水稻根际解磷细菌的筛选、解磷机理及其对缺磷条件下水稻生长的影响研究

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我国耕地土壤存在总磷含量较高,有效磷含量匮乏的现象。土壤中有效磷缺乏不仅制约植物的生长,同时也影响农业发展。通过施加磷肥显著改善土壤有效磷含量不足的问题,提高了作物的生长和产量,但一方面磷肥属于不可再生资源,持续施加磷肥具有不可持续性。另一方面,过量施加磷肥可能导致水体富营养化污染和土壤板结等问题。利用解磷微生物将土壤中难溶态的磷酸盐转化为可供植物直接吸收利用的有效磷,从而提高作物对磷肥的吸收和利用效率是目前化肥减量增效的热门方向。本文从水稻根际土壤中筛选了一批解磷细菌,采用分子生物学手段对其进行鉴定,探究了高效解磷细菌的解磷特性及解磷机理,并对高效解磷细菌的水稻促生效应进行了研究。取得了以下成果:(1)水稻根际土经过解有机/无机磷固体培养基分离纯化,筛选得到了5株无机解磷细菌和5株有机无机双解磷细菌。经过16S r RNA测序分析和系统发育树的构建进行鉴定,无机解磷细菌分别为甲壳虫WSH-002(Priestia megaterium WSH-002)、赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus sp)、巨大普利斯特氏菌(Priestia megaterium strain)、马斯利亚农业菌株(Massilia agri strain)和球形芽孢杆菌(Lysinibacillus sphaericus),分别属于马赛菌属、斯特氏菌属和芽孢杆菌属。有机无机双解磷细菌分别为阿氏芽孢杆菌(Bacillu aryabhattai)、高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis)、尼式芽孢杆菌(Baci llus nealsonii)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)和苏云金芽孢杆菌(Bacillus th uringiensis),均属于芽孢杆菌属。(2)分别将细菌培养在有机和无机磷鉴定培养基中,培养结束后采用钼锑抗比色法测定培养基中磷含量,与不加菌的对照培养基进行比对后鉴定解磷菌的解磷能力。结果显示所有解磷细菌均有良好的解磷能力,双解磷细菌中巨大芽孢杆菌解磷能力最强,鉴定培养基中有效磷含量比对照增加了2171.96%。无机解磷细菌中效果最好的是球形芽孢杆菌,鉴定培养基中有效磷含量比对照增加了450.56%。解磷细菌生长过程中均导致培养基pH值下降,采用高效液相色谱测定后发现,解磷细菌主要通过分泌草酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、莽草酸、琥珀酸等有机酸进行解磷。(3)选用低磷和正常磷两种不同磷含量的土壤接种筛选出来的解磷细菌,在培养箱中进行纯土培养7天,然后测定土壤有效磷含量及其相关指标。结果显示,接种解磷细菌后,土壤的有效磷含量、微生物磷含量和酸性磷酸酶(ACP)活性、碱性磷酸酶(ALP)活性、植酸酶(Phytase)活性均显著提升,同时显著降低土壤pH值。说明解磷细菌通过降低土壤pH值,增加土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶和植酸酶活性提高土壤有效磷的释放。(4)选用Nipponbare和kasalath两种水稻品种作为试验水稻,将培养后的巨大芽孢杆菌和苏云金芽孢杆菌进行重悬,按12 m L菌重悬液/100 g土的比例接入低磷和正常磷两种土壤,并且分别设置施加磷肥和不施加磷肥两种处理,进行盆栽试验。在水稻分蘖期、齐穗期和成熟期采集土壤样品,进行相关指标测定,发现接种解磷细菌的水稻根际土中有效磷含量均显著上升,同时提高水稻根际土中的土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶和植酸酶活性,提高水稻的净光合速率,最终促进水稻生长。
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