微生物肥料在玉米生产中的应用

微生物肥料在玉米生产中的应用

1微生物肥料的定义微生物肥料和细菌肥料。是指一类含有活微生物的特定制品,应用于农业生产中,能获得特定的肥料效应,在这种效应的产生中,制品中的活微生物起关键作用,符合上述定义的制品均归入微生物肥料,包括真菌肥料和细菌肥料。微生物的生命活动,增加了植物元素营养的供应量,导致植物产量增加。但微生物生命活动的关键作用不限于植物的元素营养供应水平,还应包括它们所产生的植物生长刺激素对植物的刺激作用,促进作物对营养元素的吸收,或者是拮抗某些微生物的致病作用,减轻作物病虫害导致产量增加,如植物根际促生细菌(PlantGrowthPromotingRhizobacteria,简称PGPR)即属于此类。2微生物肥料的类型按菌肥中起作用的微生物种类分为:真菌菌剂,根瘤菌肥料,固氮菌肥料,磷细菌肥料,硅酸盐细菌肥料等。2.1真菌菌剂2.2根瘤菌肥料2.3固氮菌肥料2.4解磷微生物肥料2.5盐场、细菌肥料3土壤微生物对磷素的吸收作用上述细菌肥料中,有不少属于PGPR类,PGPR的作用机理是目前农业微生物研究热点之一。已经报道的PGPR种类主要有醋杆菌、气单胞菌、柠檬节细菌、巴西固氮螺菌、自生固氮菌、巨大芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、枯草杆菌、荧光假单胞菌等。而对邻单胞菌属(Plesiomonas)的PGPR类还尚未见报道。目前研究人员认为PGPR的作用机理通过以下几方面体现出来:1)分泌促进植物生长的物质如假单胞菌、枯草杆菌等50个种中发现48个种产生植物生长激素,29个种产赤霉素,45个种产激动素。荧光假单胞菌产赤霉酸、青霉素,部分产吲哚乙酸、维生素。恶臭假单胞菌产吲哚-3-乙酸、吲哚-3-乳酸、赤霉素等。研究表明:玉米根际的固氮螺菌属(Azospirillum)固氮并产生调节物质、铁载体、抗生素和有机酸,从而促进玉米生长。2)增强植物的抗逆性研究表明:某种真菌能吸收大量Al贮存于细胞内,从而减轻或消除Al的毒性。Hart等认为微生物体产生的聚合物具有抗干旱、降低水分协迫、改善土壤结构、供应植物有机营养和调节离子活性的能力,并研究了阴沟肠杆菌(Enterobactercloacae)、圆褐固氮菌(Azotobacterchroococcum)、致金色假单胞菌(Pseudomonasaureofaciens)及哈茨木霉(Trichodermaharzianum)等不同土壤微生物产生胞外聚合物(ExtracellularPolymers,EPS)的能力和胞外聚合物的特性及其对根际微生物、植物吸收养分的影响,进一步阐明了EPS对离子选择吸收的机制。3)控制土壤传播疾病其主要机理是PGPR类的生物产生抗菌素胞外酶和氰化氢而改变根圈微环境平衡,恶息假单胞菌对豌豆上的镰刀菌有防治作用,与促使根内木质素增加有关。近年来研究发现,PGPR对控制病原线虫有作用。4)有利于农田污染物的降解Robert研究表明,这些微生物对三氯乙烯、芳香族化合物及除草剂有降解作用。已经证明:谷胱甘肽转移酶在革兰氏阴性菌若干属中存在,尤其是存在于肠杆菌科(Enterobacteriaceae)和假单胞菌属(Pseudomonas)中的一些种。通过谷胱甘肽的结合作用除去除草剂中的氯。5)微生物肥料改善植物营养的生物化学和分子生物学研究植物活化难溶性磷的机制很多,但最主要的有两种。一是根系分泌的酸性磷酸酶(APase)水解有机磷以释放PO4,以及水解RNA释放Pi的RNA酶(RNase);二是根系分泌有机酸,以螯合土壤中的Fe、Al、Ca等金属离子,从而释放出难溶性磷酸盐中的PO4。硅酸盐细菌能分泌有机酸,从而将土壤中难溶态无机磷(FePO4,AlPO4等)中的PO4释放出来。JF88菌株在有机磷合成培养基及无机磷合成培养基上生长良好,说明该菌既能分泌磷酸酶分解利用有机磷,又能分泌有机酸,使难溶态的无机磷转化成可溶性磷。外生菌根真菌产生的磷酸酶,在将土壤中的不溶性磷转变成可溶性磷过程中起着重要作用,其酶活性往往是无菌根植物的好几倍。此外,外生菌根菌还可产生大量的草酸盐,通过与铁、铝等的螯合,释放出土壤中固定态磷酸盐,从而对植物吸收磷产生有利影响。研究证明,有些外生菌根菌能产生表面植酸酶,可分解植酸盐并可从中吸收磷素。除了磷以外,菌根对其他微量元素如Zn、Cu、Ca、Mg、Mn、Fe等养分的吸收也是十分有益的。菌根真菌还可通过自身的生长繁殖将土壤中的营养元素、水分等“固定”在生态系统中。如土壤中的硝态氮和氨态氮若不能很快被植物同化吸收,则很容易被反硝化细菌还原成NO或者N2而逸出生态系统。菌根真菌通过形成大量的菌丝而把这些营养元素同化到菌丝体中,从而把这些元素“固定”在植物的根际土壤中。Burleigh和Harrison(1997)研究Medicagotruncatula与VA菌根菌互作过程中基因的差异表达,用差异筛选法从Medicago中分离到一个差异表达的cDNA克隆Mt4。Mt4的结构和表达特征如下:Mt4包括很多短的开读框(ORF),最长的两个可分别编码51个氨基酸的多肽;其中的1个ORF与磷饥饿诱导的番茄根系中表达的pTPSI1cDNA有1个较短但完全相同的序列;与豆科植物早期根瘤Enod40的同源基因的多个短的开读框不具任何同源性;Mt4在未侵染VAM且处于磷饥饿的根系中正常表达,但在尚未发生功能性共生的早期表达即显著减弱;Northern杂交分析表明,Mt4的表达必需在氮素充足的条件下,而且主要在根系中。总而言之,Mt4是分离出的表达受VAM侵染和Pi水平所调控的第1个基因。4兰科菌根真菌首先,国内现在仅有250～300家企业,年产60万t细菌肥料。而化肥年产量为1.2亿t。微生物肥料的产量仅为化肥的1/200。有关专家估计,若微生物肥料产量为化肥的3%,则可增产粮食50～100亿kg。其次,化肥用量大的地区,地下水污染问题日益严重,开发生产高效优质的微生物肥料是发展生态农业的需要,符合可持续发展战略的要求。第三,每年盲目施用化肥造成的浪费约为100万t,5亿元人民币之多。可见,微生物肥料在我国是亟待发展的农业产品,具有光明的应用前景。笔者从滇池底泥中分离到硅酸盐细菌JF88菌株,经鉴定为邻单胞菌属(Plesiomonas),并采用四苯硼钠比浊法对该菌的解钾能力进行测定,结果表明:以土壤矿物为底物的解钾效果,接菌处理的水溶性钾比不接菌对照增加30.5%;采用磷钼比色法对该菌的解磷能力进行测定,结果表明:JF88菌株的解磷能力是美国菌肥商品生产菌种MB1的15.79倍。菌根研究的不断深入,使得菌根真菌对宿主植物的有益作用越来越受到人们重视。研究表明,菌根真菌扩大了宿主植物根的吸收面积,不仅增强宿主对磷及其它营养物质的吸收,而且产生多种抗生素,提高植物抗逆性,增强植物抗病力,改善植物根际环境。菌根技术已广泛应用于农、林业生产,解决生产中的一些技术难题,在促进植物生长、引种、育苗、逆境造林、经济林及果树栽培、植物病害的防治等方面都取得较好的效果。国外有些厂家利用筛选出的优良菌株生产菌剂,在生产及应用中都取得了巨大的经济效益。目前,国内外菌剂类型包括:液体菌剂、固体菌剂、粉剂、丸剂、片剂和颗粒剂等形式。据悉,美国、法国等一些国家已有定型的商品菌剂出售,而我国至今尚无商品化菌根菌剂在市场上销售。我国内生菌根的研究从20世纪80年代才开始起步,主要集中在VA菌根,其技术也在农、林业生产中得到了广泛应用。而国内有关兰科植物菌根真菌的研究报道较少,范黎、郭顺星、徐锦堂等人对一些兰科植物根内共生真菌作了分类鉴定,观察了菌根真菌侵入天麻和墨兰后,植物皮层细胞超微结构的变化,并对菌根真菌促进兰科种子萌发做了初步研究。魏勤、张丽梅、张灼等人对云南几种热带兰菌根真菌生物学特性及其应用作过研究,试制了部分兰科菌根菌剂,将分离自原生地西双版纳石斛、卡特兰根中的菌根真菌ZW180-2、ZW195在实验室条件下回接于蝴蝶兰组培移栽苗,产生了良好的促进生长效果。这表明菌根真菌与热带兰的共生关系并不是高度专一的,为兰科菌根菌剂的开发利用提供了依据。笔者对杏黄兜兰菌根真菌作调查之后,发现杏黄兜兰的菌根菌以镰刀菌、组丝核菌为主,分别占杏黄兜兰菌根菌类群组成的38.46%和30.77%。以组丝核菌JF74、JF75和JF80为菌种制成菌剂,该菌剂对杏黄兜兰盆栽苗有一定的促进生长作用。包括外生菌根菌剂和内生菌根菌剂,后者又包括VA菌根菌剂、兰科菌根菌剂等。国内有50%左右的工厂生产或曾生产此类肥料。所用菌种有:花生根瘤菌(Bradyrhizobiumsp.)、大豆根瘤菌(B.Japonicum)等。可分为自生固氮菌,如Azotobacter(固氮菌属);共生固氮菌,如Rhizobium(根瘤菌属);联合固氮菌,如Bacillus,Beijerinckia等。在该类肥料中,微生物把有机磷转化为可溶性无机磷,或把不溶性无机磷转化为可溶性无机磷。硅酸盐细菌主要指胶冻芽孢杆菌(Bacillusmucilaginosus)和环状芽孢杆菌(B.Circulans)及其它经过鉴定的种类。B.circulans是国际承认的一种。此类菌可分解土壤中难溶的磷、钾,此类菌发酵液中有激素类物质,在根际形成优势种,可抑制其它病原菌的生长,达到增产效果。李凤汀、郝正然等人分离到硅酸盐细菌HM8841菌株,经工业发酵研制成菌剂,该菌剂经几年的大面积推广应用,在缺钾土壤上对各种农作物均表现出较好的增产效果,尤其在土壤速效钾严重不足的情况下,施用该菌剂效果更明显。5生物肥料的制备和接种自1896年在德国开始销售专利根瘤菌培养制品以来,根瘤菌剂研制和应用一直在进行。但是根瘤菌的应用研究同它的理论研究相比,进展慢得多。早期遇到的一些问题今天依然存在,如接种的增产作用不稳定,商品菌剂不保证质量,使用方法效果不好等。我国从20世纪50年代初起