微生物肥料在玉米生產(chǎn)中的應(yīng)用

1微生物肥料的定義微生物肥料和細(xì)菌肥料。是指一類含有活微生物的特定制品,應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,能獲得特定的肥料效應(yīng),在這種效應(yīng)的產(chǎn)生中,制品中的活微生物起關(guān)鍵作用,符合上述定義的制品均歸入微生物肥料,包括真菌肥料和細(xì)菌肥料。微生物的生命活動(dòng),增加了植物元素營養(yǎng)的供應(yīng)量,導(dǎo)致植物產(chǎn)量增加。但微生物生命活動(dòng)的關(guān)鍵作用不限于植物的元素營養(yǎng)供應(yīng)水平,還應(yīng)包括它們所產(chǎn)生的植物生長刺激素對植物的刺激作用,促進(jìn)作物對營養(yǎng)元素的吸收,或者是拮抗某些微生物的致病作用,減輕作物病蟲害導(dǎo)致產(chǎn)量增加,如植物根際促生細(xì)菌(PlantGrowthPromotingRhizobacteria,簡稱PGPR)即屬于此類。2微生物肥料的類型按菌肥中起作用的微生物種類分為:真菌菌劑,根瘤菌肥料,固氮菌肥料,磷細(xì)菌肥料,硅酸鹽細(xì)菌肥料等。2.1真菌菌劑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鹽場、細(xì)菌肥料3土壤微生物對磷素的吸收作用上述細(xì)菌肥料中,有不少屬于PGPR類,PGPR的作用機(jī)理是目前農(nóng)業(yè)微生物研究熱點(diǎn)之一。已經(jīng)報(bào)道的PGPR種類主要有醋桿菌、氣單胞菌、檸檬節(jié)細(xì)菌、巴西固氮螺菌、自生固氮菌、巨大芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌、枯草桿菌、熒光假單胞菌等。而對鄰單胞菌屬(Plesiomonas)的PGPR類還尚未見報(bào)道。目前研究人員認(rèn)為PGPR的作用機(jī)理通過以下幾方面體現(xiàn)出來:1)分泌促進(jìn)植物生長的物質(zhì)如假單胞菌、枯草桿菌等50個(gè)種中發(fā)現(xiàn)48個(gè)種產(chǎn)生植物生長激素,29個(gè)種產(chǎn)赤霉素,45個(gè)種產(chǎn)激動(dòng)素。熒光假單胞菌產(chǎn)赤霉酸、青霉素,部分產(chǎn)吲哚乙酸、維生素。惡臭假單胞菌產(chǎn)吲哚-3-乙酸、吲哚-3-乳酸、赤霉素等。研究表明:玉米根際的固氮螺菌屬(Azospirillum)固氮并產(chǎn)生調(diào)節(jié)物質(zhì)、鐵載體、抗生素和有機(jī)酸,從而促進(jìn)玉米生長。2)增強(qiáng)植物的抗逆性研究表明:某種真菌能吸收大量Al貯存于細(xì)胞內(nèi),從而減輕或消除Al的毒性。Hart等認(rèn)為微生物體產(chǎn)生的聚合物具有抗干旱、降低水分協(xié)迫、改善土壤結(jié)構(gòu)、供應(yīng)植物有機(jī)營養(yǎng)和調(diào)節(jié)離子活性的能力,并研究了陰溝腸桿菌(Enterobactercloacae)、圓褐固氮菌(Azotobacterchroococcum)、致金色假單胞菌(Pseudomonasaureofaciens)及哈茨木霉(Trichodermaharzianum)等不同土壤微生物產(chǎn)生胞外聚合物(ExtracellularPolymers,EPS)的能力和胞外聚合物的特性及其對根際微生物、植物吸收養(yǎng)分的影響,進(jìn)一步闡明了EPS對離子選擇吸收的機(jī)制。3)控制土壤傳播疾病其主要機(jī)理是PGPR類的生物產(chǎn)生抗菌素胞外酶和氰化氫而改變根圈微環(huán)境平衡,惡息假單胞菌對豌豆上的鐮刀菌有防治作用,與促使根內(nèi)木質(zhì)素增加有關(guān)。近年來研究發(fā)現(xiàn),PGPR對控制病原線蟲有作用。4)有利于農(nóng)田污染物的降解Robert研究表明,這些微生物對三氯乙烯、芳香族化合物及除草劑有降解作用。已經(jīng)證明:谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶在革蘭氏陰性菌若干屬中存在,尤其是存在于腸桿菌科(Enterobacteriaceae)和假單胞菌屬(Pseudomonas)中的一些種。通過谷胱甘肽的結(jié)合作用除去除草劑中的氯。5)微生物肥料改善植物營養(yǎng)的生物化學(xué)和分子生物學(xué)研究植物活化難溶性磷的機(jī)制很多,但最主要的有兩種。一是根系分泌的酸性磷酸酶(APase)水解有機(jī)磷以釋放PO4,以及水解RNA釋放Pi的RNA酶(RNase);二是根系分泌有機(jī)酸,以螯合土壤中的Fe、Al、Ca等金屬離子,從而釋放出難溶性磷酸鹽中的PO4。硅酸鹽細(xì)菌能分泌有機(jī)酸,從而將土壤中難溶態(tài)無機(jī)磷(FePO4,AlPO4等)中的PO4釋放出來。JF88菌株在有機(jī)磷合成培養(yǎng)基及無機(jī)磷合成培養(yǎng)基上生長良好,說明該菌既能分泌磷酸酶分解利用有機(jī)磷,又能分泌有機(jī)酸,使難溶態(tài)的無機(jī)磷轉(zhuǎn)化成可溶性磷。外生菌根真菌產(chǎn)生的磷酸酶,在將土壤中的不溶性磷轉(zhuǎn)變成可溶性磷過程中起著重要作用,其酶活性往往是無菌根植物的好幾倍。此外,外生菌根菌還可產(chǎn)生大量的草酸鹽,通過與鐵、鋁等的螯合,釋放出土壤中固定態(tài)磷酸鹽,從而對植物吸收磷產(chǎn)生有利影響。研究證明,有些外生菌根菌能產(chǎn)生表面植酸酶,可分解植酸鹽并可從中吸收磷素。除了磷以外,菌根對其他微量元素如Zn、Cu、Ca、Mg、Mn、Fe等養(yǎng)分的吸收也是十分有益的。菌根真菌還可通過自身的生長繁殖將土壤中的營養(yǎng)元素、水分等“固定”在生態(tài)系統(tǒng)中。如土壤中的硝態(tài)氮和氨態(tài)氮若不能很快被植物同化吸收,則很容易被反硝化細(xì)菌還原成NO或者N2而逸出生態(tài)系統(tǒng)。菌根真菌通過形成大量的菌絲而把這些營養(yǎng)元素同化到菌絲體中,從而把這些元素“固定”在植物的根際土壤中。Burleigh和Harrison(1997)研究Medicagotruncatula與VA菌根菌互作過程中基因的差異表達(dá),用差異篩選法從Medicago中分離到一個(gè)差異表達(dá)的cDNA克隆Mt4。Mt4的結(jié)構(gòu)和表達(dá)特征如下:Mt4包括很多短的開讀框(ORF),最長的兩個(gè)可分別編碼51個(gè)氨基酸的多肽;其中的1個(gè)ORF與磷饑餓誘導(dǎo)的番茄根系中表達(dá)的pTPSI1cDNA有1個(gè)較短但完全相同的序列;與豆科植物早期根瘤Enod40的同源基因的多個(gè)短的開讀框不具任何同源性;Mt4在未侵染VAM且處于磷饑餓的根系中正常表達(dá),但在尚未發(fā)生功能性共生的早期表達(dá)即顯著減弱;Northern雜交分析表明,Mt4的表達(dá)必需在氮素充足的條件下,而且主要在根系中?？偠灾?Mt4是分離出的表達(dá)受VAM侵染和Pi水平所調(diào)控的第1個(gè)基因。4蘭科菌根真菌首先,國內(nèi)現(xiàn)在僅有250～300家企業(yè),年產(chǎn)60萬t細(xì)菌肥料。而化肥年產(chǎn)量為1.2億t。微生物肥料的產(chǎn)量僅為化肥的1/200。有關(guān)專家估計(jì),若微生物肥料產(chǎn)量為化肥的3%,則可增產(chǎn)糧食50～100億kg。其次,化肥用量大的地區(qū),地下水污染問題日益嚴(yán)重,開發(fā)生產(chǎn)高效優(yōu)質(zhì)的微生物肥料是發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的需要,符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。第三,每年盲目施用化肥造成的浪費(fèi)約為100萬t,5億元人民幣之多?？梢?微生物肥料在我國是亟待發(fā)展的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品,具有光明的應(yīng)用前景。筆者從滇池底泥中分離到硅酸鹽細(xì)菌JF88菌株,經(jīng)鑒定為鄰單胞菌屬(Plesiomonas),并采用四苯硼鈉比濁法對該菌的解鉀能力進(jìn)行測定,結(jié)果表明:以土壤礦物為底物的解鉀效果,接菌處理的水溶性鉀比不接菌對照增加30.5%;采用磷鉬比色法對該菌的解磷能力進(jìn)行測定,結(jié)果表明:JF88菌株的解磷能力是美國菌肥商品生產(chǎn)菌種MB1的15.79倍。菌根研究的不斷深入,使得菌根真菌對宿主植物的有益作用越來越受到人們重視。研究表明,菌根真菌擴(kuò)大了宿主植物根的吸收面積,不僅增強(qiáng)宿主對磷及其它營養(yǎng)物質(zhì)的吸收,而且產(chǎn)生多種抗生素,提高植物抗逆性,增強(qiáng)植物抗病力,改善植物根際環(huán)境。菌根技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)、林業(yè)生產(chǎn),解決生產(chǎn)中的一些技術(shù)難題,在促進(jìn)植物生長、引種、育苗、逆境造林、經(jīng)濟(jì)林及果樹栽培、植物病害的防治等方面都取得較好的效果。國外有些廠家利用篩選出的優(yōu)良菌株生產(chǎn)菌劑,在生產(chǎn)及應(yīng)用中都取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。目前,國內(nèi)外菌劑類型包括:液體菌劑、固體菌劑、粉劑、丸劑、片劑和顆粒劑等形式。據(jù)悉,美國、法國等一些國家已有定型的商品菌劑出售,而我國至今尚無商品化菌根菌劑在市場上銷售。我國內(nèi)生菌根的研究從20世紀(jì)80年代才開始起步,主要集中在VA菌根,其技術(shù)也在農(nóng)、林業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。而國內(nèi)有關(guān)蘭科植物菌根真菌的研究報(bào)道較少,范黎、郭順星、徐錦堂等人對一些蘭科植物根內(nèi)共生真菌作了分類鑒定,觀察了菌根真菌侵入天麻和墨蘭后,植物皮層細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化,并對菌根真菌促進(jìn)蘭科種子萌發(fā)做了初步研究。魏勤、張麗梅、張灼等人對云南幾種熱帶蘭菌根真菌生物學(xué)特性及其應(yīng)用作過研究,試制了部分蘭科菌根菌劑,將分離自原生地西雙版納石斛、卡特蘭根中的菌根真菌ZW180-2、ZW195在實(shí)驗(yàn)室條件下回接于蝴蝶蘭組培移栽苗,產(chǎn)生了良好的促進(jìn)生長效果。這表明菌根真菌與熱帶蘭的共生關(guān)系并不是高度專一的,為蘭科菌根菌劑的開發(fā)利用提供了依據(jù)。筆者對杏黃兜蘭菌根真菌作調(diào)查之后,發(fā)現(xiàn)杏黃兜蘭的菌根菌以鐮刀菌、組絲核菌為主,分別占杏黃兜蘭菌根菌類群組成的38.46%和30.77%。以組絲核菌JF74、JF75和JF80為菌種制成菌劑,該菌劑對杏黃兜蘭盆栽苗有一定的促進(jìn)生長作用。包括外生菌根菌劑和內(nèi)生菌根菌劑,后者又包括VA菌根菌劑、蘭科菌根菌劑等。國內(nèi)有50%左右的工廠生產(chǎn)或曾生產(chǎn)此類肥料。所用菌種有:花生根瘤菌(Bradyrhizobiumsp.)、大豆根瘤菌(B.Japonicum)等?？煞譃樽陨痰?如Azotobacter(固氮菌屬);共生固氮菌,如Rhizobium(根瘤菌屬);聯(lián)合固氮菌,如Bacillus,Beijerinckia等。在該類肥料中,微生物把有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為可溶性無機(jī)磷,或把不溶性無機(jī)磷轉(zhuǎn)化為可溶性無機(jī)磷。硅酸鹽細(xì)菌主要指膠凍芽孢桿菌(Bacillusmucilaginosus)和環(huán)狀芽孢桿菌(B.Circulans)及其它經(jīng)過鑒定的種類。B.circulans是國際承認(rèn)的一種。此類菌可分解土壤中難溶的磷、鉀,此類菌發(fā)酵液中有激素類物質(zhì),在根際形成優(yōu)勢種,可抑制其它病原菌的生長,達(dá)到增產(chǎn)效果。李鳳汀、郝正然等人分離到硅酸鹽細(xì)菌HM8841菌株,經(jīng)工業(yè)發(fā)酵研制成菌劑,該菌劑經(jīng)幾年的大面積推廣應(yīng)用,在缺鉀土壤上對各種農(nóng)作物均表現(xiàn)出較好的增產(chǎn)效果,尤其在土壤速效鉀嚴(yán)重不足的情況下,施用該菌劑效果更明顯。5生物肥料的制備和接種自1896年在德國開始銷售專利根瘤菌培養(yǎng)制品以來,根瘤菌劑研制和應(yīng)用一直在進(jìn)行。但是根瘤菌的應(yīng)用研究同它的理論研究相比,進(jìn)展慢得多。早期遇到的一些問題今天依然存在,如接種的增產(chǎn)作用不穩(wěn)定,商品菌劑不保證質(zhì)量,使用方法效果不好等。我國從20世紀(jì)50年代初起