应用微生物学：解磷菌类肥料

解磷菌类肥料是一类促使土壤中不能被作物利用的有机态或无机态磷化物转化为有效磷，从而改善作物的磷素营养，促使作物增产的菌肥。 解磷菌类肥料的研究和应用历史较长。1935 年，苏联人蒙金娜从土壤中分离出一株解磷巨大芽孢杆菌（Bacillus megatherium var.phosphaticum），该细菌具有很强的分解核酸和卵磷脂的能力。 1947 年以解磷巨大芽孢杆菌为菌种的微生物肥料开始大量生产。 据报道，接种后土壤中的P2O5 提高15%以上。 我国对解磷细菌的研究始于20 世纪50 年代，前东北农业科学研究所从东北黑土和灰化土中分离出分解有机磷能力很强的解磷巨大芽孢杆菌，并制成解磷菌肥在黑钙土中使用，作物平均增产幅度为13.5%。 中国科学院沈阳应用生态研究所从东北黑土中也分离出一株解磷能力强的假单胞菌。 研究表明，在不同类型的土壤和多种作物（稻、麦、玉米、高粱、大豆等）中应用有机磷菌肥或无机磷菌肥，作物普遍表现出根系发达、粗壮、苗高株壮、叶色较绿，并有增产效果。

1)磷细菌的主要类群

磷细菌是将不溶性磷化物转化为有效磷的微生物，是解磷菌类肥料的有效微生物。 根据它们分解的底物不同分为两类:一类是无机磷细菌，通过细菌产生的酸使不溶性磷矿物溶解为可溶性的磷酸盐，如氧化硫硫杆菌（Thiobacillus thiooxidans）；另一类是有机磷细菌，通过细菌产生的一类酸性物质（如乳酸、柠檬酸和植物酶类物质），土壤中难溶性磷素和磷酸铁、磷酸铝及有机磷酸盐矿化，形成作物能够吸收利用的可溶性磷，如巨大芽孢杆菌和蜡状芽孢杆菌等。研究较多的有以下几个磷细菌类群。

（1）巨大芽孢杆菌

芽孢杆菌属，是研究最早、应用最广的一类解磷菌。 细胞较大，大小为（1.2 ～1.5） μm ×（2.0 ～5.0） μm，柱状到椭圆形或梨形，革兰氏染色阳性，芽孢中生、卵圆形，孢囊不膨大，好氧，在琼脂培养基上菌落为白色，边缘整齐，有光泽或较暗，有时微皱，生长后期一般略带黄色，长时间培养生长物和培养基可变成褐色或黑色，最适生长温度是37 ℃。

（2）蜡状芽孢杆菌

芽孢杆菌属，细胞大小为（1.0 ～1. 2） μm×（3 ～5） μm，芽孢中生、椭圆形，孢囊不膨大，革兰氏染色阳性，菌体杆状，多成链。 菌落为暗的毛玻璃状，并常有起伏的边缘。 胞外产物含有溶血素、可溶性毒素、溶菌酶、蛋白水解酶和磷脂酶。 通过DNA 杂交研究，发现蜡状芽孢杆菌、炭疽芽孢杆菌和草状芽孢杆菌有较高的同源性。 应用前一定要作安全性评价，确定为非病原菌后才能应用。

（3）短小芽孢杆菌

芽孢杆菌属，革兰氏染色阳性，细胞大小为（0.6 ～0.7） μm×（2 ～3） μm，芽孢中生、椭圆形，孢囊不膨大。 菌落形态多样，生长需要生物素，某些菌株需要氨基酸。

（4）氧化硫硫杆菌

硫杆菌属，具有氧化元素硫及其化合物产生硫酸的生理功能。 细菌棒状，大小为（1.0 ～2.0） μm×（0.3 ～0.5） μm， 革兰阴性菌，化能自养菌，专性好氧，嗜酸，嗜中温。

（5）荧光假单胞菌

假单胞菌属，大小为（0.7 ～0. 8） μm×（2.3 ～2.8） μm，不产芽孢，革兰氏染色阴性。 有数根极生鞭毛，运动，需氧，化能异养，广泛分布于自然界，如土壤、水、植物及动物活动环境中。

（6）黑曲霉

曲霉属，除了细菌，部分真菌也具有解磷能力。 解磷真菌在数量和种类上都少于解磷细菌，但其解磷能力一般要强于解磷细菌。(www.xing528.com)

2)解磷微生物的作用机制

多数学者认为磷细菌肥料的解磷机制主要包括以下几个方面。

（1）产生各类有机酸（如乳酸、柠檬酸、乙二酸、甲酸、乙酸、丙酸、琥珀酸、酒石酸、葡萄糖酸等）和无机酸（如硝酸、亚硝酸、硫酸、碳酸等），降低环境pH 值，使难溶性磷酸盐降解为有效磷；或认为有机酸可螯合闭蓄态铁、磷、铝、钙，使之释放有机磷。

（2）产生胞外磷酸酶，催化磷酸酯或磷酸酐等有机磷水解为有效磷。 磷酸酶是诱导物，微生物和植物根对磷酸酶的分泌与磷酸盐的缺乏程度呈正相关，缺磷时，其活性成倍增长。

（3）扩大吸收面积，VA 菌根（vesicular-arbuscular，即丛枝菌根）真菌肥料重要的促生机制之一就是其与土壤的磷素营养供应密切相关:一方面通过根外菌丝延伸可达几厘米，甚至十多厘米以增加吸收范围；另一方面提高其磷酸酶活性，同时还产生乙二酸盐、柠檬酸盐结合铁、铝，使固定态磷酸盐释放有效磷。 同时还发现复合螯合剂存在时，对磷的吸收会增加很多。

3)磷细菌肥料的生产

磷细菌要求有机质丰富、中性或微酸性、水分充足和氧气供给良好的培养条件，最适生长温度为30 ～37 ℃。 培养过程中产酸，所以培养基中需加入石灰或碳酸钙调节酸碱度。 固体磷细菌肥料的生产工艺为:菌种活化→扩大培养→固体发酵→载体吸附→产品检验。

（1）菌种活化

解磷菌种子的培养基通常采用20%的马铃薯琼脂培养基活化，30 ～32 ℃培养2 天。

（2）扩大培养

将活化的种子接种到三角瓶、种子罐、发酵罐中扩大培养。 每级扩大培养过程中都要镜检，观察菌数是否达到要求，杂菌数是否超标。

（3）载体吸附

将发酵液接种到生产用固体培养基，混合均匀后30 ～35 ℃培养2 天，即可与吸附剂混合、拌匀得粉状磷细菌肥料，或者再造粒、烘干得颗粒状肥料。 粉状磷细菌肥料质量标准:粉末状、松散、湿润、无霉菌块、无霉味、微臭；水分25% ～50%；解磷菌数≥1 ×108 cfu/g；有效期≥6 个月。 颗粒状磷细菌肥料质量标准:松散、黑色或灰色颗粒，微臭；水分≤10%；解磷菌数≥0.5 ×108 cfu/g；有效期≥6 个月。