γ-聚谷氨酸(γ-PGA)作为一种生物可降解的新型水溶性高分子聚合物,其独特的结构和理化性质使其在农业中具有广阔的应用前景。本研究旨在为γ-PGA在农业中应用与推广提供理论依据。在实验室条件下,采用微生物发酵培养技术,通过摇瓶发酵和100L发酵灌装置发酵,对所获得的纳豆芽孢杆菌(Bacillus natto) ZW-2菌株发酵制备γ-PGA进行研究,并探讨了γ-PGA对盆栽小白菜和油菜产量、品质和肥料利用率,以及对大棚生菜产量、品质和土壤中养分含量的影响。通过上述研究,获得主要结论如下：1、首先进行γ-PGA实验室发酵条件筛选。通过单因素试验筛选出摇瓶发酵培养基组分和培养条件中各因素的最佳参考值,初步确定发酵培养基组成和基础发酵培养条件。然后在通过Placket-Burman试验设计法筛选出对γ-PGA产量影响最大的3个因素试验基础上,进行最陡爬坡试验,筛选出3个因素在发酵培养基中的含量：L-谷氨酸钠68.0g/L；氯化铵1.2g/L；磷酸氢二钾2.2g/L；最终,通过Box-Behnken Design试验设计法,获得γ-PGA的最优预测产量为36.5018g/L时,最佳培养基组成：葡萄糖40.00g/L；L-谷氨酸钠68.76g/L；氯化铵1.16g/L；酵母粉3.00g/L；磷酸氢二钾2.16g/L；氯化钙0.40g/L；硫酸镁0.30g/L；最佳发酵培养条件：接种量：2%；装液量：80ml/250ml;摇床转速：180r/min；初始pH：7-7.4;摇床温度：37℃；发酵时间72h。2、在摇瓶发酵优化试验的基础上,进行了γ-PGA在100L发酵装置条件下参数校正试验及其制备研究。通过单因素试验研究了碳源(葡萄糖)和前体物质(谷氨酸钠)的初始浓度对发酵过程中纳豆芽孢杆菌(Bacillus natto) ZW-2菌株生长和γ-PGA产量的影响。结果发现：当葡萄糖和谷氨酸钠的浓度分别为20g/L和30g/L时,能够显著提高发酵液中菌体的数量；进一步进行不同补料时间对γ-PGA产量的影响试验,当补料时间为发酵后16h(即菌株生长的稳定期前期)效果最佳,γ-PGA的最终产量为48.15g/L,显著高于常规方法发酵获得的产量34.35g/L。此外,本研究对γ-PGA制备中不同絮凝剂的添加和不同添加量对γ-PGA产量的影响进行了探讨,结果发现当乙醇的添加量为2.5倍时,γ-PGA的产量达到最高。3、通过对γ-PGA在盆栽小白菜和油菜产量、品质以及肥料利用率等方面影响研究。在常规施肥水平条件下,与不添加γ-PGA的CK处理相比,结果表明：1)添加γ-PGA能够提高小白菜和油菜的株高和鲜重,株高增幅分别为0.03%-16.88%和3.91%-12.76%,鲜重增幅分别为4.60%-23.97%和5.78%-14.38%；在减肥20%的条件下,当γ-PGA的添加量为5‰时,与常规施肥中的CK处理相比,小白菜和油菜的株高分别增加12.81%和3.12%,鲜重分别增加9.08%和2.47%：2) γ-PGA的添加能显著提高小白菜、油菜中维生素C含量和叶绿素SPAD值,最高增加量分别为25.24%、20.78%和34.27%、16.18%,并且能显著降低小白菜和油菜的硝酸盐含量,最大降低量分别为29.99%和37.79%；3)γ-PGA的添加能显著提高小白菜和油菜菜地中氮肥、磷肥、钾肥当季利用率,最高增加量分别可达39.15%、39.16%、46.15%和34.75%、12.30%、75.05%,并且随着肥料施用量的减低,γ-PGA对肥料利用率的增效作用基本呈现上升趋势。4、通过对γ-PGA在大棚生菜产量、品质以及菜地土壤养分等方面影响研究。结果表明：1)γ-PGA的添加能够提高大棚中生菜的鲜重质量,当γ-PGA的添加量为5g/小区时效果最佳,与不添加γ-PGA的CK处理相比,最高增加量为10.54%；2)与不添加γ-PGA的CK处理相比,γ-PGA的添加能够有效提高维生素C、可溶性糖以及叶绿素的含量,最高增加量分别为132%、14.86%和29.42%;能够有效降低硝酸盐含量,最大值为61.49%；3)不同γ-PGA添加量在施入第11天后对土壤中硝态氮、铵态氮含量影响具有显著差异。在第11天、18天、25天、32天、39天取样测定大棚菜地中硝态氮和铵态氮含量,与相应不添加γ-PGA的对照相比,最高增加值分别为90.41%、234.80%、91.61%、94.42%、121.77%和40.73%、31.96%、29.16%、47.60%、55.57%、57.10%;4)不同γ-PGA添加量在施入第18后对土壤中速效磷含量的影响具有显著差异。在第18天、25天、32天、39天取样测定大棚菜地中速效磷含量,与相应不添加γ-PGA的对照相比,最高增加值分别为27.37%、35.40%、44.35%和72.64%。