溶磷微生物对不同磷矿粉的溶解能力_cropped

溶磷微生物对不同磷矿粉的溶解能力

林启美 ,赵海英 ,赵小蓉

( 中国农业大学土壤和水科学系 ,北京 100094)

摘要 : 通过培养试验对微生物溶解不同来源磷矿粉的能力做了一些探索 。结果表明 ,供试细菌溶解来自湖北 宜都和贵州开阳的磷矿粉能力比较强 ,培养 7d 最高有 2 . 73 %的磷被溶解出来 ;而供试真菌溶解云南磷矿粉的能力 最强 ,也能溶解来自四川清平和贵州开阳的磷矿粉 , 培养 7d 最高有 11 . 91 %的磷被溶解出来 , 而培养 8d 高达约

25 . 40 %的磷被溶解 出 来 , 二 者 溶 解 湖 北 钟 祥 磷 矿 粉 的 能 力 比 较 弱 。预 先 对 磷 矿 粉 进 行 微 波 、超 声 波 和 高 温 (300 ℃、500 ℃、800 ℃

) 处理 ,不能提高溶磷率 。 关键词 : 微生物 ;磷矿粉 ;溶磷量

Ro c k Pho sp h at e s Solubilizatio n of So m e Microo r gani s ms

L IN Qi 2mei , ZHAO Hai 2yin , ZHAO Xiao 2ro n g

( Depa r t ment of S o il an d W ater S c iences , Chi n a A g r icul t u ral U ni versi t y , Beiji n g 100094)

Ab s tra c t : The use of microo r ganisms to solubilize rock p ho s p hates was st udied. The result s indicated t hat t he tested bacteria had a st r o n ger capacit y to dissolve t he rocks f ro m Y idu of Hubei p r ovince and Kaiyang of Guizho u p r ovince . The maximal efficiency of P solubilizatio n was 2 . 71 % during 7 d incubatio n . The tested f un 2 gi showed much higher abilit y to dissolve t he rock f ro m Yunnan p r ovince . They also released a large amo u nt of P f ro m t he rocks f ro m Qingping of Sichuan p r ovince and Kaiyang of Guizho u p r ovince . The highest efficiency of P solubilizatio n was 11 . 91 % and 25 . 40 %during 7 d and 8 d incubatio n , respectively. The p r e 2t r eat ment s of ult r aso n ic wave , microwave and high temperat ure (300 ℃, 500 ℃, 800 ℃) did not significantly affect P solubi 2 lizatio n .

Ke y wo r d s : Microo r ganisms ; Rock p ho s p hate ; P solubilizatio n capacit y

贮藏磷 ,其菌体含磷量很高1 。

本研究用从土壤中分离出来的溶磷菌 ,分析其 对不同来源的磷矿粉的溶解能力 ,探索利用微生物 活化磷矿粉 ,生产具有生理活性的磷肥 。

早在 300 多年前人类就认识到微生物能够分解 岩石中的矿物 ,并利用这些微生物从岩石中回收铜 、 金 、镍 、锌 、铀等金属 。磷矿石也能够被微生物分解 , 这些微生物常称之为溶磷菌 ,包括细菌 、真菌和放线 菌 ,广泛分布在作 物 种 子 表 面 、土 壤 和 根 际 等 环 境 中 。Agnihot r i 1 报道一株曲霉在 30 ℃下培养 20d , 能够 使 磷 矿 粉 中 的 磷 87 . 7 % 释 放 出 来 , Paul 和 Sundara rao 2 发现培养 14d , 一些芽孢杆菌能 够 将 磷酸 三 钙 中 近 20 %的 磷 溶 解 出 来 , Narsian 和 Pa 2 tel 3 将 1 株曲霉接种到以不同来源的磷矿粉作为唯 一磷源的培养基里 , 培养 14d 后 , 发现最高有 45 % 的磷释放出来 。有些溶磷菌株以多聚磷酸盐的形式

1 材料与方法

1 . 1 菌株

节细菌 ( A rt h r obacte r sp . ) 1 TCRi7 和假单胞细 菌 ( Pseu dom o n a s sp . ) 2V C P1 ,真菌为 2 株曲霉 ( A s 2 pe r gi l l us sp . ) 2 TCi F 2 和 4 TCi F 6 。 1 . 2 磷矿粉来源

磷矿粉采自江苏锦屏 、湖北宜都 、湖北钟祥 、四

收稿日期 :2001209213

基金项目 :国家重点基础研究发展规划项目 ( G 1999011803)

作者简介 :林启美 ( 19612) ,男 ,湖北武穴人 ,副教授 ,博士 ,主要从事土壤和环境微生物生态学研究 。Tel : 010********* ; Fax : 010********* ;

E 2mail : linqm @mail . cau. edu. cn

川清平、贵州开阳和云南昆阳,所有磷矿粉粉碎过筛( < 0 . 018 m m) 。用2 %的柠檬酸浸提方法测定其有效磷的含量,用1∶1 的硝酸测定全磷含量(表1) 4 。矿粉为唯一磷源的50 m l 细菌和真菌培养基中,28 ℃下培养7d 后(130r/ min) ,高速离心( 9 000g) 20 min , 取上清液用钒钼黄比色法测定其含磷量,同时做不接种的对照。

1 .5 磷矿粉预处理对其溶解的影响

预处理包括超声波、微波和高温3 种方法,超声波处理方法是: 将云南磷矿粉与去离子水按照1 ∶1 的比例混合,用超声波细胞破碎机(J Y922 Ⅱ) 处理3 次,每次1 min (400 W) 之后,将样品在105 ℃下烘干; 微波处理方法是: 直接将磷矿粉在微波炉( 格兰仕, 900 W) 里最大能量处理2 min 、5 min 和10 min ; 高温处理方法是直接将磷矿粉置于马福炉中, 分别在300 ℃、500 ℃和800 ℃下处理30 min 。预处理后的样品用2 %柠檬酸浸提方法测定有效磷含量, 并同上测定对微生物溶解的影响,但培养时间延长到8d 。

所有试验均为3 次重复,溶磷量为减去不接种mg O5 / L 来表示,溶磷率为100g 磷矿粉中的磷所释放出来的磷量。

表1 6 种磷矿粉有效磷和全磷含量( P

2

O5 %)

Table 1 The available and total P co n tent s of t he 6 rock p hos2 p hates

磷矿粉产地

Rock p h o s p h ate o r igin

全磷

Total P

有效磷

Available P

江苏锦屏

J i nping J i angsu 湖北宜都

Y idu Hubei

湖北钟祥

Zho n gxiang Hubei 四川清平Qingping Sichuan 贵州开阳

K aiyang Guizho u 14 . 63 0 . 30 27 . 97 4 . 44 31 . 48 2 . 20

34 . 53 3 . 79

35 . 16 4 . 91

磷矿粉10g , 水1 000 m l , p H7 . 0 。

1 .4 微生物对不同磷矿粉的溶解能力

将在牛肉膏蛋白胨培养基上生长的细菌和在PDA 培养基上生长的真菌,分别刮下制成菌体或孢子悬浮液,取1 m l (每ml 约108 个) 分别接种到以磷

,溶解湖北

( 表2) ,培养7d 时2 %～2 . 7 %的磷释放出来,培养液的p H 降低到4 以下。而溶解湖北钟祥的磷矿粉能力最弱,培养7d 时只有约0 . 5 %的磷释放出来,尽管培养液的p H 也相应地降低。对江苏锦屏的磷矿粉也有一定的溶解能力,但培养液的酸度并没有太大的变化。

表2 细菌对不同来源磷矿粉的溶解能力

Table 2 The capacit y of 2 bacteria in solubilizing different rock p hosp hates

2VCP1 1 TCRi7

磷矿粉

Rock p h o s p h ates 溶磷量

Capacit y( mg/ L )

溶磷率

Rate ( %)

溶磷量

Capacit y( mg/ L )

溶磷率

Rate ( %)

p H p H

江苏锦屏

J i nping J i angsu 湖北宜都

Y idu Hubei

湖北钟祥

Zho n gxiang Hubei 四川清平Qingping Sichuan 贵州开阳

K aiyang Guizho u 云南昆阳24 . 50 ±0 . 87 1 . 67 6 . 66 ±0 . 01 20 . 75 ±5 . 63 1 . 72 6 . 52 ±0 . 08 64 . 75 ±2 . 41 2 . 37 3 . 81 ±0 . 02 55 . 00 ±1 . 89 1 . 97 3 . 84 ±0 . 01 17 . 50 ±4 . 13 0 . 56 3 . 80 ±0 . 02 17 . 50 ±0 . 86 0 . 55 3 . 85 ±0 . 04 34 . 50 ±4 . 24 1 . 00 3 . 69 ±0 . 40 39 . 25 ±1 . 89 1 . 14 3 . 88 ±0 . 03 95 . 75 ±5 . 32 2 . 73 3 . 89 ±0 . 03 89 . 75 ±4 . 76 2 . 55 3 . 93 ±0 . 03 42 . 45 ±0 . 87 1 . 38 3 . 89 ±0 . 02 39 . 75 ±2 . 70 1 . 30 3 . 91 ±0 . 01

Kunyang Yunnan

两株曲霉溶解云南昆阳磷矿粉的能力最强( 表3) ,培养7d 有近12 %的磷释放出来, 2 TCi F2 菌株对四川清平和贵州开阳的磷矿粉也具有比较强的溶解能力,溶磷率7 %左右。2 TCi F6 对这两种磷矿粉也有一定的溶解能力,溶磷率2 %～3 . 5 % 。与细菌相似,两株真菌也对湖北钟祥和江苏锦屏的磷矿粉溶解能力最低,并且培养液的p H 升高约1 个单位。

表3 真菌对不同来源磷矿粉的溶解能力

Table 3 The capacit y of 2 f u ngi in solubilizing different rock p hosp hates

2 TCi F2 2 TCi F6

磷矿粉

Rock p h o s p h ates 溶磷量

Capacit y( mg/ L )

溶磷率

Rate ( %)

溶磷量

Capacit y( mg/ L )

溶磷率

Rate ( %)

p H p H

江苏锦屏

J i nping J i angsu 湖北宜都

Y idu Hubei

湖北钟祥

Zho n gxiang Hubei 四川清平Qingping Sichuan 贵州开阳

K aiyang Guizho u 云南昆阳Kunyang Yunnan

17 . 19 ±3 . 58 1 . 20 6 . 79 ±0 . 73 10 . 16 ±3 . 58 0 . 69 8 . 03 ±0 . 26 62 . 53 ±36 . 50 2 . 24 4 . 56 ±0 . 07 10 . 16 ±1 . 35 0 . 37 8 . 14 ±0 . 04 23 . 45 ±13 . 06 0 . 74 4 . 97 ±0 . 31 9 . 38 ±0 . 01 0 . 30 8 . 20 ±0 . 01 234 . 47 ±52 . 84 6 . 79 3 . 73 ±0 . 12 71 . 51 ±14 . 92 2 . 08 3 . 72 ±0 . 98 257 . 91 ±65 . 35 7 . 34 3 . 97 ±0 . 12 122 . 71 ±44 . 88 3 . 49 5 . 63 ±0 . 53 357 . 17 ±60 . 43 11 . 68 3 . 63 ±0 . 04 364 . 21 ±33 . 68 11 . 91 4 . 32 ±0 . 07

2 .2 预处理对微生物溶解磷矿粉的影响

超声波、微波及高温处理几乎都显著降低了磷矿粉枸溶性磷含量( P = 0 . 05) ,只有四川清平的磷矿粉经过超声波处理后, 枸溶性磷含量提高了37 . 47 % 。云南昆阳磷矿粉经过超声波和500 ℃以下的高温处理, 枸溶性磷含量提高了7 .12 % ～20 . 95 % (表4) 。当用云南磷矿粉进行微生物溶磷

试验时,发现

高温预处理显著降低了2V C P1 溶磷量( 表5) ,并且温度越高,溶磷量降低得越多,800 ℃时溶磷量降低了近68 % ,但超声波处理显著提高了细菌溶解磷矿粉的能力。这些预处理对曲霉2 TCi F2 的溶磷能力没有显著影响,在8d 培养期间,21 %～25 %的磷从磷矿粉中释放出来。

2 .

3 溶磷量与培养基p H 之间的关系

培养过程中微生物从磷矿粉中释放出来的磷与培养介质的p H 之间存在显著相关性, 并且只有当p H 降低到5 以下时,才表现出强烈的溶解磷矿粉的能力(图) 。

表4 预处理对磷矿粉枸溶性磷含量的影响1) ( P

2

O5 %)

Table 4 The changes of t he available P following t he rock p r e2t r eat m ent s

磷矿粉

Rock p h o s p h ates 未处理

No n

超声波

U S

微波2 m in

M W

微波5min

M W

微波10min

M W300

℃500 ℃800 ℃

江苏锦屏

J i nping J i angsu 湖北宜都

Y idu Hubei

湖北钟祥

Zho n gxiang Hubei 四川清平Qingping Sichuan 贵州开阳

K aiyang Guizho u 云南昆阳0 . 30 0 . 02 0 . 02 0 . 01 0 . 01 0 . 00 0 . 12 0 . 10 4 . 40 3 . 20 3 . 30 3 . 10 3 . 20 3 . 15 3 . 05 4 . 10

2 . 20 1 . 35 1 . 50 1 . 45 1 . 95 1 . 65 1 . 67 1 . 17

3 . 79 5 . 21

4 . 31 2 . 99 3 . 23 3 . 20 3 . 28 3 . 12

4 . 91 4 . 71

5 . 09 4 . 94 5 . 00 4 . 54 3 . 91 2 . 64

5 . 0

6 5 . 00 6 . 12 5 . 64 5 . 95 5 . 98 5 . 42 4 . 79

Kunyang Yunnan

1) U S : Ult r aso n ic p r e2t r eat ment ; M W : Microwave p r e2t r eat ment , 下同The same as below

表 5 预处理对微生物溶解磷矿粉的影响1)

Table 5 The influence of t he p r e 2t r eat ment s o n t he rock p hosp hate solubilizatio n by so m e microorganisms 菌株

Isolates

未处理

No n M W

2 m in M W 5 m in M W 10min P solubilizatio n

U S 300 ℃ 500 ℃ 800 ℃ 溶磷量 ( mg/ L ) 溶磷率 ( %) 溶磷量 ( mg/ L ) 溶磷率 ( %)

2VCP1 54 . 91 1 . 75 759 . 75 24 . 31

62 . 96 2 . 01 661 . 92 21 . 18

56 . 09 1 . 78 793 . 67 25 . 40

53 . 72 1 . 71 647 . 73 22 . 06

50 . 88 1 . 63 701 . 37 22 . 45

48 . 52 1 . 62 660 . 35 21 . 00

34 . 79 1 . 14 754 . 23 24 . 13

20 . 47 0 . 65 730 . 56 23 . 37

2 TCi F 2

1)

2VCP1 :L SD 0. 05 = 4 . 70 ,2 TCi F 2 :L SD 0. 05 = 128 . 50

矿粉能力 ,但从总的来看 ,微生物溶解磷矿粉的能力 与 有 效 磷 含 量 之 间 没 有 明 显 的 关 联 , 也 就 是 说

CO 3 2 - 与 PO 4 3 -

的交换程度 , 并不 影 响 微 生 物 对 磷

矿粉的溶解 ,可能是其他因素影响微生物对磷矿粉 的溶解 ,其原因还有待进一步研究 。

磷肥生产不仅要消耗大量的硫酸等工业原料 , 而且还导致氟等污染 。磷矿粉直接施用受其本身的 性质 、土壤和植物等因素限制 。利用微生物溶解磷 矿粉 ,生产具有生 物 活 性 的 磷 肥 , 不 仅 不 用 工 业 原 料 ,避免污染环境 ,而且可以利用难分选的中低品位 的磷矿资源 ,具有重大的理论和实践意义 。

图 溶磷量与 p H 的关系

Fig.

Relatio n ship bet w een P solubilizatio n capacit y and cul 2 t u re acidit y

Ref e r e n c e s

1 Agnihot r i V P. Solubilizatio n of insoluble p h o s p h ates by so m e soil f u ngi isolated f r o m nursery seedbeds. Ca n . J . M icrobiol . 1970 , 16 : 877 - 880 .

Paul N B ,Sundara rao WVB. Pho s p h ate 2dissolving bacteria in t h e r h izo s p h ere of so m e cultivated legumes. Pl a n t a n d S oi l . 1971 , 35 : 127 - 132 .

Narsio n V , Patel H H. A s p ergi l us aculeat us as a rock p h o s p h ate solubilizer . S oi l B iol . B ioche m . 2000 , 32 ( 7) : 559 - 565 . L u R K. A nal y t i cal Met hods f or S oi l a n d A g r icul t u ral Che m 2

ist ry . Beijing : China Agricult u ral Scientech Press. 1999 . (in Chi 2

nese )

鲁如坤. 土壤农业化学分析方法. 北京 : 中国农业科技出版社 ,

1999 .

3 讨论

供试磷矿粉都是沉积磷块岩 ,不仅含有磷矿石 , 2 而且还有白云石类碳酸盐矿物和石英及玉髓类硅质 矿物 ,甚至与水云母和高岭石等胶结在一起 。在矿 物形成过程中 ,经常发生 CO 3 2 - 等阴离子代换磷矿 石中的 PO 4 3 - 离子 ,代换程度越高 ,磷矿粉的柠檬酸 溶性磷 (也称有效磷) 含量就越高 ,直接使用的效果 越好 。从本研究的结果来看 ,云南磷矿粉有效磷含 量最高 ,江苏锦屏 的 磷 矿 粉 有 效 磷 含 量 最 低 , 只 有 0 . 3 % ,说明前者

CO 3 2 -

代换 PO 4 3 -

离子比较多 。尽

管供试菌株尤其是真菌表现出最强烈的溶解云南磷

3 4