我国近代农业生产过程中一直存在长期过量施用化肥农药的现象，虽然为我国的粮食安全和社会稳定作出了贡献，但也产生了诸多生态和环境问题，如土壤板结、肥力下降、土壤微生物菌群破坏及地下水体系富营养化等，这些问题随着社会意识提升而日益突出，亟待解决。以微生物为主要成分的生物肥料具有释放土壤肥力、防治病害和修复土壤结构等功效，是解决土壤环境问题，实现农业绿色、和谐、可持续发展的有效途径之一。生物肥推广困难的主要原因在于难以稳定高效地获得农业益生菌，这也导致了生物肥在流通中存在效果难辨、以次充好、虚假宣传等市场乱象。因此开发低成本、高密度、优效果的农业益生菌生产工艺，是推动生物肥领域发展进步的基础环节。　　本文以具有土壤解磷效果的益生巨大芽孢杆菌为研究对象，首先对实验室现有的巨大芽孢杆菌和市场流通的5种巨大芽孢杆菌产品进行了菌株活化、纯化，根据固体平板溶磷圈实验、摇瓶液体发酵解磷实验和摇瓶液体发酵水平的对比，筛选出了兼具高效解磷能力和高密度发酵潜力的菌株，并通过形态学观察和分子生物学鉴定，将该菌株命名为Bacillus megaterium J3。　　随后对Bacillus megaterium J3摇瓶水平的发酵条件进行了优化，并通过单因素和正交实验确定了了最佳培养基。优化实验结果表明，当装液量为30 mL/300 mL，培养基配方为葡萄糖0.2％、玉米淀粉3%、豆粕粉2%、硫酸镁0.1%、硫酸锰0.01%，接种量为5%～10%，pH维持6.0～8.0之间，培养温度为37℃时，发酵水平最高达到3.87×109 cfu/mL。通过20 L发酵罐进行优化培养基的上罐验证实验，验证结果稳定性高，芽孢率均在94%左右，并在10%接种量下取得最大发酵水平5.37×109 cfu/mL，相比摇瓶发酵水平提高了38.79%。　　本文进一步以50 L发酵罐为主体，开展过程优化，包括生长曲线的绘制、pH控制、溶氧（DO）控制和补料策略的工艺优化。通过对Bacillus megaterium J3生长曲线的分析，我们设计优化了以下控制方案：发酵前期控制pH在7.0±0.2，直至pH开始自然回升，随后控制其pH处于7.5±0.2，待芽孢开始形成后再次调高pH至8.0以上，促进芽孢形成。发酵全程维持DO在30%以上，尤其在对数期（6~8小时）和芽孢形成期（20小时左右）的高耗氧阶段尽可能保证DO在10%以上。通过上述控制工艺，Bacillus megaterium J3在50 L发酵罐中的发酵水平达到了5.86×109 cfu/mL，相比工艺优化前提高了9.12%。在pH、DO控制工艺的基础上，本文研究了补料策略。结果表明，最佳的补料原料是经过高温淀粉酶水解的玉米淀粉水解液，通过补料操作保持0.4~0.6%的还原糖水平能最大程度地提高 Bacillus megaterium J3发酵水平，达到1.09×1010 cfu/mL，相比补料前提高了86.72%，也是目前文献报道已知的最高的巨大芽孢杆菌液体发酵水平。综合上述的优化培养基、控制工艺和补料工艺，在500 L中试发酵罐中进行中试验证试验，5次验证发酵水平均在1.0×1010 cfu/mL以上，最高值1.08×1010 cfu/mL，并保持93%以上的芽孢率。本生产工艺成本低廉，操作简单，设备要求低，具备显著的应用价值。　　最后研究了Bacillus megaterium J3的菌粉制剂在彩椒大棚生产上的应用效果。结果表明，施用剂量为1.0×1011 cfu/m2时，彩椒单株性状明显改善，果实果肉厚度、果纵径、果横径菌有明显提高，即有明显地“彭果”现象，同时单果重提高14.37%，单株产量提高13.79%，每1000 m2生产大棚可增产4.8吨，说明该菌剂确实可以显著促进植株生长。