固氮菌肥料的应用和技术

固氮菌肥料是指由能自由生活的自生固氮菌或与一些禾本科植物进行联合固氮的联合固氮菌作为菌种生产出来的微生物肥料。 已发现超过200 种的细菌具有固氮作用，其中包括化能自养型、化能异养型、光能自养型和光能异养型等多种类型。 由于这些细菌在生活环境、代谢类型及对植物的影响等方面存在差异，所以并非所有具有固氮酶活性的细菌都可以作为固氮菌肥料生产的菌种。 固氮菌肥料中使用的菌种有自生固氮菌和联合固氮菌两类。

1)生物固氮与固氮菌

生物固氮是一些原核微生物通过固氮酶的催化作用将大气中的分子态氮还原成氨的过程。 根据固氮菌微生物与高等植物及其他生物的关系，将其分为自生固氮菌、共生固氮菌和联合固氮菌3 种类型。 根瘤菌与豆科植物形成根瘤是共生固氮体系。

自生固氮和联合固氮微生物的固氮能力比共生固氮的根瘤菌要小得多，这是因为自生固氮菌和联合固氮菌缺乏根瘤这样的固氮结构和固氮机制，而且固定的氮素浓度太高时会反过来抑制固氮酶的活性，也抑制固氮过程。 普遍认为，固氮微生物除了固定一定数量的氮素外，还能够产生多种代谢产物（如植物生长物质、维生素、氨基酸、多糖等），从而刺激和促进植物的生长及发育。 自生固氮菌和联合固氮菌在植物根际的生长繁殖中没有严格的特异性，多在低呼吸率的禾本科植物中，如甘蔗、玉米、高粱等根部生长繁殖。

生物固氮是固氮微生物特有的一种生理功能，在固氮酶的催化作用下固定氮素。 固氮酶是一种能够将分子氮还原成氨的酶，由铁蛋白和钼铁蛋白两种蛋白质组成，只有两种蛋白质同时存在，固氮酶才有活性。

自生固氮菌呈粗短杆状，两端钝圆，长4 ～6 μm，常具有荚膜，常两个连接在一起，形成“8”字状。 研究表明，固氮菌的纯培养制剂比土著的固氮菌群效果差，这是由于固氮菌的生长发育与植物根系分泌物关系较大，又与当地土壤有机质和pH 值有关系。 土著的固氮菌群对当地环境有较强的适应性。 所以固氮菌肥的生产以培养土著固氮菌群较实用。

2)固氮菌肥的生产

固氮菌肥的生产一般包括菌种活化、 扩大培养、固体发酵和载体吸附、产品检验等过程。

（1）菌种活化

自生固氮菌利用无氮培养基进行斜面培养，联合固氮菌用半固体无氮培养基培养。

（2）扩大培养

将活化的种子接入种子罐、发酵罐进行扩大培养，并观察菌体形态是否正常，菌量是否达到要求，有无杂菌污染。

（3）固体发酵和载体吸附(www.xing528.com)

将发酵液用无菌水稀释，搅拌均匀，接入灭菌后的吸附剂（富含有机质的菜园土或泥炭），堆成堆或放在敞口的大容器中再进行培养，可添加糖类、乙醇及无机盐等促进固氮菌的快速繁殖。 产品检验合格后包装保存。

3)固氮菌肥料研发方向

（1）选育优良菌种

优良菌种的获得是微生物肥料生产的前提。 固氮菌类肥料菌种的选育可通过两个途径:第一，在现有固氮微生物菌种的基础上进行改造，如诱变、原生质体融合及分子育种等方法获得高泌氨能力或对体内氨的积累反应不明显的菌株，从而达到提高固氮作用的效果；第二，加强菌株筛选，自然界中存在大量可以固氮的微生物，它们可能具有不同的代谢类型，因此要分别设置不同的条件（好氧和厌氧、光能和化能、自养和异养）大范围筛选固氮微生物。

（2）活体测定固氮能力

纯培养条件下微生物的固氮能力并不能代表其能真正促进植物生长，只有在植物生长过程中固氮能力增加且能为植物利用的菌种才能开发成微生物肥料。 不同的固氮微生物可能对不同的植物（作物）作用不同，应该分别测试该微生物在不同植物上的作用效果。

（3）菌体发酵条件的优化

微生物肥料作用的发挥是以活体微生物的存在为前提的，不同的微生物对发酵条件的要求不同。 因此，应该根据微生物的特点探索出最适合的发酵条件（包括温度、pH 值、溶解氧等），以获得发酵产物单位体积中具有最大的微生物数量。

（4）合适的剂型

不同的固氮微生物应该筛选出最佳的剂型，确保微生物在特定剂型中存活一定的时间。不同微生物对逆境的抵抗能力不同，因此应根据不同微生物的特点选用合适的剂型。 例如，芽孢杆菌适合固体菌剂，而固氮菌属的一些种类则更适合液体剂型。

（5）保存时间和保存方法

微生物肥料从生产到使用需要一定的时间间隔，所以应根据不同微生物的特点确定最佳的保存时间和方法，保证在使用过程中肥料中具有足够数量的活体微生物。