土壤中的解磷解钾微生物的研究综述(3)

　　2解钾微生物

　　2.1解钾微生物的种类及分布

　　能够在土壤中或者在纯培养条件下，将含钾矿物如长石、云母等不能被作物吸收利用的矿物态钾分解产生水溶性钾的微生物，称之为解钾微生物（potassium-solubilizing microorganism），多数研究人员称之为硅酸盐细菌（silicate bacteria）或钾细菌（potassium bacteria），硅酸盐细菌是土壤中一类具有分解硅酸盐或铝硅酸盐岩石矿物能力的微生物[24-26].

　　土壤中解钾微生物在世界各地不同土壤中分布十分广泛，研究报道较多的有环状芽孢杆菌 （Bacillus circulans）、胶质芽孢杆 菌 （Bacillus mucilaginosus）和土壤芽孢杆菌 （B.edaphicus），其中最常见和生产上常用的菌种为胶质芽孢杆菌（B.mucilaginosus）。

　　胶质芽孢杆菌（Bacillus mucilaginous）在中国已广泛应用和开发，最早称之为胶冻样芽孢杆菌，后来被命名为胶质芽孢杆菌，多数分类方法均将其归为芽孢杆菌属.

　　但Ash等[27]1993年经过对芽孢杆菌属51个种的16SrRNA基因测序，并进行其他相关研究，将其重新归为一类，命名为类芽孢杆菌属（Paenibacillus）。

　　因而现在将该菌株称之为胶冻样类芽孢杆菌（Paenibacillus mucilaginosus）。类芽孢杆菌属的菌株在自然界中分布广泛，由于所有菌株均可产生次级代谢产物，所以都有广泛的抗菌谱[28].

　　张爱民等[29]分离筛选出了具有较高解磷解钾能力的克里不所类芽孢杆菌（Paenibacillus kribbensis），该菌株除具有解磷解钾能力外还对多种病原微生物具有拮抗作用，Ross等[30]研究认为胶冻样类芽孢杆菌可以在含有钾长石粉的无氮培养基上生长，说明该菌株除具有解磷解钾功能外，还具有固氮能力.

　　2.2解钾效果研究

　　亚历山罗夫[25]研究结果表明，硅酸盐细菌能在土壤中分解难溶的铝硅酸盐和磷灰石，释放出磷酸根离子和钾离子；陈华葵等[31]对硅酸盐细菌利用磷钾矿物的能力也进行了研究，结果表明，该细菌不仅可以将含钾矿物质进行分解，其溶磷能力也很强，以磷灰石为磷源培养硅酸盐细菌时，溶液中水溶性磷含量比对照增加223%~250%;在纯培养条件下以长石、云母及土壤矿物为底物进行培养液中水溶性钾含量测定实验，培养10d后，以钾长石粉为底物时，接种比对照增加87%,以云母为底物时，接种比对照增加65%.

　　胡荣平等[32]采用稀释平板法对成都土壤样品进行了芽孢杆菌的分离，获得333株芽孢杆菌，在解磷、解钾培养基上分析其解磷、解钾能力，结果表明，约有15%的土壤芽孢杆菌菌株分解无机磷的效果也很显着，其中地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）、巨大芽孢杆菌（B.megaterium）和短小芽孢杆菌（B.pumilus）为分解无机磷芽孢杆菌，其他多数菌株也能在含有机磷的钾细菌培养基上生长，但分解能力较差.

　　林启美等[33]分离到1株胶质芽孢杆菌具有解磷解钾效果，在不同矿物质上进行分解作用研究，培养液中钾离子含量最高为6.43mg/L,最低为1.25mg/L.Zahra[34]通过在土壤中接种硅酸盐细菌发现它具有风化土壤中的硅酸盐矿物的功效.殷永娴等[35]从南京地区分离出1株钾细菌能利用钾铝酸盐中的钾及磷矿石中的磷，其解钾能力为15.61mg/kg,解磷能力为2.85mg/kg.蒋先军[36]把硅酸盐细菌SB121和SB138接入含有长石粉的土壤悬液中，发现该菌株可使长石粉和土壤中游离的钾增加2.7%~40.5%和1.6%~21.6%.连宾等[37]研究表明，从硅酸盐细菌解钾相对量上分析，解钾作用十分明显，但就绝对值而言，则十分有限.张爱民等[38]利用解钾和解硅效果俱佳的胶冻样类芽孢杆菌CX-9菌株应用于喜钾作物烟草，提高了烟叶品质.

　　2.3解钾微生物解钾机理探讨

　　解钾微生物对土壤中矿物质的分解转化机理有很多假想，很多学者已经做了大量的工作，有研究人员认为是微生物生长代谢过程中产生的酸性物质对矿物质的分解起主导作用，有的研究人员认为是荚膜多糖起到辅助作用，还有的认为是微生物所产生的酶类物质起到主要作用[39-41].

　　亚历山罗夫[25]研究认为，硅酸盐细菌使矿物中不溶性钾溶解的主要机制为产生有机酸的作用.陈华葵[31]研究表明硅酸盐细菌在整个培养过程中产酸量很少，其解钾作用不是因为产酸，而是该菌与矿石接触产生特殊的酶破坏矿石结晶构造，或是表面的物理化学接触交换作用所引起；Podgorskii等[42]认为，硅酸盐细菌对岩石的分解是由其生长过程中代谢产物所引起，并与营养环境中C/N比存在一定关系；Malinoskaya等指出，硅酸盐细菌解钾作用与其胞外多糖的形成和低分子质量酸性代谢产物（乙酸、乳酸等）有关；盛下放[43]认为，摇瓶条件下，硅酸盐细菌NBT菌株发酵液中含有大量的有机酸、氨基酸、荚膜多糖，三者的混合液可使解钾能力提高62.2%,三者分解钾长石的能力是通过酸溶和络合作用来实现的.综上所述，硅酸盐细菌的解钾机理推断有多种，作者认为矿物质结合理论对于矿物质钾的分解理论较好.

　　硅酸盐细菌在生命活动时产生的酶、荚膜多糖及有机酸类物质，能够将土壤中的矿物钾、固定钾分解转化成能被植物吸收的有效钾，其解钾基本原理是硅酸盐细菌可以破坏钾长石晶格结构，释放其中的钾，为作物提供营养；其中钾长石晶格结构的破坏是通过硅酸盐细菌产生有机酸、氨基酸的酸溶作用和有机酸、氨基酸及荚膜多糖的络合作用实现的.

　　在晶格结构的破坏过程中，荚膜多糖起到重要作用，它可以与土壤中存在的大量二氧化硅（SiO2）发生络合，降低了土壤中SiO2浓度，打破了矿物质结晶过程中暂时的动态平衡，促进了矿物质的降解，从而释放出被矿物质晶格所包围的Si和K等金属离子[37].

　　3存在问题及展望

　　尽管中国解磷解钾微生物肥料的应用历史很长，但仍存在着不明确和未解决的问题.菌种功能单一：中国的生物肥料生产和登记中，解磷菌株多以巨大芽孢杆菌为主，而解钾菌株多为胶冻样类芽孢杆菌，尽管有研究人员认为该菌株也具有解磷功效，但有关解磷能力研究报道较少.

　　生产工艺有待改变和提高：大多微生物肥料生产还在延续20世纪70和80年代的发酵后发酵液直接吸附或液体灌装的生产模式，无后处理工艺，致使生物肥料产品生物量低，应用上接种量不足，增产效果不稳定.

　　微生物肥料的基础研究不足：目前很多报道仅限于增产原因分析、菌株分离和大田试验等方面的研究，有关解磷解钾菌株在植物根际的定植、土壤生物肥力、土壤酶活性及土壤的磷钾营养的供给等方面研究报道较少.

　　工业化产品有待推出：随着中国大农业格局的形成和生态环保农业进程的不断发展，微生物肥料需要推陈出新，研制工业化品种已是大势所趋，如目前市场上常见的高含量芽孢菌粉产品，适合多种方式使用，应具有良好的发展前景.

　　针对以上问题，笔者认为应加强企业与大学及科研机构之间的合作，从上述几个方面展开科研攻关工作，并利用企业的市场化行为，尽快转化生产力，促进中国微生物肥料事业的发展.

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