【土壤中的解磷微生物探究文献综述4200字】

土壤中的解磷微生物研究文献综述目录TOC\o"1-2"\h\u6389土壤中的解磷微生物研究文献综述 1244731.1前言 1187021.2土壤中的磷 276141.2.1土壤中的磷的存在形式及动态变化 2207231.2.2我国磷肥的应用现状 2138761.3解磷微生物的研究概况 245421.3.1微生物在磷素循环中的作用 213881.3.2解磷微生物的的种类 3243031.3.3解磷微生物的解磷机制 377871.3.4解磷菌肥研究现状 4324771.3.5矿区土壤中解磷细菌研究现状 414347参考文献 41.1前言磷是生物生长发育的必需元素之一，动物和微生物可通过捕食或分解代谢来补充，而植物体内的磷元素主要来自植物根部对土壤中可溶性磷元素的吸收。其含量的多少直接影响植物的生根、幵花、固氮以及光合作用等生命活动[1]。土壤中的磷素有95%以上以难溶性盐的形式存在。由于具有溶解度极低、不易被吸收的特性，导致我国一半以上的耕地存在着土壤或植物的缺磷现象。磷素的缺乏常会导致作物的生长发育受限，目前国家主要采取增施化学磷肥[2]等措施。磷肥的不合理施用造成了磷矿资源过量开采[3,4]、环境污染[5,6]以及当季磷肥利用率较低等一些列的问题。至今磷仍然是我国农业生产中重要的限制因素之一，因此研究更加高效无害的新型磷肥，提高磷肥使用效率，是提高我国乃至全球农业发展虐待解决的问题之一。目前为止，多种解磷微生物已经在农业生产中得到了应用，但仍旧存在着菌株定殖能力较弱，溶磷效果不佳等问题。由于土壤中磷素成分多样复杂，因此筛选具有多重解磷能力且对恶劣生态环境适应性较强的微生物，仍是解磷菌肥开发的一项重要的基础性工作[7]。本研究以辽宁省大连市某水镁矿尾矿表层土壤中筛选出的兼具溶磷效果和环境适应能力强的细菌菌株为研究对象，探讨了其对钙磷、铝磷、铁磷以及有机磷等四种不同类型难溶性磷的降解性能，为今后开发和利用解磷菌肥提供参考依据，对节约磷矿资源，缓解相关的面源污染等问题具有重要的现实意义。1.2土壤中的磷1.2.1土壤中的磷的存在形式及动态变化无机磷和有机磷是土壤中磷元素存在的主要形式[8]，其含量是土壤肥力的重要指征。有机磷分为磷脂、核酸、植酸类等，含量较低，主要来源于动植物和人类活动，无法被植物直接吸收利用[9,10]。无机磷约占土壤总磷含量的2/3，种类多样且成分较为复杂，大致分为3种：矿物磷、吸附态磷和水溶性磷[11]。Ca-P、Al-P、Fe-P等难溶的矿物磷是无机磷最主要的存在形式[12]。碱性土壤中主要是Ca3(PO4)2，FePO4、AlPO4则主要存在于酸性土壤中[13,14]。矿物磷无法被植物直接吸收，需转化为可溶性的磷酸根离子之后才能被利用[10]。土壤中吸附态磷的含量一般比较低，多保存于土壤固相表面，需释放后才能被吸收利用[15,16]。水溶性磷在土壤中的含量极低，是植物可以直接吸收利用的唯一磷源[17]，矿物磷的转化或吸附态磷的释放可以补充土壤中水溶性磷的含量[18,19]，进而满足植物生长所需。1.2.2我国磷肥的应用现状通过大量施用化学磷肥来弥补土壤中有效磷的缺失[20]，是当前维持农业正常生产的常用措施。化学磷肥由于所含磷酸盐的成分及溶解能力不同，可分为水溶性、枸溶性以及难溶性磷肥三种[21-24]。目前使用最广泛的是水溶性磷肥，易吸收，肥效快，可迅速提高土壤中磷素含量。然而由于速效化学磷肥利用效率较低（<30%）[25,26]，过量施用还会引起土壤养分比例失调、微生物群落结构遭到破坏，土壤板结退化、肥力减弱、作物产量减少、品质降低等一系列的次生问题[27-29]。除上述问题外，全球磷肥生产所依赖的磷酸岩储量也急速减少,濒临消耗殆尽的危机。1.3解磷微生物的研究概况人们很早就开始注意到土壤中磷与微生物间的关系，十九世纪五十年代开始众多学者相继开展了解磷微生物的分离筛选及应用研究，认为解磷细菌可以通过促进磷矿粉溶解释放磷来增强植物对磷的吸收利用，从而进一步促进植物生长。1.3.1微生物在磷素循环中的作用Gilbert[20]认为磷元素正在逐渐消失，全世界面临的“磷危机”只有通过活化自然界中的难溶性磷才能得到缓解。解磷微生物（Phosphatesolubilizingmicroorganisms，PSMs）是指存在于自然界中可将难溶性磷转化为被植物直接吸收利用磷的一类微生物[11,32]。据报道，多种微生物在土壤磷素的循环过程中起重要作用[21,30]，主要分为直接和间接两种作用方式。PSMs在转化难溶性无机磷的过程中，由于分泌大量的酸性物质也会对土壤微生物菌群、酶活、养分及呼吸强度产生一定的影响。土壤的理化性质得到了改善，间接促进了植物对磷的吸收。文献报道，解磷真菌丛枝菌根（arbuscularmycorrhizas，AM）通过分泌多聚磷酸酶将土壤中的难溶多聚磷酸盐转化为植物可吸收利用的正磷酸盐[33]，其外菌丝还可以将根系外土壤中的磷转移到植物的根皮层细胞内，在一定程度上缓解了植物根系的磷缺乏状况[24]。1.3.2解磷微生物的的种类由于受到土壤类型、肥力状况、作物品种以及耕作栽培方式等因素的影响，不同地域土壤中PSMs的生态分布及数量都存在着较大差异[33,34]。目前报道较多的解磷微生物被认为划分为解磷细菌、真菌和放线菌三大类。其中解磷细菌的种类和数量最多[35]，主要包括芽孢杆菌属（Bacillus）、假单胞菌属（Pseudomonas）、土壤杆菌属（Agrobacterium）以及固氮菌属（Azotobacter）等[36-39]。与解磷细菌相比，解磷真菌数量就要少许多，主要包括曲霉属（Aspergillus）、青霉属（Penicillium）及镰刀菌属（Fusarium）等[40]。关于解磷放线菌的研究和报道最少，大部分为小单孢菌属（Micromonospora）和链霉菌（Streptomyces）[41]。由于不同的解磷机制，不同种类解磷微生物的解磷能力也呈现出较大差异，大部分学者认为解磷真菌的解磷能力要优于细菌并且更稳定[42]，与解磷细菌和真菌相比较而言，放线菌的解磷能力要稍微弱一些[43]。目前，国内外学者们的主要研究对象正逐渐转向可在高温、低温、盐碱、酸等多种类型极端环境生存并工作的解磷微生物，为更好地解决不良土壤环境中的农业生产以及土壤修复方面提供理论支持。1.3.3解磷微生物的解磷机制通过自身生长代谢，分泌不同种类的无机酸和有机酸来转化难溶性的磷，是研究最多的解磷机制。也有研究表明，溶磷微生物首先释放H2S等与磷酸铁作用，再在相关磷酸酶的作用下将产生可溶性磷酸盐转化为无机磷。范丙全[44]等研究了北方石灰性土壤中青霉菌P8（Penicilliumoxalicum）的溶磷机理。结果表明，青霉菌P8的溶磷效应可发生在不同的碳氮营养条件下，并且有多条溶磷途径，参与其中的有机酸和酸性磷酸酶等的数量均受到供磷水平和氮源种类的显著影响。赵小蓉等[45]研究结果表明解磷微生物的溶磷量与培养液pH值存在一定的相关性，但不是其解磷的必要条件。总之，解磷微生物的溶磷效应是一个动态的、分段的复杂过程。目前针对解磷机制的研究主要是针对其中一到两种来进行，且分析手段不够先进，研究也不是很全面，无法准确反映微生物的完整解磷机制和过程。1.3.4解磷菌肥研究现状解磷微生物除了降解转化难溶性磷，提高土壤中磷有效利用率，还能改善土壤中菌群结构，促进有益微生物增殖，提高作物抗病能力，实现增产提质的目的。利用解磷微生物制备的环境友好型解磷菌肥也被证实具有良好的应用效果[33]，可有效解决土壤磷素形态和植物磷素供应不足等问题。除上述功效外，还能有效促进植物吸收利用其他营养元素，从而减少病原微生物对植物的侵害、解肥增产等。芽孢杆菌属是当前解磷菌肥生产中应用最多的微生物菌种，生长速度快、环境适应性强，由其制成的生物磷肥优势明显，可有效提高土壤肥力、减少环境污染等[35]。总之，利用解磷微生物制备微生物磷肥，经拌种或直接施入土壤，是一种活化难溶性磷的生物措施，高效、经济且对环境友好，高效解磷微生物制剂的研究与开发工作已相继开展，广泛应用之后对提高土壤中磷的转化率及磷肥利用率，减少磷矿资源的消耗量[45]意义重大。1.3.5矿区土壤中解磷细菌研究现状由于兼具溶磷效果、抗重金属胁迫以及极端环境适应性等优点，人们逐渐将目光投向了矿区尾矿土壤中高效解磷细菌的筛选及研究。陈倩等[46]以磷酸钙为磷源从山西煤矿矿区复垦区土壤中筛选得到19株高效解磷细菌；分别研究了磷矿粉和卵磷脂为唯一磷源时菌株的解磷能力及磷酸酶活性；崔永亮等[47]从攀枝花钒钛磁铁尾矿土中分离筛选到4株具有较好溶磷效果的细菌菌株，经鉴定均为芽孢杆菌属(Bacillus)，并对菌株WDN-5的重金属镉耐受性进行了研究，镉的致死浓度为300mg/L；包苏日娜[48]从陕西省神木县大柳塔采矿区样品中分离筛选到15株解磷菌株，经形态特征、生理生化和16SrDNA分子生物学鉴定为假单胞菌（Pseudomonassp.）。综上，尽管大量解磷效果较强的细菌、真菌以及放线菌被国内外学者筛选和鉴定出来的，其促进作物生长的研究报道也很多；但是对于矿区中解磷微生物筛选的报道还比较少，筛选出的解磷微生物数量和种类也十分有限。本研究从水镁矿尾矿土壤样品中筛选兼具多重溶磷效果的细菌菌种，为利用解磷菌提高尾矿磷素利用效率提供理论依据，也为尾矿土壤的生物修复和尾矿堆积物的复垦提供可利用的解磷菌株资源。参考文献[1]KhanAA,JilaniG,AkhtarMS,etal.Phosphorussolubilizingbacteria:occurrence,mechanismsandtheirroleincropproduction[J].JAgricBiolSci,2009,1(1):48-58.[2]王利,高祥照,马文奇,等.中国低浓度磷肥的使用现状与发展展望植物营养与肥料学报，2006,12(5):732-737.[3]魏自民,席北斗,王世平,等.高温解磷菌对堆肥所添加难溶性磷素转化的试验研究[J].环境科学,2008(07):2073-2076.[4]沈隆文.我国磷肥工业的氟污染现状和治理建议[J].化工环保,1985(05):268-269+259.[5]ChaiB,WuY,LiuP,etal.Isolationandphosphate-solubilizingabilityofafungus,Penicilliumsp.fromsoilofanalummine[J].JBasicMicrob,2011,51(1):5-14.[6]高海鹰,刘韬,丁士明,等.滇池沉积物有机磷形态分级特征[J].生态环境,2008,17(06):2137-2140.[7]毕银丽,郭婧婷,刘榕榕.解磷微生物对煤系废弃物粉煤灰的改良效应[J].环境工程学报,2008(09):1235-1238.[8]高春梅,张中发,张硕.海州湾秋季沉积物磷的形态分布及生物有效性[J].中国环境科学,2018,38(4):1499-1509.[9]VanceCP,GrahamPH,AllanDL.BiologicalNitrogenFixation:Phosphorus-ACriticalFutureNeed[J].NitrogenFixationfromMoleculestoCropProductivity,2002,38:509-514.[10]BünemannKE.Assessmentofgrossandnetmineralizationratesofsoilorganicphosphorus-Areview[J].SoilBiologyandBiochemistry,2015,89:82-98.[11]胡晓峰.溶磷菌的筛选、溶磷条件优化及对玉米的促生作用研究[D].南京:南京农业大学,2010.[12]苏慕,田达,李真,等.磷灰石矿物的微生物改性及其应用[J].生物加工过程,2017,15(04):51-56+76.[13]伊鋆.高效解磷细菌的筛选及解磷机理的研究[D].大连:大连理工大学,2011．[14]ChungH,ParkM,MadhaiyanM,SeshadriS,SongJ,ChoH,SaT.IsolationandcharacterizationofphosphatesolubilizingbacteriafromtherhizosphereofcropplantsofKorea[J].SoilBiologyandBiochemistry,2005,37(10):1970-1974．[15]赵海涛.施磷对土壤磷素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