解磷海洋菌的筛选及其在盐碱土改良中的应用

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黄河三角洲区域滨海盐碱土是重要的后备土地资源,有巨大的农业开发潜力,但由于水盐运动频繁,土壤具有明显的“盐、碱、板、瘦”特点,土壤磷素常被钙固定导致有效性极低,改良难度很大。在普通农田土壤环境下,外源添加解磷菌可以促进Ca-P的有效化,增加植物可利用的有效态磷的供给,但高盐碱环境下解磷微生物的种类较少,其生长及在盐碱土中的适应性报道较少。现有的解磷菌在盐碱土改良应用中常因为盐碱适应性不足,造成定殖性差、活性低和功能不稳定等问题,成为盐碱地改良利用的瓶颈。
  针对上述问题,本研究利用实验室拥有的具有广泛盐碱适应性的海洋细菌菌株资源,筛选了系列适盐碱的解磷海洋菌,并探究了6株具有良好解磷效果的解磷菌对盐度、pH、温度、碳源、氮源及对盐碱土壤环境的适应性,初步探讨了其解磷机制。以工农业废弃物为载体,选取了一株性能较优的菌株Bacillusparamycoides3-1a制备了微生物有机肥,通过盆栽实验探究了施加解磷菌及微生物菌肥对植物生长、盐碱土壤理化性质、土壤酶活性及微生物群落的影响。主要研究内容与结论如下:
  (1)本研究从产胞外多糖的海洋菌株资源库中筛选得到一批解磷菌株,选取解磷效果较优的6株细菌(Pseudomonas palleroniana 4-2,Bacillus paramycoides 3-1a,Bacillus cereus 2-8a, Bacillus thuringiensis 2-7a,Oceanobacillus kimchii 3-6b,Oceanobacillus iheyensis 3-10b),探究了其在不同盐度、pH、温度、碳源、氮源的培养基中的解磷量和在盐碱土壤中的存活情况和环境行为。结果表明,6株细菌对各环境因子的适应能力不同,菌株2-7a和2-8a在盐度0-10%,pH7-10范围内均有良好的解磷效果,3-1a在盐度0-8%,pH7-9范围内有良好的解磷效果,且上述3株海洋芽孢杆菌可利用多种碳源和氮源解磷。土壤培养实验结果表明,3-1a的接种可使土壤pH降低0.07左右,土壤速效氮、磷含量较对照分别提高24.2%和18.2%,表明菌株3-1a具有广泛的盐碱和营养适应性,能在盐碱土中存活和发挥解磷作用,有广阔的应用前景。
  (2)Spearman相关性分析显示解磷菌的解磷量与培养基pH呈显著负相关,通过连续培养实验验证解磷作用是由于培养基pH的下降导致;采用液相色谱-质谱联用技术(LC-MS)探究了菌株在有/无磷酸三钙胁迫时分泌有机酸种类的差异,结果表明菌株3-1a解磷时产生葡萄糖酸,柠檬酸,乳酸,苹果酸,琥珀酸,丙酸,乙酸7种有机酸,4-2解磷时产生葡萄糖酸,柠檬酸,乳酸,苹果酸,琥珀酸5种有机酸,无磷酸三钙胁迫时,2株菌均不会产生苹果酸;通过SEM观察到解磷作用后磷酸三钙尖锐的棒状晶体变得短而圆滑,菌体表面有破损和褶皱,并沾有大量细微的磷酸钙颗粒,验证了细菌与磷酸钙之间的相互作用。
  (3)采用半固态发酵法将食用菌种植废料、玉米芯粉与菌株3-1a混合发酵制备了微生物有机肥。通过室内盆栽实验,探究了对照组(CK)、菌株3-1a处理组(BB)、有机肥处理组(OF)、自制微生物有机肥处理组(BOF)四个不同处理对小白菜生长情况、土壤理化性质、酶活性及微生物群落结构的影响。结果表明,BOF处理有效促进了小白菜的生长,与对照相比,土壤pH由8.12降低至7.64,速效氮、磷含量较对照分别升高了5倍和30倍左右,土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性增强,土壤功能微生物类群发生变化,表明该方案对盐碱土有较好的改良效果。
  综上,本研究筛选得到了具有较宽盐碱适应范围的解磷海洋菌,初探了其解磷机理,并成功制备了微生物有机肥,有效促进了植物生长和土壤肥力的提高,丰富了适用于盐碱土的解磷菌株资源,对盐碱土绿色复垦有工程指导意义。
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