ,G -。该菌在含氮的查贝克琼

脂和无氮的阿须贝琼脂上的菌落形态是光亮的,圆形、凸起,无色半透明(如同半颗玻璃珠一样)。在无氮培养基上菌落更为浓稠而有弹性,在无氮的液体培养基上形成粘稠的菌液,不产生荚膜。荚膜的发生、大小和层次与培养基中营养成分密切相关,营养元素丰富时,该菌不形成明显的大荚膜,而只有一层薄的粘液层,或是形成菌胶团;而当缺乏营养元素时,特别是缺乏氮素或可溶性磷时,该菌易形成肥厚的荚膜;在营养元素缺乏而培养时间较长时,该菌的荚膜不仅厚而且层次亦增多,并指出肥大荚膜是鉴别该菌的主要形态特征。同时发现菌龄较长(1个月以上)的培养体中菌体的畸形变化,在荚膜内的杆菌伸长,逐渐弯曲成弧形、

C 形、甚至S 形的畸形菌体。马麟祥、叶维青[19]对两株菌(NO 1101,NO 1103)的形态观察

表明,两株菌存在差异,平面培养时,NO 1101形成扁圆形不特别突起的菌落,NO 1103则形成突起,有如水银落在培养基上;斜面培养时,NO 1101菌落平坦均匀,而NO 1103则出现高低不平的突起;液体培养中,二者均分泌粘液物质,NO 1103可使培养液变成乳白色,而

NO 1101培养液则无色透明。连宾等[14]研究表明,典型的硅酸盐细菌菌落呈圆形,边缘整齐,表面湿润,透明,菌落挑起时富有弹性,可拉成丝。一般在28℃培养48小时,菌落直径可达2～3mm 。有单个杆状菌体被荚膜包围的,也有多个菌体包裹在同一荚膜边界内形成菌胶团。112　溶磷、解钾效果研究

亚历山大罗夫[5,20]研究表明硅酸盐细菌能强烈分解铝硅酸盐和磷灰石,释放出可溶性的磷和钾,指出其特殊的生理功能。陈华葵等[18]对硅酸盐细菌利用磷钾矿物的能力作了专题探讨,结果表明,其溶磷能力很强,以磷灰石为唯一磷源,接种该菌,培养10天后,溶液中(光电比色法)水溶性磷接种比对照增加223%或250%;分别以长石、云母及土壤矿物为唯一钾源,接种该菌,10天后,溶液中水溶性钾含量,以重量法计,长石为钾源时,接种比对照(CK )增加87%,云母为钾源时,接种比CK 增加65%;以容量法计,长石为钾源时,比CK 增加25%,云母为钾源时,比CK 增加3517%;土壤矿物为钾源时,比CK 增加45%。但马麟祥、叶维青[19]用无氮长石培养液和以(N H 4)2SO 4为氮源的长石培养液培养硅酸盐细菌,经过一定时间(2d 、3d 、4d 、7d 后)进行分解长石性能测定(亚硝酸钴钠法),多次试验结果都未发现有K +释放出来,简单的定性检查无混浊,用光电比色法亦无差异。吴衍庸(1964)[12]进行了硅酸盐细菌在含钾丰富的紫色土矿粉培养基上的解钾试验,表明其解钾能力较强。国外一些学者(1984)[48,49]利用该菌进行矿石的淋溶作用,表明该菌能释放出矿物中的Si 、Fe 、

A l 等元素。M on ib (1984)[47]在补充磨细正长石和云母粉的培养基中接种硅酸盐细菌,结果表

明,该菌可促进钾离子和硅离子的溶解,特别是对后者溶解更易。连宾等(1995)[14]研究表明,就硅酸盐细菌解钾相对量看,解钾作用十分明显,就绝对值而言,则十分有限。刘荣昌等(1995)[15]从河北省农田玉米根系及根际土样中分离筛选了一株溶磷、解钾能力强,且产生多301土肥专辑贺积强等:硅酸盐细菌的研究进展