根際促生細(xì)菌的生產(chǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢-終極版

1、根際促生細(xì)菌的概述及生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 “微生物肥料”學(xué)學(xué)習(xí)論文 根際促生細(xì)菌的概述及生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢摘要隨著世界人口的迅猛增長，耕地減少，糧食危機(jī)、食品安全及環(huán)境污染己成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。氮、磷、鉀素的供應(yīng)狀況是其實(shí)現(xiàn)潛在生產(chǎn)能力、發(fā)揮生態(tài)效能的主要因子之一。為了滿足植物生長所需的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，工業(yè)化肥一直被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)這一目的的主要途徑。然而，隨著化肥施用量的增加，一方面會增加農(nóng)業(yè)成本，另一方面造成對環(huán)境的危害，同時(shí)破壞了土壤結(jié)構(gòu)、微生物區(qū)系和多樣性等。人們?yōu)榱司S護(hù)自身生存的生態(tài)環(huán)境和食品安全，減少對工業(yè)化肥的依賴，一直在努力探尋新的生物生態(tài)肥源，以替代或部分替代工業(yè)化肥。

2、近20年來，隨著生物技術(shù)等新技術(shù)的不斷進(jìn)步，微生物肥料的研究與應(yīng)用有了很大的發(fā)展，在我國也有微生物肥料應(yīng)用方面的很多報(bào)道。根際促生菌(plant growth-promoting rhizobacteria, 縮寫PGPR)是研究熱點(diǎn)。近年來的研究表明，植物根際促生細(xì)菌不但可以固定空氣中的氮?dú)猓芙馔寥乐胁荒鼙恢参镏苯游盏牧姿?，釋放鋁硅酸鹽礦物中的鐘素，而且還可分泌植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，促進(jìn)植物根系生長，增強(qiáng)植物抗病能力。將促進(jìn)植物生長菌作為生物肥料的接種劑，與化肥相比具有成本低，使用安全，持續(xù)效果好，增產(chǎn)穩(wěn)定，非再生能源消耗少，對環(huán)境、食品安全，經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，同時(shí)可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤

3、有機(jī)質(zhì)含量，改良鹽堿地，保持農(nóng)牧業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的平衡，實(shí)現(xiàn)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。發(fā)達(dá)國家重點(diǎn)致力于篩選和利用生物技術(shù)構(gòu)建高效PGPR菌株，研制有PGPR功能的新型微生物肥料。PGPR作為最具防病潛力與應(yīng)用價(jià)值的一類生防菌，不僅能夠促進(jìn)植物生長，增加作物的產(chǎn)量，還能提高防病能力，因而成為許多學(xué)者研究的對象。大量的研究事實(shí)證明了PGPR處理植物后能達(dá)到促進(jìn)生長與防治病害的目的。本文主要論述了根際促生細(xì)菌的分類、特征和功能應(yīng)用，旨在為我國微生物肥料的研究生產(chǎn)增加新的研究方向和促進(jìn)環(huán)境保護(hù)的和諧發(fā)展。關(guān)鍵詞：根際促生細(xì)菌；土壤；微生物肥料；生產(chǎn)應(yīng)用；發(fā)展趨勢Key words:PGPR;soil; Mi

4、crobial fertilizer; The production and application; Development trendAbstractWith the rapid growth of the worlds population, cultivated land change, the food crisis, food safety and environmental pollution has become the focus in people. Nitrogen, phosphorus, and potassium supply condition is its re

5、alization potential production capacity, the main factors play one of ecological efficiency. In order to meet the plants need to grow nitrogen, phosphorus, potassium and other nutrients, industrial chemical fertilizer was thought to realize this aim is the main way. However, with the increase of che

6、mical fertilizer, on one hand, will increase agricultural cost, the other cause damage to the environment, and destroyed the harm of soil structure, the microflora and diversity, etc. People in order to maintain their own survival ecological environment and food safety and reducing the dependence of

7、 industrial chemical fertilizer, has been trying to find new biological ecology FeiYuan to completely or partly replace industrial chemical fertilizer.Over the past 20 years, with the new technology such as biological technology advances, the research and application of microbial fertilizers has gre

8、atly developed in China, also have. Many of the application of microbial fertilizers reports. The rhizosphere grows fungus (placing an abbreviation for rhizobacteria, have - PGPR) is hotspot. Recent studies show that plant rhizosphere grows bacteria can not only fixed the air in the soil, dissolved

9、nitrogen absorbed by plants cannot directly phosphorus, the ZhongSu aluminum silicate minerals release, but also can secrete plant growth regulating substances, promote plant root growth, enhance plant resistance. Will promote plant growth bacteria as the inoculum biological fertilizer, compared wit

10、h fertilizers with lower cost, the use of safe, continuous effect is good, increase stability, the renewable energy consumption, on the environment, food safety, and the economic benefit is higher characteristic, also can improve the soil structure, improve the content of soil organic matter, improv

11、ed the saline-alkali, maintain the balance of the ecosystem agriculture, to realize the sustainable development of agriculture production. Developed countries focus using biotechnology to screening and constructing efficient PGPR strains of PGPR function, develop a new microorganism fertilizer. As t

12、he most potential PGPR prevention with the application value kind of bio-control bacteria, can not only promote plant growth, and increasing crop production, but also can improve the ability to resist many scholars, so it becomes the object of study. A lot of research evidence of PGPR processing pla

13、nts can attain to promote the growth and after the purpose of prevention and cure disease. This paper mainly discusses the rhizosphere grows bacteria classification, characteristics and functions, aiming at China application study of microbiological fertilizer increased production new research direc

14、tion and promote the harmonious development of environmental protection.前言以微生物肥料、微生物農(nóng)藥、微生物食品、微生物飼料等為核心的微生物農(nóng)業(yè)【1】即“白色農(nóng)業(yè)”將成為未來農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向之一。土壤猶如一“天然的肥料加工廠”，倘若把土壤中的生物全部消滅，就無疑于“人去樓空”的工廠，土壤便會變成沒有活力的“死寂”或“老朽”土壤，失去“造血”功能。為此，科學(xué)家提出了“土壤生態(tài)肥力”的概念，并以土壤生物多樣性、土壤生物量及生物適應(yīng)性與穩(wěn)定性為其定量診斷的指標(biāo)。近年來的研究表明，植物根際促生細(xì)菌不但可以固定空氣中的氮?dú)猓?/p>

15、溶解土壤中不能被植物直接吸收的磷素，釋放鋁硅酸鹽礦物中的鐘素，而且還可分泌植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，促進(jìn)植物根系生長，增強(qiáng)植物抗病能力。將促進(jìn)植物生長菌作為生物肥料的接劑，與化肥相比具有成本低，使用安全，持續(xù)效果好，增產(chǎn)穩(wěn)定，非再生能源消耗少，對環(huán)境、食品安全，經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，同時(shí)可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改良鹽堿地，保持農(nóng)牧業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的平衡，實(shí)現(xiàn)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展【2】。1. 根際促生細(xì)菌（plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR ）的概述1.1 PGPR的相關(guān)定義PGPR是指能夠促進(jìn)植物對礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收和利用，或者產(chǎn)生促進(jìn)植物生長的代謝

16、物，甚至抑制有害微生物的根際細(xì)菌。一般具有固氮、溶磷、解鉀能力，或能產(chǎn)生植物激素、分泌抗生素等功能的細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌等。根際是指受植物活根影響的土壤微區(qū)，它的范圍是圍繞根表面12mm厚的土壤。由于植物根系不斷地分泌各種代謝產(chǎn)物，包括糖類、氨基酸、有機(jī)酸、脂肪酸和甾醇、生長素、核苷酸、黃酮、酶類以及其他化合物，為微生物提供營養(yǎng)；加上根表組織陸續(xù)死亡和脫落，改良周圍土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，豐富了土壤有機(jī)質(zhì)，也為微生物的大量繁殖創(chuàng)造了條件，使植物根際具有很高的生物活性，因而植物根際是土壤微生物生活特別旺盛的區(qū)域根際中微生物的數(shù)量和活性遠(yuǎn)高于遠(yuǎn)離根的土壤，其數(shù)量可達(dá)109cm3，比根際外土壤中高10100倍

17、，由于細(xì)菌對各種根分泌物的利用率及敏感性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過放線菌、真菌和原生動物等，因而在根際中占主導(dǎo)地位。1.2 PGPR的分類植物根際微生物種類多、活性高，構(gòu)成根際特定的微生物區(qū)系。根據(jù)對植物的作用，可將根際細(xì)菌(rhizobacteria)分為有益(2。5)、有害(815)和中性(80一90)三大類。根際效應(yīng)是指根際細(xì)菌與非根際細(xì)菌的數(shù)量比值(RS)，它包括了根系對根際土壤在物理、化學(xué)和生物化學(xué)等方面性質(zhì)的影響?；钴S生長的作物根際RS比一般為220之間，也有超過100的報(bào)道，它隨植物種類及生長時(shí)期的不同而有所變動。根際微生物區(qū)系主要以細(xì)菌為主，根際細(xì)菌可分為對植物有益、有害和中性3類【3】。PGP

18、R主要有八個(gè)屬，如下圖。有研究證明PGPR廣泛存在于植物根系中，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，包括假單胞桿菌屬和芽孢桿菌屬在內(nèi)的20多個(gè)菌具有防病促生潛能。根際促生菌分類列1菌種舉例列2列3產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)廣泛產(chǎn)堿桿菌 (A. latus)醋桿菌屬(Acetobacter)重氮營養(yǎng)醋桿菌(A. diazotrophicus)芽孢桿菌屬(bacillus)短小芽孢桿菌(B. pumilus)枯草芽孢桿菌(B. subtilis)巴氏芽孢桿菌(B. pasteurii)拜葉林克菌屬(beijerinckia)印度拜葉林克菌(B. indica)伯克菌屬(Burholderia)越南伯克菌屬(B

19、. vietnamiensis)腸桿菌屬(Enterobacter)陰溝腸桿菌屬(B. cloacae)草螺菌屬(Herbaspirillum)織片草螺菌屬(H. seropedicae)假單胞菌屬(Pseudomonas)熒光假單胞菌(P. fluorsecens)惡臭假單胞菌(P. putida)黃色桿菌屬(Xanthbacter)1.3 PGPR與植物生長的關(guān)系根際土壤微生物與植物生長的關(guān)系密切。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，植物是最主要的生產(chǎn)者，土壤微生物是有機(jī)質(zhì)的分解者；植物向微生物提供碳源和能源，而微生物則將有機(jī)物礦質(zhì)化，向植物提供無機(jī)養(yǎng)分。這種微生物一植物之間的相互作用維系或主導(dǎo)了陸地生態(tài)系

20、統(tǒng)的生態(tài)功能【4】 。PGPR對植物生長有利，與植物的關(guān)系密切，PGPR的生長和分布受植物根系分泌物的影響，且隨植物的生長發(fā)生變化。PGPR對植物生長的影響比其他土壤微生物顯著，目前研究最多的是PGPR的促生作用和生防作用。促生作用是指PGPR能合成某些化合物(如氨基酸、生長激素、赤霉素等)有利于植物的生長，或者產(chǎn)生一些物質(zhì)(有機(jī)絡(luò)合劑)促進(jìn)植物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。生防作用是指PGPR能夠減輕或抑制植物病原微生物，問接促進(jìn)植物的生長，因此，有人將PGPR的生防作用又稱為間接促生作用【5】。2 PGPR的特征2.1固氮作用自然界大氣中接近80氮?dú)?，不能直接為高等植物吸收利用，只有某些微生物能直接?/p>

21、大氣中的氮通過固氮酶還原成NH4+，這類微生物稱為固氮微生物。一些細(xì)菌的固氮作用表明PGPR可增加植物的生物固氮量，提高植物蛋白質(zhì)含量和植物產(chǎn)量。2.2溶解土壤中難溶性磷部分促生菌，比如假單胞菌屬(Pseudomonas)，可分泌有機(jī)酸如甲酸、醋酸、丙酸、乙醇酸、延胡索酸、乳酸、丁二酸等，這些酸可降解土壤pH，使不溶性的磷轉(zhuǎn)變成可溶性的磷，供植物吸收和利用。研究結(jié)果證明；土壤中存在的微生物，能夠?qū)⒅参镫y以吸收利用的磷轉(zhuǎn)化為可吸收利用的形式，具有這種能力的微生物稱之為解磷菌或磷細(xì)菌(Phosphatesolubilizing microorganism，PSM)。其中能夠分解有機(jī)磷化合物的細(xì)菌，

22、稱為解有機(jī)磷細(xì)菌；能夠分解植物難以吸收的無機(jī)磷酸鹽為可直接吸收利用形態(tài)的細(xì)菌，稱為解無機(jī)磷細(xì)菌。2.3解鉀作用硅酸鹽細(xì)菌，俗稱鉀細(xì)菌，是1950年由前蘇聯(lián)學(xué)者亞歷山大羅夫從土壤中分離得到的，經(jīng)研究認(rèn)為有釋放鋁硅酸鹽礦物中鉀素的能力。由于土壤中含量豐富的鉀主要以穩(wěn)定的鋁硅酸鹽狀態(tài)存在，不易被植物吸收和利用，硅酸鹽細(xì)菌的出現(xiàn)使人們有興趣試圖利用該菌以緩解土壤中嚴(yán)重缺乏有效態(tài)鉀的狀態(tài)。一些學(xué)者隨后對硅酸鹽細(xì)菌進(jìn)行了研究，有的學(xué)者認(rèn)為它具有分解鉀礦物的能力，能有效提高土壤可利用鉀的含量。80年代后又陸續(xù)有報(bào)道證實(shí)硅酸鹽細(xì)菌能促進(jìn)鉀長石等礦物的溶解，釋放K、P、Fe、Mg、Si02等多種礦質(zhì)元素，硅酸鹽

23、細(xì)菌在生物肥料、礦物分解、有機(jī)陶瓷添加劑等方面都有廣闊的應(yīng)用前景。硅酸鹽細(xì)菌用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也有較長的歷史，有報(bào)道指出硅酸鹽細(xì)菌除提供鉀素營養(yǎng)之外，還具有抗病害和刺激生長的作用，但其作用機(jī)理還不清楚，也未見其有關(guān)抗生、促生類物質(zhì)的研究報(bào)道。據(jù)此，我國有些單位將其經(jīng)工業(yè)發(fā)酵制成菌劑大面積推廣應(yīng)用。而有些學(xué)者認(rèn)為硅酸鹽細(xì)菌的作用是刺激作用，為農(nóng)作物補(bǔ)充鉀素營養(yǎng)的作用微不足道，生產(chǎn)試驗(yàn)表明其所帶來的增產(chǎn)效果是不多的，而且不穩(wěn)定，因此不宜推廣應(yīng)用。對硅酸鹽細(xì)菌的解鉀活性及其它一些功能仍然值得研究。2.4分泌抗生素有些促生菌可分泌抗生素，如芽孢桿菌、假單胞菌、土壤桿菌等屬種。這類微生物通過分泌抗生素來限制其

24、它微生物的生長，戰(zhàn)勝競爭對手，占有更多的空間和營養(yǎng)條件，從而限制致病菌的繁殖和生長。隨著分子生物學(xué)理論和基因重組技術(shù)的不斷發(fā)展，通過分子生物學(xué)手段改造從自然界篩選的野生型根際促生細(xì)菌，使有益菌株促進(jìn)作物生長、生物固氮、降解污染物及防治病蟲害的生物功能得到大幅度增強(qiáng)成為根際促生細(xì)菌新的研究熱點(diǎn)，而且通過研究其根際定殖情況表明，多數(shù)根際細(xì)菌保留著野生型菌株所特有的強(qiáng)定殖力，生物學(xué)功能和遺傳性穩(wěn)定性。3 根際促生細(xì)菌的研究手段31 傳統(tǒng)檢測方法研究PGPR作用機(jī)理的傳統(tǒng)方法：平板培養(yǎng)和篩選技術(shù)，酶聯(lián)免疫技術(shù)，熒光抗體技術(shù)，免疫電泳技術(shù)和近年發(fā)展的DNA指紋技術(shù)(包括RELP圖譜、RAPD圖譜、16S

25、RNA及16SrDNA圖譜等)。這些方法在實(shí)際應(yīng)用中都存在不足之處，首先是需要從土壤中回收所接種的PGPR菌株并獲得較純的單菌落；其次是工作量大、強(qiáng)度高，不利于采集大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；另外，費(fèi)用和技術(shù)要求都很高。3.2 分子標(biāo)記技術(shù)外源分子標(biāo)記技術(shù)【6】能夠克服傳統(tǒng)檢測技術(shù)的缺。點(diǎn)，通過遺傳重組將外源基因(標(biāo)記基因)導(dǎo)人供試菌株，在檢測或回收釋放的菌株時(shí)可以將其與同類土著細(xì)菌分開，這種方法已廣泛應(yīng)用于微生物分子生態(tài)學(xué)的研究領(lǐng)域引?？剐詷?biāo)記系統(tǒng)、發(fā)光標(biāo)記系統(tǒng)、發(fā)光酶標(biāo)記系統(tǒng)等是跟蹤檢測釋放到環(huán)境中的微生物的一些常用的標(biāo)記系統(tǒng) J，其中發(fā)光酶基因(1ux)標(biāo)記因其特異性高、檢測方便而得到廣泛使

26、用 l1 。與其他報(bào)告基因相比，lux基因具有快速、簡便、靈敏、對細(xì)胞無傷害和底物價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，在分子生物學(xué)、臨床微生物、生化檢測中呈現(xiàn)潛在應(yīng)用價(jià)值33 熒光原位雜交技術(shù)熒光原位雜交(FISH)是20世紀(jì)70年代后期生物學(xué)領(lǐng)域新發(fā)展起來的技術(shù)。FISH技術(shù)應(yīng)用非放射性熒光物質(zhì)標(biāo)記核酸探針，通過雜交在核中或染色體上顯示DNA序列位置。FISH技術(shù)結(jié)合分子生物學(xué)的精確性和顯微鏡的可視性，可進(jìn)行微生物的空問分布情況分析和特征性微生物的鑒定與定量分析。1989年，DeLong將熒光標(biāo)記寡核苷酸探針用于檢測單個(gè)微生物細(xì)胞 ，開創(chuàng)了FISH技術(shù)應(yīng)用于微生物生態(tài)學(xué)的先河。由于該法操作容易、安全、檢測迅速，目前

27、已廣泛應(yīng)用于環(huán)境微生物生態(tài)學(xué) 及其它多個(gè)領(lǐng)域，成為研究微生物群落最具生命力的技術(shù)之一。應(yīng)用FISH技術(shù)來研究PGPR在植物根部的分布及定殖動態(tài)，已經(jīng)成為近年來根際微生物的研究熱點(diǎn)之一。4 PGPR的生物防治功能及其應(yīng)用現(xiàn)狀近年來，人們深入研究植物促生細(xì)菌的功能和促生機(jī)制，研制新型肥料一微生物肥料。肥料中特定菌株能在植物根際快速繁殖， 固定大氣中的氮素，促進(jìn)土壤中固定態(tài)的磷、鉀元素釋放，充分發(fā)揮環(huán)境的養(yǎng)分潛力。但是傳統(tǒng)的微生物肥料專一性不強(qiáng)，而且一種微生物肥料不可能適用于所有的植物 。因此，需要研究植物根際促生細(xì)菌，獲得植物促生專用菌株【7】，提高植物產(chǎn)量，降低環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的

28、可持續(xù)發(fā)展。自1 926年Sanford報(bào)道土壤中某些拮抗性微生物對于土傳病原菌具有抑制性以來，對芽孢桿菌的研究主要集中于植物病害的防治方面。植物促生菌并非專門對付某種病原的生物防治菌，然而，絕大多數(shù)促生菌在植物根系周圍繁衍卻具備保護(hù)植物免受或減輕病原微生物侵襲的功能。近年來已有多種植物促生菌被用于作物生產(chǎn)使其免受病原的侵襲。41通過產(chǎn)生噬鐵素抑制病害噬鐵素是一種低分子量的配位體，可與Fe3+形成絡(luò)合物，其功能是向細(xì)胞提供鐵素營養(yǎng)。其抑制植物病害的作用機(jī)理是在低鐵環(huán)境下與鐵離子親和，形成鐵噬鐵素復(fù)合物。產(chǎn)生菌通過膜外專一性受體利用復(fù)合物，而其它機(jī)體不能利用。因此菌株通過分泌噬鐵素從環(huán)境中結(jié)合鐵

29、離子為自身所利用，限制植物根際有害細(xì)菌和真菌的生長，防止真菌孢子萌發(fā)。熒光假單胞菌(FPs)在低鐵條件下會分泌產(chǎn)生具有專一性的Fe3+載體復(fù)合物(假單胞桿菌素)，不能被大多數(shù)其它微生物利用，但其產(chǎn)生菌可通過位于細(xì)胞外膜上的特殊受體加以吸收。這樣FPs的菌株就可以通過Fe的競爭限制根部有害的細(xì)菌和真菌或病原物的生長與定殖，阻礙真菌孢子的萌發(fā)。Duijfr【8】報(bào)道惡臭假單胞菌株wcs358r抑制Fusarium枯萎病只依靠鐵載體介導(dǎo)的鐵競爭。由于植物能在比細(xì)菌生長所需的Fe”濃度(10molfL)t氐得多的條件下(104molL)正常生長，這些鐵載體不大可能對植物的生長造成嚴(yán)重?fù)p掣刪。Alexa

30、nder，Zuberer指出鐵載體可通過增加根系附近的Fe的有效性從而促進(jìn)植物生長。42產(chǎn)生抗真菌酶類植物可以通過合成某些酶類來分解真菌的細(xì)胞壁以達(dá)到抗病的目的。同樣，某些促生菌類亦可通過合成一些酶類(如幾丁質(zhì)酶、B1，3葡聚糖苷酶、蛋白酶、卵磷脂酶C、脂肪酶等)來消滅或抑制真菌。如細(xì)菌有時(shí)不與寄主菌絲有直接接觸，同樣可以引起它們的解體，最終消失，這與細(xì)菌產(chǎn)生的卵磷脂酶C、p1，3葡聚糖苷酶、幾丁質(zhì)酶和纖維素酶等有關(guān)。通過酶的作用，使真菌細(xì)胞壁遭到破壞，繼而引起原生質(zhì)體解體。卵磷脂酶C在幾丁質(zhì)酶和纖維素酶的協(xié)同作用下，作用于植物細(xì)胞膜，影響其通透性和其它一系列生理活性，強(qiáng)化了原產(chǎn)生的植物激素和

31、抑菌物質(zhì)的防病促生作用。研究表明，淡紫擬青霉幾丁質(zhì)酶對南方根結(jié)線蟲幼蟲有一定的致死作用，經(jīng)純化后的酶液浸泡2天，線蟲卵孵出的幼蟲存活率下降535。寄生植物細(xì)胞膜在卵磷脂酶C作用下，可增強(qiáng)一些微量肽和含氮雜環(huán)抑菌物質(zhì)的抗病作用。卵磷脂酶C也是昆蟲a-夕毒素，對一些敏感害蟲有毒殺效果。此外，Pieter報(bào)道FPs菌株B74產(chǎn)生一些未知物質(zhì)，抑制病原菌鐮刀菌(Fusariumoxysporum，F(xiàn)culmorum)的培養(yǎng)濾液的粗纖維素酶、果膠酶、木聚糖酶及對物的毒性。這表明抑制病原菌產(chǎn)生植物毒素及鈍化或抑制真菌水解酶活性是PGPR的另一種促生機(jī)制。43抗生素的抑菌作用微生物產(chǎn)生的抗生素是它們抑制植物

32、病害的重要因素。不同菌株產(chǎn)生抗生素的種類不同。現(xiàn)在已從根際微生物的培養(yǎng)物中分離到多種抗生素，如1羧基吩嗪(phenazine-1carboxylic acid，PCA)、藤黃綠膿菌素(pyoluteorin，Pit)、吡咯菌素(pyrrolnitrin，Prn)、2，4二乙酰藤黃酚(2，4-diacetylphloroglucinol，DAPG)、綠膿菌素(pyocyanin)、卵菌素A(OomycinA)等。這些抗生素具有一定的專一性，能夠選擇性地抑制病害，且通常在很低濃度下就可阻礙病原微生物的生長。已有實(shí)驗(yàn)不但在離體或活體條件下檢查并證實(shí)了這些抗生素及其產(chǎn)生茵對許多病原真菌的拮抗作用和抑病

33、作用，而且還在分別接種有抗生素產(chǎn)生茵的植物根際原位檢測到了這抗生素的存在。Tarabily報(bào)道，紫色鏈霉菌(Streptomyces violasceus)產(chǎn)生的抗生素和小單孢菌(Micromomospora carbonacea)產(chǎn)生的纖維素酶協(xié)同作用，抑制了蚜蟲類引起的根腐病，從而促進(jìn)植物生長。44產(chǎn)生HCN某些根際促生細(xì)菌在代謝過程中能產(chǎn)生HCN【9】，有報(bào)道指出HCN對于植物根部的病原菌有抑制作用。但目前對HCN的看法不一，也有報(bào)道認(rèn)為有些FPS菌株產(chǎn)生的HCN對植物生長實(shí)際有害。一些熒光假單胞菌產(chǎn)生的HCN能抑制煙草的黑根病。有學(xué)者對菌株P(guān)sfCHAO的研究表明，該菌株有hcnABC

34、的基因簇控制HCN的合成缺失hcn基因的菌株其抑菌作用消失。而導(dǎo)入hcn基因后能大量產(chǎn)生HCN，有效抑制Septoria tritic引起的小麥葉病。多數(shù)研究者提出HCN的抑菌機(jī)理可能是：接拮抗根部病原菌而不損害植物(如煙草)；可誘發(fā)植物抗性機(jī)制。45誘發(fā)系統(tǒng)抗性(induced systemic resistance，ISR)許多植物本身具備一定的系統(tǒng)抗病性能，對多種病害具有一定的抵抗能力。然而，某些植物的這種系統(tǒng)抗病能力需要被環(huán)境中的非生物或生物因子誘導(dǎo)激活才能形成有效的抗病機(jī)制。這種誘導(dǎo)可以是病原或非病原微生物及其代謝產(chǎn)物，亦可通過植物促生菌的處理獲得系統(tǒng)抗病機(jī)制。一些根際微生物或其代謝

35、物施用后，能誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗性，許多與防御反應(yīng)有關(guān)的細(xì)胞壁修飾(如木質(zhì)化、次級代謝產(chǎn)物積累)的由宿主植物可誘導(dǎo)基因編碼的各種產(chǎn)物將增加，如與植物防衛(wèi)有關(guān)的蛋白：幾丁質(zhì)酶、p1，3葡聚糖及SOD酶等的活性增加；一些低分子量的微生物拮抗物質(zhì)：植物菌素和酚類化合物的積累等。某些微生物在離體條件下，未表現(xiàn)出對植物病原體的拮抗作用，但仍可用于防治某些病原體引起的植物病害。Liu和Kloepper報(bào)道了兩種根際細(xì)菌惡臭假單胞菌株89B27和粘質(zhì)沙雷氏菌株90176，可誘導(dǎo)黃瓜的系統(tǒng)抗性盼541。46競爭作用在植物根際存在著微生物之間對養(yǎng)分和生態(tài)位的競爭：在微生物生長過程中存在對養(yǎng)分如C、N、P、Fe和S等的

36、競爭：在微生物定殖過程中存在生態(tài)位的競爭。某些植物促生茵在植物根或種子周圍具有很強(qiáng)的營養(yǎng)及空間競爭能力，并通過此方式抑制病原菌的繁衍和發(fā)展。如某些植物促生菌限制病原菌尸ultimum【10】就是通過消耗掉種子的滲出物而起作用的，因?yàn)榉N子的滲出物(尤其是長鏈脂肪酸)是病原菌萌發(fā)所必須的物質(zhì)，促生菌耗掉了種子滲出物也就清除了這種病原的發(fā)生條件。研究表明，植物葉片上只有很少的地方可供微生物侵入，用葉面腐生細(xì)菌可較容易地占據(jù)這些位置，從而減少病原侵入的可能性。在這作用中，成功的根部定植是前提，否則，上述抑菌機(jī)制并無實(shí)際意義。4.7 提高植物的抗逆性有些根際微生物可提高宿主的抗旱性、抗鹽堿性、抗極端溫度

37、、濕度和PH值、抗重金屬毒害能力，提高宿主植物的逆境生存能力。不同菌株之間的抗逆能力具明顯差異，如VA菌根的侵染能擴(kuò)大植物根系的吸收面積，促進(jìn)根的分支和延長根的壽命，還能分泌多種有益物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)證明，VA茵根作用很多，有研究者在土壤含鹽量高達(dá)49kg的情況下，篩選到的Glomces mosseae 93菌株對植物有較好的促生效果，不僅植物生長量比對照提高22，植物含磷量也比對照增加371。對其它營養(yǎng)的吸收也有促進(jìn)作用，提高了植物抗逆性。又有研究表明，經(jīng)高溫蒸汽滅菌的土壤中Mn的含量提高了15倍，對植物生長有毒害，接種VA菌種后，提高了植物對Mn的抗性，改善植物根際環(huán)境，增強(qiáng)植物的抗病力。4.8

38、微生態(tài)學(xué)理論1997年，德國Volker Rush博士首先明確提出微生態(tài)學(xué)的概念，并在德國的赫爾本建立起第一個(gè)微生態(tài)學(xué)研究所。微生態(tài)學(xué)是研究微生物之間及其與環(huán)境和宿主之間相互依存和相互制衡關(guān)系的科學(xué)1591。微生物調(diào)節(jié)劑對植物生長的作用機(jī)制可以用微生態(tài)理論解釋為：它能夠調(diào)節(jié)根際生態(tài)平衡，在植物根部形成生物屏障，以阻止有害菌的定植與入侵，從而起到生物保護(hù)作用。很多根際微生物能夠促進(jìn)植物生長，且無環(huán)境污染，因此被廣泛開發(fā)用作生物肥料、生防制劑及作物和土壤中殘留化學(xué)物質(zhì)的降解劑【11】。目前大部分的工作還是集中于菌種的篩選和對植物作用效果的應(yīng)用研究方面，促進(jìn)植物生長機(jī)理的基礎(chǔ)研究對于加強(qiáng)微生物制劑應(yīng)

39、用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。5 PGPR及微生物肥料的發(fā)展趨勢我國微生物肥料具有品種多、應(yīng)用廣的特點(diǎn)，尤其是在研制開發(fā)微生物與有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)、微生物與無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)的復(fù)合而成的新產(chǎn)品方面處于領(lǐng)先地位。微生物肥料在降低化肥施用量、提高化肥利用率和減少化肥過量施用導(dǎo)致的環(huán)境污染方面取得了較好的效果。將促進(jìn)植物生長菌作為生物肥料的接種劑，與化肥相比具有成本低，使用安全，持續(xù)效果好，增產(chǎn)穩(wěn)定，非再生能源消耗少，對環(huán)境、食品安全，經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，同時(shí)可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改良鹽堿地，保持農(nóng)牧業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的平衡，實(shí)現(xiàn)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。發(fā)達(dá)國家重點(diǎn)致力于篩選和利用生物技術(shù)構(gòu)建高效PGPR菌株

40、，研制有PGPR功能的新型微生物肥料。PGPR作為最具防病潛力與應(yīng)用價(jià)值的一類生防菌，不僅能夠促進(jìn)植物生長，增加作物的產(chǎn)量，還能提高防病能力，因而成為許多學(xué)者研究的對象。大量的研究事實(shí)證明了PGPR處理植物后能達(dá)到促進(jìn)生長與防治病害的目的。但是由于我國在微生物肥料方面研究缺乏投入使得我國的生物肥料產(chǎn)業(yè)存在整體水平不高、技術(shù)創(chuàng)新不足、產(chǎn)品質(zhì)量與應(yīng)用效果表現(xiàn)欠穩(wěn)定，這些都制約了我國微生物肥料的進(jìn)一步推廣和普及。結(jié)合我國和世界農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要PGPR的發(fā)展趨勢主要是以下四種：51 優(yōu)良菌株的選育利用常規(guī)菌種篩選技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代基因工程技術(shù)手段，篩選出具有營養(yǎng)促生、腐熟轉(zhuǎn)化、降解修復(fù)【12】等功能的

41、優(yōu)良菌株。減輕和克服作物病害與連作障礙的新資源，以及修復(fù)土壤和分解腐熟有機(jī)物料的功能菌群。52 功能菌株的組合近年來隨著研究的不斷深入，PGPR的研究與應(yīng)用有向多菌株復(fù)合方向發(fā)展的趨勢，單一菌種單一功能的肥料已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，不能適應(yīng)作物生長發(fā)育需要多種營養(yǎng)元素的需求。需要研究者在深入了解微生物特性的基礎(chǔ)上采用新的技術(shù)手段，根據(jù)不同的用途把不同功能的菌株進(jìn)行科學(xué)的組合，排除菌株間相互拮抗，使功能不同的菌株功能互補(bǔ)，發(fā)出復(fù)合菌群的互惠、協(xié)同共生的作用。53 多功能肥料的研發(fā)PGPR由于其微生物活動的特性，必將在微生物種群繁殖生長的同時(shí)向作物根際分泌一些次生代謝產(chǎn)物，而其中的一些次生代謝產(chǎn)物具有改善植物營養(yǎng)、刺激生長和抑制病菌等綜合功能。許多微生物的功能，也不是單一的，有些自生固氮菌除有固氮作用外，還能抑制病菌；有些殺蟲細(xì)菌同時(shí)具有抑菌作用，許多微生物都有刺激植物生長作用，因此，PGPR將向功能的多樣化方面發(fā)展；除要求肥效外，還可開發(fā)兼有防治土傳染病害【13】(如小麥、西瓜和棉花枯萎病)的生物肥料。54 PGPR重點(diǎn)產(chǎn)品的研究和應(yīng)用前景目前，我國微生物肥料研發(fā)在PGPR方面的熱點(diǎn)產(chǎn)品是土壤修復(fù)菌劑。研制開發(fā)的微生物肥料可通過篩選能夠改善根際環(huán)境的微生物菌群，達(dá)到促進(jìn)作物對應(yīng)用