光合細菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應用研究進展

摘 要：光合細菌是一種優(yōu)質(zhì)的有機肥，在農(nóng)業(yè)作物上施用具有獨特的功效，與其他微生物肥料相比，更具綜合效應。概述了光合細菌的性質(zhì)，同時對光合細菌在農(nóng)業(yè)中的作用以及在不同作物上的應用效果進行了介紹和展望。

關鍵詞：光合細菌；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；應用

中圖分類號 S182 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）04-26-03

由于農(nóng)業(yè)上大量使用無機肥料與化學農(nóng)藥，造成土壤殘留農(nóng)藥的毒害，土壤鹽化、板結(jié)嚴重，土壤肥力趨于衰竭；與此同時，隨著人們保健及環(huán)保意識的增強，人們對食品的要求不僅局限于數(shù)量和品種，更注重質(zhì)量。針對此種現(xiàn)狀，開發(fā)綠色食品是解決環(huán)境污染、保持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和提高城鄉(xiāng)人民生活質(zhì)量的根本途徑。生產(chǎn)綠色食品的關鍵是生產(chǎn)過程無污染，應避免農(nóng)藥、肥料等造成的環(huán)境內(nèi)部污染，應利用生物技術防治。光合細菌因其本身特有的生理生化性質(zhì)，使其既具有理論意義又具有實用價值，成為現(xiàn)代生物技術研究的熱點之一。

1 光合細菌的性質(zhì)

光合細菌（Photosynthetic Bacteria，簡稱PSB）是地球上最早出現(xiàn)、具有光能生物合成體系的原核生物[1]。光合細菌雖然個體極小，約為小球藻的5%左右，但卻是自然界中重要的微生物類群，它與其他光合生物一起構(gòu)成了自然界生態(tài)系統(tǒng)中的原始生產(chǎn)者。在厭氧光照條件下，光合細菌以氫或有機物為供氫體，固定二氧化碳進行光合作用，也利用低級脂肪酸、醇、醣類及某些芳香族化合物作碳源進行光合作用；同時光合細菌具有固氮、氧化分解硫化物和胺類等有毒物質(zhì)的生理生態(tài)特性。光合細菌在其所處環(huán)境的碳素循環(huán)和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化中起著重要作用，因此光合細菌在農(nóng)業(yè)上的應用已成為近年研究利用微生物資源的重要內(nèi)容[2-6]。

2 光合細菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用

光合細菌在改善植物營養(yǎng)、增加土壤肥力和抑制病原微生物生長等方面均有重要作用[7]。

2.1 增強作物的光合作用 光合細菌在有光照缺氧的環(huán)境中能進行光合作用，利用光能同化二氧化碳。這不僅為自身細胞生長提供了所需的碳源，而且通過食物鏈使這些碳源又被其它生物利用。同時光合細菌能刺激作物分泌氨基乙酰丙酸物質(zhì)，該物質(zhì)是合成葉綠素的必需成分，大量氨基乙酰丙酸物質(zhì)的形成促進了葉綠素的合成，增強了光合強度，提高了光合效率。而光合細菌所產(chǎn)生的許多促生長因子、維生素、輔酶Q和光合色素等，可激活植物細胞的活性，提高作物光合作用的能力。

2.2 提高作物的固氮能力 光合細菌有固氮能力，在固氮酶的催化作用下，能固定分子氮，生成氨。同時，光合細菌還能與其它根瘤菌聯(lián)合固氮。菌體分泌的胞外組分有益于微生物生長，對根瘤細菌有刺激作用，促進放線菌和固氮菌大量繁殖，固氮菌增多有利于產(chǎn)生更多的生理活性物質(zhì)，增強根系的固氮作用，增進土壤生物固氮，提高土壤肥力。因而在氮素循環(huán)中，光合細菌起橋梁作用。

2.3 促進花芽形成、果實膨大和作物早熟 光合細菌富含脯氨酸和尿嘧啶，這些物質(zhì)作用于作物的生殖生長期，能促進花芽形成，提高結(jié)實率，同時提高果實品質(zhì)；光合細菌所含類胡蘿卜素能使植物花、果實的顏色的色度相應增加；光合細菌大量繁殖使作物植株表面生態(tài)層中有益微生物的含量巨增，大量有益微生物的活動，改善土壤鹽化、板結(jié)，有利于根系發(fā)育，促使作物莖稈粗壯、根系發(fā)達、葉色濃綠；光合細菌的分泌物、代謝物和菌體分解產(chǎn)物能刺激作物根系對養(yǎng)分吸收，改善植物營養(yǎng)條件，促進生長，促進作物早熟。另外，光合細菌在黑暗條件下能分解許多有機化合物，促進土壤、肥料中某些養(yǎng)分有效化，從而在有機質(zhì)礦質(zhì)化過程中做出了貢獻，改善了土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分狀況。

2.4 提高作物抗毒、抗病能力 大量使用化肥和農(nóng)藥使土壤出現(xiàn)殘留毒性，抑制了根系的生長發(fā)育。光合細菌能有效降解或氧化土壤中的殘留農(nóng)藥、硫化氫和胺類等有毒化合物，對土壤起一定解毒作用，從而避免或減少上述毒物在農(nóng)作物中的積累，保證農(nóng)副產(chǎn)品的質(zhì)量。光合細菌的一些活性菌株還含有抗細菌、抗病毒的物質(zhì)，它在光照及黑暗條件下均有鈍化病毒致病的能力以及抑制病原菌的能力，可在一定程度上起到抗植物病害的作用。光合細菌還改變土壤中的微生物區(qū)系，使土壤中的固氮菌、放線菌、根瘤菌等增加，使土壤中的絲狀真菌減少，固氮菌的增殖能增進土壤生物固氮、增加土壤中生長刺激素和病菌抑制物的含量，放線菌的增多有利于土壤中抗菌素和激素類物質(zhì)的增加，有利于清除和防治由絲狀真菌引起的植物病害，對各種病害起一定的抑制作用。另外，光合細菌還能促進作物對各種養(yǎng)分的吸收，從而使植物體中各種必需元素的含量增加，這些必需元素是植物體中各種酶的激活劑，它們的增加能促進蛋白質(zhì)、纖維素等物質(zhì)的合成，從而能提高作物的產(chǎn)量和抗病能力。

3 光合細菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用

光合細菌具有獨特的特性，是一種新型的“藥+肥”型農(nóng)用生物制品[8-9]，對發(fā)展無公害生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義，應在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上大力提倡。

3.1 在蔬菜種植中的應用效果 近年來，光合細菌在蔬菜種植中得到廣泛應用。施用光合細菌菌肥不僅能夠促進植株生長，還能提高植物產(chǎn)量和品質(zhì)。謝修志等[10]在大田生產(chǎn)條件下研究光合細菌對葉類蔬菜上海青、黑葉白、小白菜、菜心、芥菜和生菜品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，光合細菌菌劑能顯著提高葉類蔬菜的可溶性糖和維生素C含量，降低對人體有害的硝酸鹽含量。谷軍等[11]的試驗表明：施用光合細菌菌肥（10mL/m2）使辣椒的平均株高增加10.5%，VC含量增加21%，產(chǎn)量增加24%；而在早春番茄上施用光合細菌菌肥（用量10mL/m2），株高比對照高11.4%，產(chǎn)量增加18.4%，果實硝酸鹽含量降低29%，維生素C含量增加35.4%，亞硝酸鹽含量降低78%；另外果實口感好，含水量低。陳克等[12]將光合細菌用于黃瓜試驗，結(jié)果PSB處理的大田黃瓜植株在株高、莖粗、株幅、葉數(shù)上分別比對照增大58.61%、38.27%、30.34%、29.57%。同時，PSB處理的黃瓜枯萎數(shù)少而座果數(shù)多。而在大棚黃瓜試驗中，PSB處理區(qū)的植株的莖粗、株幅、葉數(shù)分別比對照的大17.85%、7.57%、40.30%。夏清等[13]將光合細菌菌液噴施于甜椒，甜椒葉綠素a、b含量和葉綠素總量均明顯高于對照；50倍光合菌液處理平均光合速率比對照高82.1%，甜椒個數(shù)、產(chǎn)量分別比對照增產(chǎn)39.96%和133.26%，過氧化氫酶活性提高了l5.75倍，且經(jīng)光合菌液處理的甜椒色澤鮮艷濃綠而肉質(zhì)厚實，品質(zhì)優(yōu)良。另外，光合細菌菌液對早熟甘藍及油菜也有明顯的增產(chǎn)作用，使早熟甘藍及油菜分別增產(chǎn)12.64%～31.49%和22.95%～48.43%[14]，彭智平[15]在菜心上噴灑光合菌劑，發(fā)現(xiàn)光合菌劑具有提高菜心品質(zhì)的效果，維生素C和可溶糖含量增加15.5%和17.7%，菜心硝酸鹽含量降低7.85%。

3.2 在大田作物種植中的應用效果 光合細菌不僅在蔬菜種植中應用廣泛，在大田作物中的研究也屢見報道。光合細菌是水稻等作物根際有效的聯(lián)合固氮菌群[16]，能促進水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量的增加。施用PSB菌劑可提高水稻葉綠素含量0.05%，使水稻增產(chǎn)10.3%[17]。王秋菊等[18]采用不同濃度的光合細菌（PSB）菌液對龍慶稻1號水稻種子做浸種處理，研究其對水稻種子萌發(fā)的影響。結(jié)果表明：100倍光合細菌稀釋液可提高種子的發(fā)芽率，并且適當濃度的PSB處理會提高水稻種子萌發(fā)過程中淀粉酶活性和可溶性蛋白含量，降低丙二醛的含量，對細胞膜具有一定的保護和修復作用，改善水稻種子的生理生化代謝。同時光合細菌能促進稻田土壤微生物的增加，施用光合細菌與無機氮肥相比，明顯地促進土壤細菌和放線菌的增殖。據(jù)檢測，每1g土壤細菌總數(shù)比對照增加1.8×107個，放線菌增加1.1×106個，固氮菌增加1.9×l05個[19-20]。

吳小平等[21]將光合細菌用于大豆種植中，結(jié)果噴施光合細菌可促進大豆對土壤養(yǎng)分的吸收，收獲時土壤中的有機質(zhì)、全N、全K、速N、速P、速K的含量和CEC值分別減少17.71%、26.12%、6.17%、16.67%、3.42%、14.28%和23.95%，而大豆植株養(yǎng)分中的氧化鉀、全氮、五氧化二磷、粗蛋白質(zhì)分別增加1.55%、14.12%、9.33%、17.79%，另外光合細菌能使大豆增產(chǎn)52.2%，葉綠素含量比對照增加25.8%，還能增加大豆的蛋白質(zhì)及氨基酸含量。

PSB菌劑對玉米亦有明顯的肥效。施用PSB菌劑的不同制劑可使玉米葉綠素含量提高（0.03±0.01）%，光合作用強度增加18.0%～99.7%，根際土提高3.6%～52.0%。葉綠素含量的增加有利于提高葉片的光合能力和干物質(zhì)積累，而根際固氮活力的提高則可增加其根際養(yǎng)分的生物有效性和提高土壤肥力。結(jié)果表明，大田玉米產(chǎn)量增產(chǎn)（10.3±2.6）%。盆栽玉米單菌培養(yǎng)物有22.2%的菌株具有顯著增產(chǎn)效果[17]。

3.3 在其他作物種植中的應用效果 光合細菌在一些果樹和經(jīng)濟作物種植中也有明顯的效果。侯萬發(fā)等[22]以光合細菌灌根加葉面噴施方式來處理草莓，結(jié)果PSB處理的草莓植株比對照提前7d成熟，平均產(chǎn)量8.25kg/667m2，比對照7.5kg / 667m2增產(chǎn)10%。

史清亮等[17]將稀土化合物引入到PSB制劑中，在葡萄上施用也取得了明顯效果，其中坐果率提高0.1%～1.3%，穗果重增加1.7%～7.9%，百果重增加2.5%～3.4%。果實可溶性固形物含量提高0.65%。

煙草施用光合細菌后，植株重、根重顯著增加，增產(chǎn)13.6%。光合細菌同時還影響煙草的生理特性，使煙草提早現(xiàn)蕾。光合細菌能誘導煙草產(chǎn)生抗病毒感染的活性，噴灑光合細菌3次后接種煙草花葉病毒，以后每隔2d噴灑1次，連續(xù)噴7次。結(jié)果對照組8d后出現(xiàn)病癥，光合細菌處理組10d后才出現(xiàn)病癥，且病癥比較輕微。在噴灑光合細菌的情況下，病毒造成的干物質(zhì)積累量減少3.4%；而未噴灑光合細菌時，病毒造成的干物質(zhì)積累量減少了22%[20]。

3.4 其他作用 光合細菌起到增產(chǎn)增收作用的同時，還在降解農(nóng)藥殘留及蔬菜保存中發(fā)揮著作用。楊紹斌等[23]研究了復合光合細菌對農(nóng)藥的降解效果，結(jié)果表明，不同濃度的復合光合細菌均能有效降解棚菜殺蟲劑。同時復合光合細菌對降解百菌清也有較好的效果，當噴灑復合光合細菌濃度為1×104個/mL時效果最佳，大腸桿菌生長旺盛，說明洗脫液中的農(nóng)藥被有效地降解了。白紅娟[24]研究了不同理化因素對光合細菌球形紅細菌提高鉛、鎘和呋喃丹復合污染土壤酶活性的影響。結(jié)果表明，在最佳條件下，過氧化氫酶和脲酶的活性分別相對提高3.17%和53.26%。為光合細菌修復重金屬及農(nóng)藥土壤污染的推廣應用提供實驗依據(jù)。谷軍等[11]研究了光合細菌菌肥對保存蔬菜中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的影響，結(jié)果存放于4℃冰箱中20d的番茄取出后，發(fā)現(xiàn)對照組果實樣品全部腐爛，而施以光合細菌肥料組未見腐爛果?？梢姽夂霞毦柿嫌醒娱L保存期的作用。

4 結(jié)論

光合細菌是一種優(yōu)質(zhì)的有機肥，在農(nóng)業(yè)作物上施用具有其獨特功效，與其他微生物肥料相比，更具綜合效應，其作為微生物肥料在農(nóng)業(yè)上將有廣闊的發(fā)展前景。

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（責編：徐世紅）