解磷 内容
微生物解磷的研究进展
微生物解磷的研究进展赵小蓉,林启美(中国农业大学土壤和水科学系,北京 100094)摘 要:综述了具有解磷能力的微生物在不同土壤、作物根际中的数量及种群分布,评价了不同微生物的解磷能力,探讨了微生物的解磷机制,还讨论了解磷菌对作物生长发育的影响以及实际应用效果。
关键词:土壤;根际;解磷微生物中图分类号:S 154.39 文献标识码:A 文章编号:100220616(2001)0320007205收稿日期:2000-06-20基金项目:北京市自然科学基金重点项目(N o .6971003)。
作者简介:赵小蓉(1970-),女,博士,主要从事土壤微生物生态学研究。
磷是植物必需的营养元素之一,我国有74%的耕地土壤缺磷。
土壤中95%以上的磷为无效形式,植物很难直接吸收利用。
施入的磷肥当季作物利用率为5%～25%,大部分磷与土壤中的Ca 2+、Fe 3+、Fe 2+、A l 3+结合,形成难溶性磷酸盐。
提高磷的利用率一直是农学家关注的问题。
很多因素影响土壤磷的利用效率,微生物对土壤磷的转化和有效性影响很大。
大量的研究结果证明:土壤中存在大量的微生物,能够将植物难以吸收利用的磷转化为可吸收利用的形态,具有这种能力的微生物称为解磷菌或溶磷菌(Pho sphate -so lub ilizing m icroo rgan is m s ,PS M )。
有人对其中能够矿化有机磷化合物的称之为有机磷微生物;能够将植物难以吸收的无机磷酸盐转化为可直接吸收利用形态的微生物,称之为无机磷微生物,实际上却很难将它们分得很清。
本文对国内外有关解磷微生物在土壤和作物根际的分布特点、解磷机制、对作物生长发育的影响及其应用等方面的研究进展做一综合评述。
1 解磷微生物的数量具有解磷能力的微生物包括细菌、真菌和放线菌,在土壤中的数量,受土壤物理结构、有机质含量、土壤类型、土壤肥力、耕作方式和措施等因素的影响[1]。
尹瑞玲[2]发现我国旱地土壤解磷菌平均为107cfu g ,占土壤微生物总数的27%～82%,其中细菌所占比例最大。
解磷微生物在农业生产上的应用简介
谢谢大家
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水体富营养化
种子罐液体培养 种子罐液体培养
发酵罐培养 发酵罐培养
• 灭菌： 灭菌： 空罐和所有管道灭菌 空罐和所有管道灭菌 高压蒸汽灭菌 高压蒸汽灭菌 压力 98~147kpa,30min 压力 98~147kpa,30min 待罐温降至28~30℃时接种 待罐温降至28~30℃时接种
接种 接种
将无杂菌的种子罐发酵液通过压力接种 将无杂菌的种子罐发酵液通过压力接种 到发酵罐中，接种量10%一20%。培养基 到发酵罐中，接种量10%一20%。培养基 配方与培养条件同种子罐。在大罐培养正 配方与培养条件同种子罐。在大罐培养正 常情况下，也可将大罐菌液作种子，接种 常情况下，也可将大罐菌液作种子，接种 到另一大罐中。接种量适当加大，可缩短 到另一大罐中。接种量适当加大，可缩短 发酵周期。 发酵周期。 h后每隔2h抽样检查杂菌和计 培养10 数，达到质量要求后方可放罐。放罐前须 培养10 h后每隔2h抽样检查杂菌和计 测定含菌量。 数，达到质量要求后方可放罐。放罐前须 测定含菌量。
（3）溶磷微生物的矿化作用 （3）溶磷微生物的矿化作用 微生物（尤其是真菌）对有机物 微生物（尤其是真菌）对有机物的 的矿化作用主要是微生物在代谢过程 矿化作用主要是微生物在代谢过程中产 中产生各种酶类，即通过分泌植酸酶、 生各种酶类，即通过分泌植酸酶、核酸 酶、脱氢酶和磷酸酶等物质使有机磷酸 核酸酶、脱氢酶和磷酸酶等物质使有 盐矿化，成为植物可以吸收利用的可溶 机磷酸盐矿化，成为植物可以吸收利 性磷。 用的可溶性磷。
——引自钟传青，黄为一.不同种类解磷微生物的溶磷
效果及其磷酸酶活性的变化[J].土壤报。2005（2）： 286-290.
磷细菌肥料的生产 磷细菌肥料的生产
除氮除磷讲义教材
除氮除磷氮和磷是生物的重要营养源，随着化肥、洗涤剂和农药普遍使用，天然水体中氮、磷含量急剧增加，水体中蓝藻、绿藻大量繁殖，水体缺氧并产生毒素，使水质恶化，对水生生物和人体健康产生很大的危害。
目前应用最广泛的常规生物处理系统（一级加二级生物处理）主要是去除城市污水及某些工业废水中的悬浮固体及可降解的有机物。
氮磷的去除技术一般是在常规的二级处理之后，故常称作三级处理货深度处理。
第一节氮的处理废水中的氮常以含氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。
生物处理把大多数有机氮转化为氨，然后可进一步转化为硝酸盐。
目前采用的除氮工艺有生物硝化与反硝化、沸石选择性交换吸附、空气吹托及折点氯化等四种。
一、生物硝化与反硝化（生物除氮法）（一）生物硝化在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，称为生物硝化作用。
反应过程如下：亚硝酸盐菌NHJ+3/20：-------------- ► N02_+2H*+H：0-AE △E=278. 42KJ第二步亚硝酸盐转化为硝酸盐：硝酸盐菌N0_+l/20: ----------------- ► NO3-AE △E=278. 42KJ 这两个反应式都是释放能量的过程，氨氮转化为硝态氮并不是去除氮而是减少它的需氧量。
上诉两式合起来写成：NH「+20：----- ► N03_+2H+H:0-AE AE=351KJ综合氨氧化和细胞体合成反应方程式如下：NH.,+1. 8302+l. 98HC03- —► 0. 02GHGN+0. 98 NO3"+1. 04 H2O+1. 88H2CO3由上式可知：(1)在硝化过程中，lg氨氮转化为硝酸盐氮时需氧 4. 57g； (2)硝化过程中释放出H\将消耗废水中的碱度，每氧化lg 氨氮，将消耗碱度(以CaC03计)7. Igo影响硝化过程的主要因素有：(1)pH值当pH值为8. 0〜8. 4时(20°C),硝化作用速度最快。
关于有机磷降解
Solubilizing Characteristics and Biological Characteristics by Two Phosphate Solubilizing Fungi
微生物分类
原核：细菌、放线菌、螺旋体、支原体、立克次氏体、衣 原体。 真核：真菌、藻类(部分)、原生动物(部分)。
解磷菌种类
具有解磷作用的微生物种类很多，也比较复杂。有人根据解磷菌分解底 物的不同将它们划分为能够溶解有机磷的有机磷微生物和能够溶解无机 磷的无机磷微生物，实际上很难将它们区分开来。目前报道具有解磷作 用的微生物解磷细菌类有芽孢杆菌（Bacillus）、假单胞杆菌 （Pseudomonas）、欧文氏菌（Erwinia）、土壤杆菌 （Agrobacterium）、沙雷氏菌（Serratia）、黄杆菌 （Flavobacterium）、肠细菌（Enterbacter）、微球菌（Micrococcus）、 固氮菌（Azotobacter）、根瘤菌（Bradyrhizobium）、沙门氏菌 （Salmonella）、色杆菌（Clromobacterium）、产碱菌 （Alcaligenes）、节细菌（Arthrobacter）、硫杆菌（Thiobacillus）、 埃希氏菌（Escherichia）；解磷真菌类有青霉菌（Penicillium）、曲霉 菌（Aspergillus）、根霉（Rhizopus）、镰刀菌（Fusarium）、小菌核 菌（Sclerotium）；放线菌有链霉菌（Streptomyces）；AM菌根菌。
绿色化学和生物技术是实现可持续发展作为公认的重要工具。减少或 消除有害物质、丰富废旧物资的使用、产生化学品和微生物设计过程的实 现，是我们努力减少其负面影响的重要组成部分。完整的生物循环农业 工业废物现在被接受为可持续农业和农产品加工业的一个重要组成部分 (Tengerby and Szakacs 1998)。微生物处理农业废弃物可以恢复土壤肥力 和土壤的微生物。另外，过量的工农业废弃物可被微生物转化为有价值的 饲料添加剂和生物产业产品(Ashworth and Azevedo 2009)。近年来，采用 固态发酵过程对农产品加工业残渣更有效地利用的趋势有所增加(Krishna 2005)。本论文将集中采用微生物对不溶性磷酸盐的增溶作用进行研究，特 别是在有机质为基础的固态发酵液和土壤条件的多功能特性。 一般来说，磷酸资源（主要是磷酸盐岩（RP））实际上是有限的不可再生 资源，为了减少全球磷储备的消耗，研究应侧重于磷酸盐的更有效地利用。
沉积物解磷菌的研究进展：分布、解磷能力及功能基因
Research progress of phosphate-solubilizing bacteria in sediments ：Distribution,phosphate-solubilizingability,and functional genesMA Kai,WANG Xiaochang,XIE Jiahui,GAO Li *（School of Ocean,Yantai University,Yantai 264005,China ）Abstract ：Phosphorus （P ）is an important inducer of water eutrophication and harmful algal blooms.Sediment internal loading may be an important source of P in water when exogenous input is controlled effectively.As the primary drivers of P geochemical cycling,phosphate-solubilizing bacteria （PSB ）play a critical role in sediment P release.However,research on PSB in sediments began later than studies on agricultural soils,especially research on the molecular mechanism of PSB.Therefore,this review summarizes the main species and distribution characteristics of PSB in sediments from different habitats,and the effects of algal blooms on PSB community compositionduring the outbreak and extinction phases.In addition,it outlines the main phosphate-solubilizing mechanisms （such as mineralization and solubilization ）and functional genes of PSB,and provides a future direction of research on PSB in aquatic ecosystems.This review provides new ideas for research on P cycling and eutrophication mechanisms in water affected by algal blooms.Keywords ：sediments;phosphate-solubilizing bacteria;phosphate-solubilizing mechanism;functional genes;harmful algal blooms沉积物解磷菌的研究进展：分布、解磷能力及功能基因马凯，王效昌，谢嘉慧，高丽*（烟台大学海洋学院，山东烟台264005）摘要：磷是大多数水体富营养化和有害藻华暴发的重要诱因。
糖酸类化合物的解磷机理研究
糖酸类化合物的解磷机理研究作者：白旭皓杨洋董永华来源：《江苏农业科学》2020年第09期关键词：葡萄糖酸;2-酮基葡萄糖酸;木糖酸;磷酸钙;磷酸镁;解磷机理磷是植物生长中不可或缺的三大元素之一[1]，是植物体内结构化合物的重要组成元素，可参与细胞的物质运输、信息交流和能量交换等生命活动，如果在植物生长过程中缺少磷元素，会影响细胞的分裂增殖和其他生命活动[2]。
磷具有极强的化学反应性，使得土壤中的磷元素多以难溶性磷酸盐的形式存在，导致磷在农业生产中普遍缺乏[3]。
施用可溶性磷酸盐是为植物提供磷的主要途径，但是由于磷酸根易与土壤中的钙、镁等其他金属离子形成难溶性化合物而固定在土壤中，降低了磷的使用效率。
据统计，约有80%的磷肥最终转化为难溶性化合物而无法被植物吸收利用[4]。
因此，减少磷的沉淀、增加土壤中有效磷的含量，成为农业生产中长期关注的研究热点。
研究发现，土壤中存在的细菌[5]、真菌[6]、放线菌[7]等多种微生物的代谢物可以将难溶性磷酸盐转化为可溶性形态。
关于微生物的溶磷机制，主要有氢质子交换[8]、螯合理论[9]、磷酸酶蛋白理论[10]和氧化还原理论[11]。
合成有机酸是微生物溶磷的重要化学基础，而具有合成葡萄糖酸、2-酮基葡萄糖酸能力的微生物通常具有优良的溶磷效果[12-15]。
利用微生物溶解土壤中的难溶性磷酸盐不仅绿色可持续，而且成本较低，具有较高的应用价值。
克雷伯氏肺炎杆菌（Klebsiella pneumoniae）属于肠杆菌科克雷伯氏菌属，广泛存在于水、植物、土壤及动物中，是重要的根际微生物[16-18]。
该菌种生长繁殖速度快、代谢旺盛、代谢产物丰富，是一种重要的工业微生物[19]。
克雷伯氏肺炎杆菌等微生物中存在1条直接氧化葡萄糖的途径，该途径位于细胞的周质空间，葡萄糖经过氧化形成葡萄糖酸，葡萄糖酸进一步氧化形成2-酮基葡萄糖酸。
在酸性条件下培养克雷伯氏肺炎杆菌，发现其发酵液中积累了大量2-酮基葡萄糖酸[20]。
土壤中解磷机制
土壤中解磷机制
土壤中的解磷机制是指土壤中的磷化合物（通常以无机磷形式）转化为植物可吸收的磷形式的过程。
磷是植物生长的关键元素之一，但通常以难溶性的磷酸盐形式存在于土壤中。
以下是一些常见的土壤中解磷机制：
1.酸解机制：
酸解是一种重要的土壤解磷机制。
土壤中的酸性环境（低pH值）可以促使难溶性磷酸盐溶解成可吸收的磷酸根离子（H2PO4-）。
酸解的过程中，土壤中的溶解性有机酸和无机酸会与磷酸盐反应，促使磷酸盐的释放。
2.微生物活动：
微生物在土壤中参与磷的循环。
微生物通过产生有机酸和酶的方式，促进有机磷的分解，将其转化为无机磷形式。
微生物还能够分泌胞外酶，将有机磷降解成可溶性的无机磷，使其更容易被植物吸收。
3.植物根系分泌：
植物根系分泌酸类物质，例如溶解磷的根系酸。
这些根系酸有助于溶解土壤中的难溶性磷酸盐，提高土壤中的可溶性磷含量。
植物通过根系分泌的方式，调节土壤中的pH值，影响磷的溶解和吸收。
4.土壤微生物-植物相互作用：
一些土壤微生物和植物之间存在着相互合作的关系，有些微生物能够产生有机酸和酶，有助于提高土壤中磷的有效性。
植物通过根际分泌物质，为土壤微生物提供碳源，激发微生物的磷溶解活性。
这些机制相互作用，共同促使土壤中的磷形成可供植物吸收的形式。
然而，不同土壤类型、植被类型和环境条件都可能影响这些机制的相对重要性。
磷的去除
污水中磷的去除磷的去除有化学除磷生物除磷两种工艺，生物除磷是一种相对经济的除磷方法，但由于该除磷工艺目前还不能保证稳定达到0.5mg/l出水标准的要求，所以要达到稳定的出水标准，常需要采取化学除磷措施来满足要求。
化学除磷是通过化学沉析过程完成的，化学沉析是指通过向污水中投加无机金属盐药剂，其与污水中溶解性的盐类，如磷酸盐混合后，形成颗粒状、非溶解性的物质，这一过程涉及的是所谓的相转移过程，反应方程举例如式1。
实际上投加化学药剂后，污水中进行的不仅仅是沉析反应，同时还进行着化学絮凝反应，所以必须区分化学沉析和化学絮凝的差异。
FeCl3+K3PO4→FePO4↓+3KCl 式1污水沉析反应可以简单的理解为：水中溶解状的物质，大部分是离子状物质转换为非溶解、颗粒状形式的过程，絮凝则是细小的非溶解状的固体物互相粘结成较大形状的过程，所以絮凝不是相转移过程。
在污水净化工艺中，絮凝和沉析都是极为重要的，但絮凝是用于改善沉淀池的沉淀效果，而沉析则用于污水中溶解性磷的去除。
如果利用沉析工艺实现相的转换，则当向污水中投加了溶解性的金属盐药剂后，一方面溶解性的磷转换成为非溶解性的磷酸金属盐，也会同时产生非溶解性的氢氧化物(取决于PH值)。
另一方面，随着沉析物的增加及较小的非溶解性固体物聚积成较大的非溶解性固体物，使稳定的胶体脱稳，通过速度梯度或扩散过程使脱稳的胶体互相接触生成絮凝体。
最后通过固—液分离步骤，得到净化的污水和固一液浓缩物(化学污泥)，达到化学除磷的目的。
根据化学沉析反应的基础，为了生成磷酸盐化合物，用于化学除磷的化学药剂主要是金属盐药剂和氢氧化钙(熟石灰)。
许多高价金属离子药剂投加到污水中后，都会与污水中的溶解性磷离子结合生成难溶解性的化合物。
出于经济原因，用于磷沉析的金属盐药剂主要是Fe3+、Al3+和Fe2+盐和石灰。
这些药剂是以溶液和悬浮液状态使用的。
二价铁盐仅当污水中含有氧，能被氧化成三价铁盐时才能使用。
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离解磷微生物的方法一般是根据在以磷酸三钙为唯一磷源的平板上产生透明圈来确定。
一般来说要以该解磷微生物将要应用的实际环境作为筛选实验的条件，即在与应环境相同的温度，pH值，盐度等条件下培养解磷微生物，以解磷能力最强（一般以培养基中有效磷含量最高为标准）的菌株作为最优选择。
解磷微生物(PSM)包括细菌、真菌和放线菌。
目前报道的解磷细菌主要有芽胞杆菌属(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、埃希氏菌属(Escherichia)、欧文氏菌属(Erwinia)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、沙雷氏菌属(Serratia)、黄杆菌属(Flavobacterium )、肠细菌属(Enterbacter)、微球菌属(Micrococcus)、固氮菌属(Azotobacter)、沙门氏菌属(Salmonella)、色杆菌属(Chromobacterium)、产碱菌属(Alcali—genes)、节细菌属(Arthrobacter)、硫氧化硫功菌(Thiobacillus thivoxidans)和多硫杆菌属(Thiobacillus)等。
解磷真菌主要是青霉属(Penicillium)、曲霉属(Aspergillus)和根霉属(Rhizopus )。
而解磷放线菌则绝大部分为链霉菌属(Streptomyces)。
按分解底物可以将解磷微生物分为两类：一类是能够分解无机磷化合物的称为无机磷微生物(包括假单孢菌属的一些种，无色杆菌属的一些种，黄杆菌属的一些种以及氧化硫硫杆菌)：一类是具有分解有机磷化合物能力的称为有机磷微生物（包括芽孢杆菌属的一些种，变形菌属的一种，沙雷氏菌属的一些种）。
但由于解磷微生物解磷机理复杂，相当一部分的解磷既能分泌有机酸溶解无机磷盐，又能分泌磷酸酶物质分解有机磷（包括节杆菌属的一些种、链霉菌属的一些种），因而很难准确区分无机磷和有机磷微生物。
例如真菌无机磷培养基：蔗糖2g、葡萄糖2 g、NH4Cl 1.5g、KCl 0.3g、MgSO4 .7H2O 0.4g、NaCl 0.2g、磷酸钙20g，蒸馏水1000 mL，pH7.0。
细菌无机磷培养基：葡萄糖10g，硫酸铵0.5g，氯化钠0.3g，氯化钾0.3g，7水硫酸镁0.3g，磷酸钙5g，4水硫酸锰0.03g，7水硫酸亚铁0.03g，琼脂20g，蒸馏水1000mL，pH7.0-7.2。