解磷微生物的解磷机理研究
本文初步研究了枯草芽孢杆菌的解磷机理。将活化的枯草芽孢杆菌接种到液体培养基中，28℃，180r/min摇床培养，改变培养的条件（碳源、氮源、磷酸盐等），研究外界条件对磷酸酶活性的影响。实验结果表明，葡萄糖是最好的碳源，酸性磷酸酶活性最高达到423.2Eu，碱性磷酸酶活性最高达到476.8Eu，而胰蛋白胨是最适宜的氮源；Mn2+是碱性磷酸酶活性激活剂，在Mn2+的含量为0.07g/L时，碱性磷酸酶活性达到最高值115.6Eu；磷酸二氢钾含量为2g/L，在第24h时，磷酸酶活性达到最高，酸性磷酸酶活性最高达到248.6Eu，碱性磷酸酶活性最高达到260.4Eu。因此，以葡萄糖为碳源、胰蛋白胨为氮源、磷酸二氢钾含量为2g/L，培养时间为24h，枯草芽孢杆菌产生的磷酸酶活性高，溶磷效果好。关键词 枯草芽孢杆菌，磷酸酶，溶磷效果
目 录
1 引言 1
1.1 课题研究内容 1
1.2 课题研究的目的和意义 2
2 材料与方法 2
2.1 材料 3
2.2 主要仪器设备 3
2.3 实验试剂 3
2.4 实验方法 6
2.5 磷酸酶活性测定 7
3 结果与分析 7
3.1 碳源种类与磷酸酶活性的关系 7
3.2 氮源种类与磷酸酶活性的关系 8
3.3 磷酸盐种类与磷酸酶活性的关系 8
3.4 无机盐离子浓度（Fe2+、Mg2+、Na2+、Mn2+）与磷酸酶活性关系 9
3.5 磷酸二氢钾含量与磷酸酶活性的动态变化情况 14
结论 16
致谢 17
参考文献 18
1 引言
解磷微生物((PSMs）是指土壤中能够将难溶性磷转化为植物能够吸收利用的可溶性磷的一类特殊的微生物功能类群，包括解磷细菌、解磷真菌和解磷放线菌[1]。
随着经济的发展，资源匮乏的问题越来越严重。我国有74%耕地土壤缺磷，难溶性磷酸盐不能被植物直接利用，约占土壤磷酸盐总量的95%99%[2，3]。虽然磷肥在农业中已经有较长时间的应用，但磷源供应不足已成为农业生产的重要限制因 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
素，提高土壤磷的利用是解决磷资源匮乏的有效方法，而通过解磷微生物的高效解磷是关键。 然而，由于微生物解磷机制的复杂，解磷微生物肥料在该领域的作用并不明显。
另一方面，当代农业污染已经成为环境污染的主要方[4]。农业生产中大量排放氮素、磷素等物质、通过地表径流和渗漏是造成农业面源污染的主要原因，而且土壤中存在大量的磷元素因无法被植物吸收利用而造成环境污染。目前大多数研究者通过大田试验或模拟试验来预测污染，科学指导农民施肥来缓解磷污染[5]。利用解磷微生物制成的肥料或菌剂直接施入土壤，在磷酸酶的作用下，难溶性有机大分子磷分解为小分子的无机磷，植物可以高效的利用磷资源，不但减少了农业生产中磷素的过量投入，而且可以将土壤中难溶性的磷溶解供植物吸收利用，在一定程度上减少了农业磷污染。因此，深入研究解磷微生物的解磷机理具有很高的实际意义。
为了使解磷微生物能够更好地为农业服务，利用有效的筛选模型将高效解磷菌株从众多土壤微生物中分离出来制成生物菌剂，从解磷机理角度加深对解磷菌株的认识，使各种功能解磷微生物能够充分地发挥功能分解难容性磷，具有重要的现实意义。
1.1 研究内容
解磷菌的解磷机理复杂多样，目前多数学者认为有机酸、质子或磷酸酶在解磷能力方面起到重要作用[6]，本实验主要结合以往研究探索解磷机理。
磷细菌对有机磷的分解是通过分泌胞外酶进行解酶而实现的[7]。可溶性磷酸盐被细菌细胞吸收后被固定，当细胞死亡后，这些磷酸盐又可以被重新释放并被植物吸收利用。在土壤缺磷的情况下，微生物会产生各种酶类，如植酸酶、核酸酶和磷酸酶等。这些酶可加速植酸、核酸、磷脂等含磷有机化合物的分解，促进磷素释放，从而提高植物磷素营养[8]。其中对磷素代谢起重要作用的是磷酸酶，其分酸性和碱性两种，酸性磷酸酶为细菌和植物根系的产物，而碱性磷酸酶则仅由土壤中的细菌合成。较低的磷含量往往能促使植物根系和微生物分泌大量的磷酸酶，利于有机磷的分解[9]。
Bajpai和Sudrara Rao认为柠檬酸、乳酸、苹果酸可通过鳌合作用解磷[10]。Luo等的研究结果显示有机酸的总分泌量与Ca3(PO4)2、FePO4、AlPO4的溶解机理显著相关，表明解磷作用包括甘和有机酸的鳌合作用[11]。由于有机酸作用机理较为复杂，且研究周期比较长，因此，本实验主要研究磷酸酶解磷效果的影响因素，由于磷酸酶与解磷效果之间的关系还有一些不确定性，磷酸酶的活性及解磷效果受各种条件影响，本实验以枯草芽孢杆菌为实验菌株，主要研究探索一些常见的外界条件对解磷菌产生磷酸酶活性的影响。
1.2 课题的目的和意义
随着资源匮乏与人类需求之间矛盾的日益尖锐，土壤微生物已作为一种重要的自然资源越来越引起专家和学者的关注[12]。但由于解磷微生物种类繁多，解磷机制较复杂，国内外研究还没有完全成熟。虽然前人在解磷微生物作了大量的研究并取得了较大成果及应用价值，但目前的工作多仅限于菌种的选育和作用效果的比较。解磷作用发挥的条件、作用本质及其与其它土壤微生物种群的相互关系等基础性研究进展相当缓慢[13]，因此，PSB肥料在我国应用多年但在理论上未取得实质性进展[14]，科学有效的解磷手段还不太完善。
在农资成本逐渐增加、环境恶化的严峻形势下，针对我国大部分土壤缺磷而土壤中可利用的潜在磷素又丰富的现状[15]，初步研究解磷菌的解磷机理，为提高微生物解磷效率、开发解磷微生物肥料等提供参考[16]。而且提高对解磷菌的充分认识，大力研究解磷微生物及开发和利用相关菌肥，提高磷肥利用效率，这对于推进我国经济发展、缓解磷资源短缺、减少环境污染、发展持续高效高产农业具有深远的战略意义[17]。
2 材料与方法
2.1 材料
枯草芽孢杆菌：实验室保藏
2.2 主要仪器设备
表1 主要仪器、型号及其生产厂家
名称
型号
生产厂家
电子天平
TD5002G
天津天马衡基仪器有限公司
目 录
1 引言 1
1.1 课题研究内容 1
1.2 课题研究的目的和意义 2
2 材料与方法 2
2.1 材料 3
2.2 主要仪器设备 3
2.3 实验试剂 3
2.4 实验方法 6
2.5 磷酸酶活性测定 7
3 结果与分析 7
3.1 碳源种类与磷酸酶活性的关系 7
3.2 氮源种类与磷酸酶活性的关系 8
3.3 磷酸盐种类与磷酸酶活性的关系 8
3.4 无机盐离子浓度（Fe2+、Mg2+、Na2+、Mn2+）与磷酸酶活性关系 9
3.5 磷酸二氢钾含量与磷酸酶活性的动态变化情况 14
结论 16
致谢 17
参考文献 18
1 引言
解磷微生物((PSMs）是指土壤中能够将难溶性磷转化为植物能够吸收利用的可溶性磷的一类特殊的微生物功能类群，包括解磷细菌、解磷真菌和解磷放线菌[1]。
随着经济的发展，资源匮乏的问题越来越严重。我国有74%耕地土壤缺磷，难溶性磷酸盐不能被植物直接利用，约占土壤磷酸盐总量的95%99%[2，3]。虽然磷肥在农业中已经有较长时间的应用，但磷源供应不足已成为农业生产的重要限制因 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
素，提高土壤磷的利用是解决磷资源匮乏的有效方法，而通过解磷微生物的高效解磷是关键。 然而，由于微生物解磷机制的复杂，解磷微生物肥料在该领域的作用并不明显。
另一方面，当代农业污染已经成为环境污染的主要方[4]。农业生产中大量排放氮素、磷素等物质、通过地表径流和渗漏是造成农业面源污染的主要原因，而且土壤中存在大量的磷元素因无法被植物吸收利用而造成环境污染。目前大多数研究者通过大田试验或模拟试验来预测污染，科学指导农民施肥来缓解磷污染[5]。利用解磷微生物制成的肥料或菌剂直接施入土壤，在磷酸酶的作用下，难溶性有机大分子磷分解为小分子的无机磷，植物可以高效的利用磷资源，不但减少了农业生产中磷素的过量投入，而且可以将土壤中难溶性的磷溶解供植物吸收利用，在一定程度上减少了农业磷污染。因此，深入研究解磷微生物的解磷机理具有很高的实际意义。
为了使解磷微生物能够更好地为农业服务，利用有效的筛选模型将高效解磷菌株从众多土壤微生物中分离出来制成生物菌剂，从解磷机理角度加深对解磷菌株的认识，使各种功能解磷微生物能够充分地发挥功能分解难容性磷，具有重要的现实意义。
1.1 研究内容
解磷菌的解磷机理复杂多样，目前多数学者认为有机酸、质子或磷酸酶在解磷能力方面起到重要作用[6]，本实验主要结合以往研究探索解磷机理。
磷细菌对有机磷的分解是通过分泌胞外酶进行解酶而实现的[7]。可溶性磷酸盐被细菌细胞吸收后被固定，当细胞死亡后，这些磷酸盐又可以被重新释放并被植物吸收利用。在土壤缺磷的情况下，微生物会产生各种酶类，如植酸酶、核酸酶和磷酸酶等。这些酶可加速植酸、核酸、磷脂等含磷有机化合物的分解，促进磷素释放，从而提高植物磷素营养[8]。其中对磷素代谢起重要作用的是磷酸酶，其分酸性和碱性两种，酸性磷酸酶为细菌和植物根系的产物，而碱性磷酸酶则仅由土壤中的细菌合成。较低的磷含量往往能促使植物根系和微生物分泌大量的磷酸酶，利于有机磷的分解[9]。
Bajpai和Sudrara Rao认为柠檬酸、乳酸、苹果酸可通过鳌合作用解磷[10]。Luo等的研究结果显示有机酸的总分泌量与Ca3(PO4)2、FePO4、AlPO4的溶解机理显著相关，表明解磷作用包括甘和有机酸的鳌合作用[11]。由于有机酸作用机理较为复杂，且研究周期比较长，因此，本实验主要研究磷酸酶解磷效果的影响因素，由于磷酸酶与解磷效果之间的关系还有一些不确定性，磷酸酶的活性及解磷效果受各种条件影响，本实验以枯草芽孢杆菌为实验菌株，主要研究探索一些常见的外界条件对解磷菌产生磷酸酶活性的影响。
1.2 课题的目的和意义
随着资源匮乏与人类需求之间矛盾的日益尖锐，土壤微生物已作为一种重要的自然资源越来越引起专家和学者的关注[12]。但由于解磷微生物种类繁多，解磷机制较复杂，国内外研究还没有完全成熟。虽然前人在解磷微生物作了大量的研究并取得了较大成果及应用价值，但目前的工作多仅限于菌种的选育和作用效果的比较。解磷作用发挥的条件、作用本质及其与其它土壤微生物种群的相互关系等基础性研究进展相当缓慢[13]，因此，PSB肥料在我国应用多年但在理论上未取得实质性进展[14]，科学有效的解磷手段还不太完善。
在农资成本逐渐增加、环境恶化的严峻形势下，针对我国大部分土壤缺磷而土壤中可利用的潜在磷素又丰富的现状[15]，初步研究解磷菌的解磷机理，为提高微生物解磷效率、开发解磷微生物肥料等提供参考[16]。而且提高对解磷菌的充分认识，大力研究解磷微生物及开发和利用相关菌肥，提高磷肥利用效率，这对于推进我国经济发展、缓解磷资源短缺、减少环境污染、发展持续高效高产农业具有深远的战略意义[17]。
2 材料与方法
2.1 材料
枯草芽孢杆菌：实验室保藏
2.2 主要仪器设备
表1 主要仪器、型号及其生产厂家
名称
型号
生产厂家
电子天平
TD5002G
天津天马衡基仪器有限公司
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