不良環(huán)境解磷微生物研究進(jìn)展

王雪酈，張芮瑞，周少奇，邱樹毅

(1.貴州大學(xué) 貴州省發(fā)酵工程與生物制藥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025；2.貴州大學(xué) 釀酒與食品工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025；3.貴州大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；4.貴州科學(xué)院，貴州 貴陽 550001)

磷作為第二大重要的植物營養(yǎng)元素，在植物的細(xì)胞分裂、能量轉(zhuǎn)移、信號傳導(dǎo)、核酸合成以及光合作用等過程中發(fā)揮著重要作用[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國缺磷土壤面積已占總耕地面積的2/3以上，土壤中有效磷平均含量僅有0.1%，嚴(yán)重影響植物生長和作物產(chǎn)量[3-4]。磷肥雖在一定程度上滿足了作物生長對磷元素的需求，卻易因養(yǎng)分流失出現(xiàn)肥效下降、土壤養(yǎng)分比例失調(diào)、土壤板結(jié)及退化等問題[5]。事實(shí)上，磷素的循環(huán)受多種因素影響，其中，解磷微生物(Phosphate solubilizing microorganism，PSM)的作用能加速土壤中難溶性磷酸鹽的轉(zhuǎn)化。因此，利用PSM制備土壤改良劑、生物肥料等，不僅能提高土壤有效磷的利用率、增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，還能有效減少磷素的流失[6]。目前，部分分離自土壤的PSM已投入實(shí)際應(yīng)用，且效果顯著。如洋蔥伯克霍爾德菌(Burkholderiacepacia)作為生物肥料可以顯著提高番茄、馬鈴薯、洋蔥等作物的產(chǎn)量[7]；巴西青霉菌(Penicilliumbilaii)對小麥等谷物類作物促生長作用明顯，能有效減少化學(xué)磷肥的施加[8]。

李露莉等[9-12]，以貴州磷化工企業(yè)加工過程中產(chǎn)生的中、低品位磷礦和尾礦渣為研究對象，借助PSM對難溶性磷的轉(zhuǎn)化作用，提高中、低品位磷礦和尾礦渣的綜合利用率。最初，從磷礦區(qū)土壤中篩選分離出1株黑曲霉(Aspergillusniger)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該菌株對磷礦粉具有較好的解磷性能。此后陸續(xù)從磷礦區(qū)土壤中篩選分離得到普城沙雷氏菌(Serratiaplymuthica)、嗜麥芽窄食單胞菌(Stenotrophomonasmaltophilia)、泡囊短波單胞菌(Brevundimonasvesicularis)3株解磷細(xì)菌(Phosphate solubilizing bacteria，PSB)[13-14]，將其制成復(fù)合菌液后應(yīng)用于好氧堆肥發(fā)酵工藝，最終制得符合NY 525—2012的有機(jī)肥產(chǎn)品。然而，在好氧堆肥發(fā)酵階段發(fā)現(xiàn)，復(fù)合菌液在高溫堆肥過程中，因受高溫環(huán)境的脅迫作用，其解磷能力并不理想。這一現(xiàn)象在KHAN等[15]的研究中也曾提到，地球上的環(huán)境條件變化多端，PSM的生長代謝常受到諸如溫度、pH值、環(huán)境壓力[1]等因子的脅迫作用。環(huán)境因子的變化一方面可能引起PSM發(fā)生正向反饋，加速難溶性磷的轉(zhuǎn)化，另一方面PSM可能為維持自身穩(wěn)定發(fā)生負(fù)向反饋。雖然目前已經(jīng)從各類環(huán)境中分離篩選得到大量PSM，但絕大部分都只能適用于常規(guī)的生態(tài)環(huán)境，而對于不良環(huán)境下PSM的相關(guān)表征報(bào)道較少。所以，當(dāng)前面臨的真正難題是挖掘一類可以在極端生態(tài)系統(tǒng)下仍能解磷，并具有顯著促植物生長活性的新型PSM，以解決不良土壤環(huán)境中的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及環(huán)境維護(hù)等問題。不良環(huán)境PSM能突破各種不良環(huán)境因素的限制，實(shí)現(xiàn)難溶性磷的有效轉(zhuǎn)化。基于上述理論，國內(nèi)外學(xué)者就不良環(huán)境PSM展開研究，通過自然環(huán)境的優(yōu)勝劣汰原則或人造環(huán)境的選擇進(jìn)化作用，篩選分離出能在特定不良環(huán)境下生長的PSM。本研究重點(diǎn)闡述耐寒、耐高溫、耐鹽PSM的研究現(xiàn)狀，分析PSM在熱帶地區(qū)、高寒地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、在鹽堿地區(qū)土壤修復(fù)中的研究情況，及多種特定環(huán)境PSM的研究現(xiàn)狀，就不良環(huán)境PSM的未來研究方向進(jìn)行展望。

1 典型不良環(huán)境PSM的種類

1.1 耐寒PSM

耐寒PSM，即在低溫環(huán)境下仍能保持較高解磷性能的微生物。在世界上的許多山區(qū)，常年的低溫環(huán)境嚴(yán)重限制了土壤肥力的發(fā)揮，研究耐寒PSM目的之一是選擇合適的生物接種劑，用于高海拔山區(qū)的土壤，耐寒PSM的應(yīng)用能為常年處于低溫的土壤提供更多的有效磷，促進(jìn)作物生長。由于我國以亞熱帶、溫帶氣候?yàn)橹?，少有高寒地區(qū)，故國內(nèi)有關(guān)耐寒PSM的研究鮮有報(bào)道，而國外耐寒PSM的研究主要集中在印度喜馬拉雅地區(qū)和安第斯山脈等高寒山區(qū)。早在20世紀(jì)90年代中后期MISHRA等[16]通過1-甲基-3-硝基-1-亞硝基胍(NTG)對3株熒光假單胞菌(Pseudomonasfluorescens)GRS1、PRS9和ATCC13525進(jìn)行誘變，得到其對應(yīng)的耐寒突變體。DAS等[17]證實(shí)，上述耐寒突變體在10 ℃時(shí)解磷活力維持在較高水平，且解磷能力均高于各自對應(yīng)的野生型。TRIVEDI等[18]對從印度喜馬拉雅地區(qū)玉米根際土壤中分離出的波狀假單胞菌(Pseudomonascorrugata)進(jìn)行亞硝基胍誘變，在115個(gè)突變體中得到2株具有較高解磷能力的耐寒突變體，并證明其在4～28 ℃下?lián)碛辛己玫慕饬啄芰?，最適生長溫度為21 ℃。上述研究表明，通過傳統(tǒng)誘變技術(shù)處理PSM，所得突變菌株可顯著改善植物在較低溫度下對土壤磷酸鹽的利用，但是從商業(yè)菌種的生產(chǎn)角度出發(fā)，既要考慮菌株的解磷能力，還要考慮菌株的遺傳穩(wěn)定性，所以大部分學(xué)者仍采用保守的自然進(jìn)化方法從原始環(huán)境中篩選耐寒PSM。

迄今從高山及亞高山地區(qū)的天然土壤中分離出來的耐寒PSB主要包括熒光假單胞菌、惡臭假單胞菌(Pseudomonasputida)、盧氏假單胞菌(Pseudomonaslurida)等假單胞菌屬和枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)、巨大芽孢桿菌(Bacillusmegaterium)等芽孢桿菌屬[15,19]。此外還存在個(gè)別其他菌屬的耐寒PSM，如SELVAKUMAR等[20]對從喜馬拉雅地區(qū)分離得到的分散泛菌(Pantoeadispersa)的研究表明，該菌能顯著提高小麥幼苗的發(fā)芽率、植物生物量和營養(yǎng)攝取量。

耐寒解磷真菌(Phosphate solubilizing fungus，PSF)方面，據(jù)早期相關(guān)報(bào)道，學(xué)者們先后從印度喜馬拉雅地區(qū)和北極等地區(qū)的土壤中分離得到產(chǎn)磷酸酶的耐寒PSF，主要包括曲霉菌(Aspergillus)、青霉菌(Penicillium)、鐮刀真菌(Fusarium)及脈孢菌(Neurospora)等。 2008年，PANDEY等[21]從印度喜馬拉雅地區(qū)土壤中分離得到的246株真菌中，發(fā)現(xiàn)8種青霉菌屬耐寒PSF。其中，桔青霉(Penicilliumcitrinum)等對溫度、pH值及鹽含量表現(xiàn)出較為廣泛的耐受性，該團(tuán)隊(duì)后續(xù)從印度喜馬拉雅地區(qū)不同酸性土壤中分離出10種耐寒解磷的曲霉菌種，分別研究其在9、14、21、28 ℃條件下的溶磷情況，結(jié)論表明，黑曲霉的解磷性能最優(yōu)[22]。隨后，黑曲霉在難溶性磷轉(zhuǎn)化方面的貢獻(xiàn)度也得到SINGH等[23]的進(jìn)一步證實(shí)。而RINU等[24]發(fā)現(xiàn)，黑曲霉、灰綠曲霉(Aspergillusglaucus)及聚多曲霉(Aspergillussydowii)除了能溶解磷酸鈣外，還能溶解磷酸鋁及磷酸鐵，其中，以黑曲霉的溶磷效率最佳。于是，在一段時(shí)間里大部分耐寒PSF的研究重點(diǎn)是溶磷效果最佳的黑曲霉，而對于在低溫環(huán)境下解磷活性較低但卻能實(shí)現(xiàn)持續(xù)解磷的真菌關(guān)注較少。有研究證明，黑曲霉在14 ℃下對磷酸三鈣(TCP)的溶解量最高可達(dá)1 394 μg/mL，而從第35天開始其解磷能力逐漸下降；相反,灰綠曲霉在同等條件下雖最高解磷量不及前者，但直至第42天其解磷量仍呈上升趨勢，說明其持續(xù)解磷作用時(shí)間明顯長于前者。黑曲霉是目前報(bào)道中所提及的最優(yōu)耐寒PSM，但考慮到低溫生態(tài)系統(tǒng)的特殊性，因此，諸如灰綠曲霉等此類能實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境持續(xù)解磷的耐寒PSM同樣值得關(guān)注?，F(xiàn)分離篩選所得的耐寒PSF已取得了良好的應(yīng)用成果，如我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所從吉林省延吉市安圖縣大豆根瘤中，分離得到了耐寒解磷固氮微生物——中華根瘤菌ATHC，并利用其制備固態(tài)生物菌劑應(yīng)用于大豆的溫室盆栽及田間小區(qū)試驗(yàn)，結(jié)果表明，該菌劑能增加供試大豆根系結(jié)瘤數(shù)量，提高大豆地下部與地上部生物量，顯著增加供試大豆產(chǎn)量[25]。

現(xiàn)階段，對于耐寒PSF的研究不僅停留在特定環(huán)境中PSF的篩選及解磷性能方面，還有學(xué)者就耐寒PSF的作用機(jī)制進(jìn)行探索。GAWAS-SAKHALKAR等[26]從北極土壤中分離得到56株真菌，其中9株為耐寒PSF。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)控耐寒PSF實(shí)現(xiàn)低溫解磷性能的是以細(xì)胞內(nèi)酸性磷酸酶為主的磷酸酶，以桔青霉PG162產(chǎn)細(xì)胞內(nèi)酸性磷酸酶最優(yōu)。磷酸酶的分泌對PSM的解磷作用有直接影響，所以不僅是針對耐寒PSF，就整個(gè)耐寒PSM而言，就其體內(nèi)發(fā)生的酶促反應(yīng)類型以及互作機(jī)制進(jìn)行研究，對寒冷環(huán)境下解磷機(jī)制的闡述有著重要意義。

1.2 耐高溫PSM

在夏季土壤溫度高達(dá)50 ℃的熱帶地區(qū)，普通常溫PSM易因酶變性導(dǎo)致新陳代謝變緩，當(dāng)超過一定高溫時(shí)，甚至可直接使微生物組織結(jié)構(gòu)損壞，所以迫切需要開發(fā)能適應(yīng)高溫條件的PSM。耐高溫PSM是研究較早的不良環(huán)境PSM，GAIND等[27]于1991年從高達(dá)45 ℃的高溫環(huán)境中篩選出枯草芽孢桿菌、環(huán)狀芽孢桿菌(Bacilluscirculans)及黑曲霉3株具有良好解磷性能的菌株，并在以綠豆為研究對象的生物試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌促生效果最優(yōu)。隨后MAHESWAR等[28]就耐高溫PSM蠟狀芽孢桿菌(Bacilluscereus)和枯草芽孢桿菌的最適生長溫度進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，上述菌株在30～45 ℃具有較高的解磷活力。CHANG等[29]從堆肥原料中分離出3株耐高溫PSM，其中，作為優(yōu)勢菌群的斯密氏芽孢桿菌(Bacillussmithii)具有最優(yōu)的解磷性能，3株耐高溫PSM的解磷能力由高到低依次是斯密氏芽孢桿菌、凝結(jié)芽孢桿菌(Bacilluscoagulans)、地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)。

耐高溫PSM在我國主要應(yīng)用于高溫堆肥，將篩選馴化后制成的耐高溫菌劑接種于含磷固體廢棄物的好氧堆肥中，借助高溫PSM等多種微生物的降解作用促使堆肥快速腐熟，實(shí)現(xiàn)含磷固體廢棄物的資源化利用。既在一定程度上緩解我國磷肥資源緊缺以及環(huán)境污染和生態(tài)破壞的壓力，又達(dá)到生物資源回收利用和可持續(xù)發(fā)展的目的。張芮瑞等[30]從白酒酒糟堆肥樣品中分離得到5株耐高溫PSM，包含2株耐高溫PSB和3株耐高溫PSF，均能耐受35～60 ℃的高溫，且50 ℃下解磷性能最佳。李鳴曉等[31]從堆肥環(huán)境中篩選并馴化得到5株耐高溫PSM，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，其適宜生長溫度為40～50 ℃。魏自民等[32]在此基礎(chǔ)上對其解磷性能進(jìn)行驗(yàn)證，研究發(fā)現(xiàn)，高溫條件下肥料中有效磷含量有所增加，證明上述耐高溫PSM對高溫環(huán)境具有正向反饋?zhàn)饔?。楊天學(xué)等[33]從添加磷礦粉的高溫堆肥樣品中分離篩選到2株具有較高解無機(jī)磷性能的耐高溫PSM，分別為軟化芽孢桿菌(Bacillusmacerans)和巨大芽孢桿菌。目前研究所分離得到的耐高溫PSM多以芽孢桿菌屬的細(xì)菌為主，這可能與該類菌酶系統(tǒng)能夠耐受較高溫度的能力有關(guān)。符玲[34]從農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥中篩選到1株畢赤酵母(Pichiafarinosa)，其可在45 ℃高溫條件下實(shí)現(xiàn)對難溶性磷的轉(zhuǎn)化?；谖⑸飬f(xié)同作用機(jī)制的考慮，趙霞[35]選取解磷能力較強(qiáng)的3株耐高溫PSM(P3、P4、P5)，將其按不同比例混合制成復(fù)合菌劑，在相同條件下復(fù)合菌劑的最高解磷量為257.93 μg/mL，顯著高于各單株菌的解磷能力。在實(shí)際應(yīng)用中，優(yōu)勢微生物的最適生長溫度變化差異較大，將耐受不同溫度的耐高溫PSM經(jīng)復(fù)配后制成復(fù)合菌劑，既能夠保證環(huán)境中有穩(wěn)定的有效磷，又可以為高溫堆肥以及新產(chǎn)品的研發(fā)起到促進(jìn)作用。

1.3 耐鹽PSM

全世界范圍內(nèi)，土壤含鹽量均是限制作物生長最主要的非生物脅迫因素之一[36]。我國的土壤鹽堿化問題也極為突出，國內(nèi)各類鹽堿化土壤總面積多達(dá)9 900萬hm2[37]，開發(fā)利用鹽堿土壤對我國農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。傳統(tǒng)治理手段包括物理排堿法或化學(xué)改堿法，效果均不理想，但若利用耐鹽PSM的產(chǎn)酸解磷機(jī)制，不僅可降低鹽堿土壤pH值，還能提高其有效磷含量。所以，為進(jìn)一步提高鹽堿土壤的改良效果，促進(jìn)鹽堿地植被生長，達(dá)到改善鹽堿地生態(tài)環(huán)境的目的，迫切需要對高效耐鹽PSM進(jìn)行研究。

RES等[38]從土壤樣品中分離篩選出1株枯草芽孢桿菌，該菌可耐受高達(dá)2.2%的NaCl，且在含鹽土壤中促玉米生長作用明顯。SONI等[39]從含鹽土壤中分離出84株耐鹽菌株，其中巨大芽孢桿菌A12ag在鹽含量達(dá)到60 mmol/L時(shí)還能顯著提高番茄種子的發(fā)芽率，田間試驗(yàn)證明，其對番茄促生作用顯著。

劉長霞等[40]從海濱鹽堿土壤中篩選出4株耐鹽解無機(jī)磷真菌，發(fā)現(xiàn)PSF的生物量和解磷能力隨NaCl含量的增加呈下降趨勢。李學(xué)平等[41]也得出相似結(jié)論，塔濱曲霉菌(Aspergillustubingensis)解磷能力隨發(fā)酵液鹽含量的升高而降低，說明耐鹽PSM在NaCl含量到某一閾值后出現(xiàn)了負(fù)向反饋?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)表明，大量耐鹽PSM對NaCl含量的耐受能力處于2%～10%，少量耐鹽PSM耐受能力高于10%，如范延輝等[42]從黃河三角洲鹽堿土壤中分離得到的草酸青霉(Penicilliumoxalicum)，最高可耐受12.5%的NaCl，ZHU等[43]從中國東海岸大橋鹽湖沉積物中分離出的1株鹽單胞菌科的Kushneriasp.，最高可耐受20%的NaCl。上述菌株可作為耐鹽PSM或作為可用于鹽堿地區(qū)生物肥料的潛在菌源。

耐鹽PSM在低鹽脅迫下發(fā)揮溶磷能力，向處于低鹽抑制環(huán)境中的植物提供有效磷，有效促進(jìn)鹽堿化土壤的增肥及修復(fù)，提高鹽堿障礙耕地作物產(chǎn)量。如黃渤海平原部分鹽堿地區(qū)已將某些耐鹽PSM制成微生物菌劑或微生物化肥投入鹽堿地的改善治理中，并已取得良好效果。然而，通過文獻(xiàn)對比分析發(fā)現(xiàn)，大量耐鹽PSM的研究多采用NaCl作為限制因子，僅少量研究選用CaCl2作為限制因子。實(shí)際上，PSM對上述兩者的耐受能力差異較大，如陸洪省等[44]研究發(fā)現(xiàn)，芽孢桿菌SKDJP-1對NaCl耐受能力為3%～5%，但對CaCl2的耐受能力僅為1%左右。此外，不同種類耐鹽PSM的解磷能力及其對鹽堿條件的耐受能力存在較大差異，所以鹽堿土壤的其他條件(如有機(jī)質(zhì)的含量、不同鹽堿土的鹽分構(gòu)成等)對耐鹽PSM的影響，以及耐鹽PSM對鹽堿地區(qū)植物的促生機(jī)制和耐鹽PSM的代謝調(diào)控機(jī)制值得關(guān)注和研究。

2 不良環(huán)境PSM的研究熱點(diǎn)

2.1 分離篩選

結(jié)合張芮瑞等[30]高溫PSM的篩選工作，得出不良環(huán)境PSM的常規(guī)分離篩選策略，即先從特定的自然環(huán)境或人為環(huán)境中選取合適的待分離樣品(常為土壤樣品)，常用的篩選方法是在缺磷的合成培養(yǎng)基中加入控制磷源，初步分離出不同的不良環(huán)境PSM。由于磷可大致分為無機(jī)磷和有機(jī)磷，所以分離解無機(jī)磷微生物時(shí)常選擇TCP或磷礦粉(也有部分研究選擇磷酸鋁以及磷酸鐵)為控制磷源，而分離解有機(jī)磷微生物時(shí)通常選擇卵磷脂為控制磷源。通過選擇培養(yǎng)基初篩出具有一定解磷、溶磷能力的菌株，再經(jīng)多次復(fù)篩純化后即可得到PSM菌株，最后按照常規(guī)的形態(tài)學(xué)、分子生物學(xué)方法對菌株進(jìn)行種屬的鑒定及命名。

近期筆者以醬香型白酒丟糟和磷尾礦粉為主要原料進(jìn)行好氧堆肥，分別從45、50、55 ℃堆肥樣品中篩選出耐高溫PSM。但在耐高溫PSM篩選過程中發(fā)現(xiàn)，PSM固態(tài)培養(yǎng)時(shí)溶磷圈的大小與自身解磷能力并無顯著關(guān)系，該結(jié)論與郭藝鵬[45]的試驗(yàn)結(jié)論相似(圖1)。D/d(溶磷圈直徑/菌落直徑)值最大的P12菌株總解磷量并非最高，相反D/d值最小的P7菌株解磷量最高，達(dá)到349.10 mg/L。甚至有研究表明，許多分離菌株在固體培養(yǎng)基上不產(chǎn)生任何可見的透明圈，但仍可溶解液體培養(yǎng)基中的難溶性磷源[15]。由此說明，在不良環(huán)境PSM篩選過程中，不能僅通過固態(tài)溶磷圈的大小或有無作為判斷PSM解磷能力高低。

圖1 PSM P1—P20菌株的解磷能力

目前，有關(guān)不良環(huán)境PSM新菌種的分離篩選研究主要集中在待分離對象的差異性方面，選取特定環(huán)境中具有代表性的不同樣品，從中篩選出更多新的高效不良環(huán)境PSM。然而，現(xiàn)階段通過自然篩選的菌種可能在解磷量等特性方面仍然不夠理想，為了獲得新的高質(zhì)PSM資源，可考慮常壓室溫等離子體誘變(ARTP)等新興技術(shù)，ARTP技術(shù)克服了傳統(tǒng)誘變技術(shù)的諸多弊端，具有成本低、操作方便，能有效造成DNA多樣性的損傷、突變率高，并易獲得遺傳穩(wěn)定性良好的突變株等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)目前在某些領(lǐng)域的微生物、植物甚至動(dòng)物方面的誘變育種中已經(jīng)取得了良好成效，利用ARTP技術(shù)已經(jīng)成功選育了包括高產(chǎn)頭孢菌素C的突變株[46]以及耐高溫性能的釀酒酵母[47]在內(nèi)的諸多工業(yè)微生物生產(chǎn)菌，但該技術(shù)在不良環(huán)境PSM篩選方面的應(yīng)用目前暫無報(bào)道。

2.2 解磷機(jī)制

不良環(huán)境PSM種類繁多，解磷機(jī)制不盡相同且較為復(fù)雜，而從現(xiàn)有報(bào)道來看，針對不良環(huán)境PSM解磷機(jī)制的研究尚淺。以普適PSM解磷機(jī)制的相關(guān)研究內(nèi)容整理如表1。

表1 PSM解磷及作用機(jī)制

目前，大量解磷機(jī)制的研究都集中圍繞其中1～2種機(jī)制來進(jìn)行，且多采用較為傳統(tǒng)的分析手段，研究還不夠全面，不能完整反映微生物的解磷機(jī)制。對于大家公認(rèn)的有機(jī)酸解磷機(jī)制，在涉及不同菌株的相關(guān)試驗(yàn)時(shí)仍存在有尚未研究清楚的結(jié)論，如YADAV等[55]曾利用HPLC分析PSM菌株BISR-HY65發(fā)酵上清液中的有機(jī)酸，研究發(fā)現(xiàn)，除早前已有報(bào)道的檸檬酸、葡萄糖酸、蘋果酸和甲酸外，還存在3種未知酸，而這些未知酸可能與該菌株的難溶性無機(jī)磷增溶有關(guān)。由此可見，不同的PSM菌株產(chǎn)酸解磷機(jī)制各有差異，后續(xù)應(yīng)做大量的類比研究，探究其中規(guī)律或建立相應(yīng)的產(chǎn)酸數(shù)據(jù)庫。

現(xiàn)階段對于不良環(huán)境PSM解磷機(jī)制的研究熱點(diǎn)仍集中于闡述各自與解磷相關(guān)的功能產(chǎn)物和代謝途徑，還未能將不同種類的解磷機(jī)制進(jìn)行對照研究。實(shí)際上，研究各類不良環(huán)境PSM作用機(jī)制的異同點(diǎn)，能為新型不良環(huán)境PSM的挖掘或構(gòu)建提供思路。

2.3 微生物間相互作用

李阜棣[56]曾提到外源微生物介入土壤必須經(jīng)過與土著微生物生態(tài)位的競爭(包括氧氣、空間等)，才能在根際定殖并發(fā)揮作用。PSM作為外來添加的菌株，將與土壤環(huán)境中的土著微生物群落及其他外來微生物群落(如解鉀、固氮微生物)發(fā)生諸如共生、寄生、拮抗等作用，可能會導(dǎo)致原始的微生態(tài)環(huán)境和微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，而不同的微生物群落結(jié)構(gòu)將會對溶磷過程產(chǎn)生間接影響，如微生物群落組成的變化會導(dǎo)致微生物代謝產(chǎn)物有機(jī)酸的類型和數(shù)量發(fā)生變化，從而引起正向或負(fù)向的反饋?zhàn)饔?。所以在研究不良環(huán)境PSM相互作用時(shí)，一定要重視其與整個(gè)生態(tài)環(huán)境的關(guān)系?，F(xiàn)階段的研究一般分別從土壤生物化學(xué)、微生物生理生化和基因表達(dá)的不同層面出發(fā)，對菌株間相互作用的具體過程以及作用機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)研究。PANDEY等[19]將熒光假單胞菌B0應(yīng)用于玉米，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，玉米植株生長量增長明顯，根際的細(xì)菌數(shù)量也顯著提升，但根際真菌數(shù)量卻受到明顯抑制，對微生物間相互作用的深入研究，可以進(jìn)一步提高PSM的實(shí)際應(yīng)用效果。張林[57]曾研究過叢枝菌根真菌(Arbuscularmycorrhizae,AM)與PSB的相互作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)AM菌絲分泌物可提高PSB分泌的磷酸酶活性，從而增強(qiáng)PSB活化有機(jī)磷的能力，而PSB又可以增強(qiáng)AM根外菌絲吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)無機(jī)磷的能力，兩者間呈現(xiàn)互利的協(xié)同關(guān)系。研究還發(fā)現(xiàn)，添加適量的無機(jī)磷甚至可以調(diào)節(jié)AM真菌、PSB間的互作關(guān)系，因此可通過調(diào)控農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中土著AM真菌來提高土壤有機(jī)磷的利用效率。

深入研究不良環(huán)境PSM與土著微生物間的相互作用及其機(jī)制，能進(jìn)一步提高不良環(huán)境PSM對土壤中難溶性磷的轉(zhuǎn)化率，有助于定向優(yōu)化不良環(huán)境PSM的性能及適用條件，有利于新型復(fù)合PSM的研制和開發(fā)。

3 展望

本研究以耐寒、耐高溫、耐鹽PSM為代表，就不良環(huán)境PSM的研究策略到實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述，證實(shí)了PSM在各類不良環(huán)境中的貢獻(xiàn)度，如促進(jìn)高寒等氣候惡劣地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展，以及修復(fù)鹽堿地生態(tài)環(huán)境等。實(shí)際上，除上述的3種不良環(huán)境PSM外，還存在耐旱、耐高壓等不良環(huán)境PSM，以及能同時(shí)耐受多種不良環(huán)境脅迫的多功能不良環(huán)境PSM。如越南伯克霍爾德氏菌(Burkholderiavietnamiensis)能同時(shí)耐受包括低溫、高鹽在內(nèi)的環(huán)境脅迫因素，再如王聰?shù)萚58]從西沙喜鹽草根際沉積物中篩選到的星箭頭菌(Burkholderiavietnamiensis)和海洋芽孢桿菌是同時(shí)具有抗高鹽、耐強(qiáng)堿能力的固氮解磷功能菌。因多功能不良環(huán)境PSM具有適用范圍廣、使用便捷等優(yōu)點(diǎn)，所以其研究將有助于混合微生物菌劑的研制，確保不良環(huán)境PSM在復(fù)雜多變的土壤環(huán)境中仍具有較高的磷轉(zhuǎn)化能力。因此，加強(qiáng)多功能不良環(huán)境PSM的研究具有實(shí)際意義。

目前，有關(guān)不良環(huán)境PSM的研究主要側(cè)重在微生物的分離篩選方面，研究深度僅限于解磷性能的分析、田間試驗(yàn)的應(yīng)用等。但是，欲提高特定環(huán)境下微生物對難溶性磷的轉(zhuǎn)化，需要挖掘出更多更高效的PSM，對解磷機(jī)制有更為全面的闡述。而就解磷機(jī)制的研究可以從基本生物學(xué)過程與代謝途徑、功能蛋白、解磷基因等多個(gè)層面相結(jié)合，共同探索不良環(huán)境PSM的環(huán)境適應(yīng)機(jī)制。筆者擬設(shè)計(jì)采用宏轉(zhuǎn)錄組技術(shù)(MT)分析不同條件下(如高溫、常溫)PSM中顯著上調(diào)或下調(diào)的基因，并通過GO(Gene ontology)對其進(jìn)行功能注釋，利用群體感應(yīng)(QS)分析揭示該環(huán)境下PSM群體效應(yīng)的調(diào)控機(jī)制。此后將宏轉(zhuǎn)錄組技術(shù)與宏基因組(MG)數(shù)據(jù)結(jié)合，通過標(biāo)準(zhǔn)豐度(RPKM)進(jìn)行物種、功能比較，利用MT/MG比值分析相對轉(zhuǎn)錄活性，探究PSM與環(huán)境的互作機(jī)制。甚至可將轉(zhuǎn)錄組和代謝組聯(lián)合分析，從大量轉(zhuǎn)錄組信息中發(fā)掘差異基因，快速判斷核心調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和關(guān)鍵候選基因，明確轉(zhuǎn)錄因子功能，闡述PSM響應(yīng)非生物脅迫的應(yīng)答機(jī)制，最終可在機(jī)制的研究基礎(chǔ)上選擇解磷基因，進(jìn)行以應(yīng)用為導(dǎo)向的理論研究和分子改造，將不良環(huán)境PSM的促解磷基因轉(zhuǎn)入大腸桿菌、酵母菌等模式生物中，構(gòu)建得到相應(yīng)表型的生物體，使宿主解磷性能增強(qiáng)的同時(shí)，加快難溶性磷的轉(zhuǎn)化速度，雖然這部分在常溫PSM黑曲霉方面已有相關(guān)報(bào)道[59]，但在模式菌株中的表達(dá)效果并不理想，需要進(jìn)一步對其進(jìn)行深入研究。

自然環(huán)境中存在著大量未開發(fā)的生物資源，現(xiàn)如今篩選得到的不良環(huán)境PSM只是冰山一角，為推廣PSM的實(shí)際運(yùn)用，需要根據(jù)多變的自然環(huán)境，進(jìn)一步深度開發(fā)不良環(huán)境下的PSM資源。與此同時(shí)，還迫切需要開發(fā)一些簡單的技術(shù)，用來大規(guī)模生產(chǎn)不良環(huán)境PSM及完善其運(yùn)輸體系，以便PSM能在不同不良環(huán)境中得到推廣和使用。本研究詳細(xì)闡述了耐高溫、耐寒、耐鹽3種不良環(huán)境PSM的研究現(xiàn)狀，列舉了其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、固廢利用和生態(tài)治理等方面的應(yīng)用，分析了現(xiàn)階段不良環(huán)境PSM研究的不足，為未來多角度研究不良環(huán)境PSM提供了借鑒，為不良環(huán)境PSM及其相關(guān)生物肥料制品的研發(fā)提供新思路。