果樹根際固氮菌的研究初探

張坤鵬，侯長明，翟浩，馬亞男，余賢美*

(1.山東省果樹研究所，山東泰安 271000；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院)

氮在果樹生長發(fā)育所需的多種元素中占有極其重要的地位，空氣中氮的含量高達(dá)78%，但果樹無法直接吸收利用。果樹根際固氮菌能夠?qū)⒖諝庵械牡D(zhuǎn)化成速效態(tài)氮，最終被果樹吸收利用[1]。果園生產(chǎn)中，增施肥料能夠有效增加果品產(chǎn)量[2,3]，但片面追求果品產(chǎn)量，長期過量使用化學(xué)肥料，易導(dǎo)致土壤板結(jié)、酸化、鹽漬化、土壤理化性質(zhì)惡化、肥料利用率降低，營養(yǎng)失衡及土壤質(zhì)量急劇下降等問題[4]。土壤中與植物共生的固氮菌可以提高土壤氮素的利用率，降低氮肥的使用量，改善和平衡土壤營養(yǎng)，促進(jìn)土壤生態(tài)良性平衡，緩解農(nóng)業(yè)環(huán)境污染[5]。筆者總結(jié)了近年來果樹根際固氮菌研究情況，為科學(xué)、合理、安全、高效地開發(fā)應(yīng)用提供理論支持。

1 果樹根際固氮菌的含義及其類型

果樹根際固氮菌是指分布于果樹根-土之間不足1mm或幾毫米范圍內(nèi)特殊微區(qū)環(huán)境的一類微生物，此類微生物能夠利用自身固氮酶將土壤中的有機(jī)態(tài)氮或空氣中的氮轉(zhuǎn)化成速效態(tài)氮[1,6]。

果樹根際固氮菌包括共生固氮菌、自生固氮菌和聯(lián)合固氮菌。共生固氮菌必須與相應(yīng)宿主植物共生才能進(jìn)行固氮，這類固氮菌所需養(yǎng)分和固氮所需能量需由宿主植物提供，如與豆科共生的根瘤菌(Rhizobium)，與楊梅共生的弗蘭克氏菌(Frankia)；自生固氮菌能夠在土壤中獨(dú)立進(jìn)行固氮以供自身和植物利用，在自然界中分布廣泛，如圓褐固氮菌(Azotobacterchroococcum)、維氏固氮菌(Azotobactervinelandii)；聯(lián)合固氮菌是介于共生固氮菌和自身固氮菌的中間類型，以植物分泌物為營養(yǎng)，存在于植物的根際或體內(nèi)，與植物未形成穩(wěn)定的共生關(guān)系[7,8]，如固氮螺菌(Azospirillum)、雀稗固氮菌(Azotobacterpaspali)。

2 果樹根際固氮菌的研究

2.1 在核桃上的研究

李姝江等[9]從核桃根際土壤中篩選出芽孢桿菌屬(Bacillus)、伯克霍爾德菌屬(Burkholderia)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、葉桿菌屬(Phyllobacterium)、中華根瘤菌屬(Sinorhizobium)、固氮菌屬(Azotobacter)、固氮螺菌屬(Azospirillum)、腸桿菌屬(Enterobacter)和節(jié)桿菌屬(Arthrobacter)9個(gè)屬的根際固氮菌，其中固氮菌屬的產(chǎn)脂固氮菌(A.lipoferum)固氮酶活性高達(dá)162.0nmol/(h·mL)，圓褐固氮菌固氮酶活性超過140.0nmol/(h·mL)。崔曉亮[10]從核桃根際土壤中篩選到芽孢桿菌屬、伯克霍爾德菌屬、假單胞菌屬、葉桿菌屬、中華根瘤菌屬、腸桿菌屬和節(jié)桿菌屬7個(gè)屬的根際固氮菌，其中假單胞菌屬的固氮斯氏假單胞菌HY-9(P.stutzeri)、假單胞菌NJ-2(P.jessenii)和芽孢桿菌屬的彎曲芽孢桿菌XW-10(B.flexus)固氮

酶活性均超過140.0nmol/(h·mL)。張晶晶[11]從核桃根際土壤篩選出根瘤菌屬(Rhizobium)、假單胞菌屬、中華根瘤菌屬、芽孢桿菌屬和節(jié)桿菌屬5個(gè)屬的根際固氮菌。從以上的研究中發(fā)現(xiàn)：中華根瘤菌屬、節(jié)桿菌屬、芽孢桿菌屬和假單胞菌屬固氮菌存在于不同地區(qū)的核桃根際土壤中，分布較為廣泛。

2.2 在棗樹上的研究

陳倩[6]從棗園土壤中分離到8株固氮菌，有2株屬于芽孢桿菌屬，1株屬于假單胞菌屬，1株屬于溶桿菌屬(Lysobacter)，4株屬于類芽孢桿菌屬(Paenibacillus)，其中L.yangpyeongensis固氮酶活性超過140.0nmol/(h·mg)，具有較高的固氮潛能。李靜[12]利用從棗樹根際篩選的不動(dòng)桿菌屬(Acinetobactersp.)固氮菌N21、N22及其他優(yōu)勢(shì)功能單菌株等比例混配制成生物菌肥，能夠促進(jìn)土壤中堿解氮的釋放和積累，提高土壤堿解氮含量；顯著增加棗果可溶性總糖含量和維生素C含量，改善棗果品質(zhì)。王英鵬[13]對(duì)灰棗應(yīng)用固氮菌N22單菌劑及含N22復(fù)合生物菌肥，可增加土壤中堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤酸堿度，增加棗果可溶性糖含量、可滴定酸含量、黃酮含量及氮元素含量。

2.3 在其它果樹上的研究

國輝等[14]對(duì)多年生蘋果樹根際和連作幼樹根際細(xì)菌進(jìn)行了分離篩選，從多年生蘋果樹根際土壤中分離到18個(gè)固氮菌聚類群，從連作幼樹根際土壤中分離到15個(gè)固氮菌聚類群。王飛[15]從香蕉根際土壤中篩選到解淀粉芽孢桿菌(B.amyloliquefaciens)6N-20、綠膿桿菌(P.aeruginosa)3N-25和諾爾斯氏鏈霉菌(Streptomycesnoursei)8N-10，3株固氮菌固氮酶活性分別為140.89nmol/(h·mL)、78.93nmol/(h·mL)、0.549nmol/(h·mL)，6N-20能夠提高香蕉苗葉片葉綠素含量，顯著促進(jìn)香蕉苗的株高、莖粗、鮮重、干重和根系活力，對(duì)根長也有促進(jìn)作用.呂德國等[16]從東北山櫻、大青葉櫻桃等5種櫻桃屬果樹根際分離到固氮菌屬的固氮菌，這一結(jié)果與于翠等[17,18]分別從東北山櫻和大青葉櫻桃根際土壤中篩選出固氮菌屬固氮菌的結(jié)果相似。

3 展望

生物固氮具有綠色、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，一直是生命科學(xué)研究中的重大課題之一。人們已經(jīng)在果樹根際固氮菌篩選、鑒定、評(píng)價(jià)等方面取得了一定的進(jìn)展，但是目前國內(nèi)對(duì)果樹根際固氮菌的研究還處在實(shí)驗(yàn)室階段，果樹固氮菌的開發(fā)利用研究還不夠廣泛和深入，還存在著諸多問題，需要進(jìn)一步研究加以解決：①加強(qiáng)高效果樹根際固氮菌的篩選，獲得定殖能力和競(jìng)爭(zhēng)適應(yīng)力強(qiáng)的果樹根際固氮菌。②研究果樹根際固氮菌與其它有益微生物之間的關(guān)系，探索多菌種復(fù)合菌肥或多功能菌群復(fù)配制劑的研制。③關(guān)注果樹根際固氮菌的拮抗、促生、抗逆、抗病等其它有益功能，并加以合理開發(fā)利用。