微生物植酸酶及其对土壤植酸的矿化作用综述

有机磷是土壤磷的主要存在形式,占比40%—90%,是作物磷营养的重要来源和储备库,亦是引起水体富营养化的潜在因子.磷作为植物生长发育的必需大量营养元素,通常以无机磷肥形式施用于土壤,易吸附于土壤表面或与钙、镁、铝、铁等金属阳离子形成难溶性络合物,导致其生物可利用性降低,其中20%—80%磷肥转化为有机磷,不易被植物吸收利用.矿化作用是在土壤微生物作用下,土壤中有机态化合物转化为无机态化合物的总称.土壤中有机磷主要以植酸及其盐类形式存在(占比50%—70%),植酸(盐)可被专一性酶(植酸酶)矿化水解为肌醇和磷酸(盐),并释放出无机磷,以供植物的根系直接吸收和利用.前期研究发现,缺磷胁迫下微生物可大量分泌植酸酶分解植酸,释放磷酸根,促使土壤有机磷水解矿化为无机磷,提高了土壤有机磷的生物可利用率.目前关于微生物植酸酶矿化植酸的研究多集中于谷类作物和动物营养,对土壤植酸矿化与土壤有机磷利用的综述性报道较少.因此,本文主要关注微生物植酸酶对土壤植酸的矿化作用与土壤有机磷利用,重点阐述其过程、机制和效率,包括微生物植酸酶的种类来源、酶学性质、作用机理和实际应用等方面的研究进展,可为提高土壤有机磷的生物利用效率、减少农业磷肥施用量、降低土壤磷流失及水体污染风险提供理论依据和技术支撑,为深入探究植酸酶功能并应用于农业生产实践及保障生态环境安全提供基础信息和参考.

降低水稻籽粒镉砷累积的研究进展

矿山开采、废弃物排放及污水灌溉等引发区域农田土壤重金属污染,并通过食物链富集、传递,严重威胁人类健康。水稻是重要主食,且极易吸收镉(Cd)和砷(As),已成为Cd、As进入人体的主要膳食来源。因此,通过调控措施降低水稻籽粒Cd、As含量,对保障水稻及其制成品的食用安全与人体健康具有重要的现实意义。概述了降低水稻Cd、As含量的调控措施,主要包括:(1)利用生物质炭、铁盐、肥料等材料钝化土壤中Cd、As,降低其生物有效性,从而降低水稻Cd、As吸收;(2)外源添加硫(S)可消除植物的膜脂过氧化胁迫,促进水稻体内植物络合素等非蛋白巯基形成,将Cd固定在水稻组织器官液泡中,减少其向籽粒的转移,降低籽粒Cd积累;(3)外源添加硅(Si),Si可与亚砷酸盐(As^(3+))形成吸收竞争,降低水稻As吸收;(4)控制稻田水分可改变根际土壤氧化还原状态,影响水稻Cd、As吸收积累,同时根系泌氧促进根表铁膜形成,调控土壤氧化还原状态促进As氧化为砷酸盐(As^(5+)),增强根表对As^(5+)的吸附固定,从而降低水稻对As的吸收量;(5)调控转运蛋白表达,敲除Mn转运蛋白基因OsNRAMP5、茎/叶细胞质转运蛋白基因OsLCT1,以及缺失Si外排转运蛋白基因Lsi2,过表达OsHMA3n、OsHMA2、ScAcr3p基因,通过促进As^(3+)外排、降低Cd/As^(3+)向木质部和籽粒转运等过程降低籽粒Cd、As积累;(6)Cd/As低累积品种的筛选与培育。通过农艺措施、基因工程、种质资源筛选等多手段结合运用,选育Cd/As低累积、高产量的水稻品种,合理规划种植模式,有效控制水稻对Cd和As的吸收累积,为中、轻度污染土壤的水稻安全生产提供现实可能。

微生物解磷特性及其铅污染土壤修复应用

土壤污染会威胁食品安全与人体健康,中国土壤重金属污染形势较为严峻,其中以矿区污染尤为突出。铅是五大重点监控重金属之一,其毒性极强,危害植物、动物及人体健康。土壤中铅不能被生物降解,但可与磷酸盐形成稳定化合物进行固定,从而降低其生物有效性,降低土壤污染风险和食品安全风险。磷作为植物生长必需大量元素,通常以磷肥形式施加于土壤,大量磷肥转化为难溶性磷酸盐或有机磷,不易被植物吸收利用。解磷微生物可将难溶性有机/无机磷溶解,释放磷酸根,为植物提供磷素的同时,可络合铅生成难溶性磷酸铅沉淀,降低其生物有效性,是生物固铅修复污染土壤的有效途径。因此,该文综述了土壤微生物的解磷效率与机制、磷酸根固铅的作用机理及实际修复应用前景,并提出现存问题及未来研究方向,为提高矿区铅污染土壤生物修复效率提供了基础信息和技术参考。

土壤农用地膜微生物降解研究进展

地膜可保持土壤湿度,调节土壤温度及限制杂草生长从而促进农作物增产,在现代农业生产中具有不可或缺的作用.然而,地膜主要成分聚乙烯(PE)性质稳定,难以降解,极易在农田土壤中残留并积累.此外,地膜在生产过程中添加邻苯二甲酸酯类(PAEs)作为塑化剂,该类有机物极易在土壤和水体环境中积累和迁移,且生物毒性大,对生态环境、粮食安全和人体健康构成极大威胁.聚乙烯和邻苯二甲酸酯复合污染是土壤有机污染治理的重点和难点.因此,农用地膜污染土壤修复是环境科学研究的重要课题,亦是作物生产安全和人类健康的重要保障.微生物降解的生物修复较物理化学技术具有效率高、无二次污染、成本低、环境扰动小等优点,具有广泛应用前景.由此,本文综述农用地膜使用和土壤残留现状及其生物降解的研究进展,以期为地膜污染农田土壤的生物修复提供基础信息和技术参考.

梭梭根际促生菌(PGPR)菌肥对番茄产量、品质和土壤特性的影响

【目的】探究梭梭根际促生菌(PGPR)菌肥对番茄生长、果实产量及根际土壤特性的影响。【方法】课题组前期从梭梭根际土壤中分离得到芽孢杆菌(Bacillus sp.)WM13-24、假单胞菌(Pseudomonas sp.)M30-35和根瘤菌(Rhizobium sp.)WMN-33个菌株,并结合已有的解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)GB03和苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)ACCC17578制备成含有5种促生菌的复合菌肥;以芽孢杆菌WM13-24制备单株菌肥;并以LB培养基和微生物肥料巧农2号作为对照进行番茄(Solanum lycopersicum)田间试验。【结果】与LB培养基对照相比,施用复合菌肥后,番茄的产量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、维生素C含量、有机酸含量、土壤过氧化氢酶活性、脲酶活性、磷酸酶活性分别增加了73.75%、28.53%、15.73%、75.42%、15.15%、15.71%、1.8倍和26.73%。【结论】PGPR菌肥均可显著改善番茄品质,提高番茄产量。与单株菌肥相比,以梭梭根际促生菌为主要菌源制备的复合菌肥显著提高了番茄产量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、维生素C含量;且优化了番茄根际土壤特性。