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固氮芽孢菌研究进展 曹恩珲邓晓李勤奋·侯宪文李光义 (中国热带农业科学院环境与植物保护研究所，海南儋州 571737) 63．eom) (·通讯作者，E—mail：eeh．10ve．yl@1 摘 要：本文主要阐述了固氮芽孢菌资源的发掘与应用、固氮芽孢菌与植物的 相互作用以及现阶段固氮芽孢菌在我国的研究和应用中所面临的问题，并对其 研究前景进行了展望。 关键词：芽孢固氮菌联合固氮研究与应用 生物固氮是生命科学中的重大基础研究课题之一，它在生产实际中为植物特别是粮食 作物供氮素，提高产量，降低氮紊化肥用量和生产成本。研究和应用生物固氮技术，对建 立生态平衡、促进农业可持续发展等方面有重要作用，对环境、粮食、人口等全球性战略 问题有重要意义l¨。 生物固氮，分共生固氮和非共生固氮两大类。在过去，人们对共生固氮的研究给予了 极高的研究热情，研究得比较深入的有固氮根瘤菌(Azotorhizobium)、慢生根瘤菌 的研究较少。但是近几十年来，人们认识到非共生固氮菌也可以为土壤提供部分氮素，能 有效地积累氦素，维持氮素平衡。在非共生固氮的研究中，对无芽孢固氮菌的研究开始得 较早，而对产芽孢的固氮菌研究得较晚。近十多年来，我国对固氮芽孢菌的研究及应用进 展较快，与其他具固氮功能的微生物活菌剂相比，产芽孢的固氮菌菌剂复活率高，具有耐 酸、耐盐、耐高温等优点，在农业生产中应用具有较高的稳定性[71。简要综述如下： l固氮芽孢菌资源的发掘与应用研究 1908年Bredemann曾报导过分离到有固氮能力的芽抱杆菌菌株，但不久因难以确认固 氮的特性此结论被推翻。真正确认有固氮能力的芽抱杆菌始于1958年，Hino从日本土壤 中分离到一株能有效固氮的菌株，后鉴定为多粘芽抱杆菌(Bacilluspotymyxa)[810自1976 年提出了联合固氮的概念后，对联合固氮细菌的研究引起了人们越来越广泛的关注，不断 有关于作物根际存在大量联合固氮细菌的报导。芽抱杆菌已被证实为其中的一类，它们在 植物一士壤——细菌生态系统中对氮素循环起着重要作用112l。随着人们对科学研究的不 liveira 断重视，土壤中新发现的芽孢杆菌固氮菌株越来越多。1980年以来，0 S．S等鉴定 [hi。Seldin等研究了多粘芽孢杆菌和浸麻芽孢杆菌在巴西土壤的分布和固氮特性并发现了 固氮能力较强的新种——固氮芽孢杆菌19,10】。 16S rRNA rRNA基因序列检测明确将Bacillus3区别于其他形成芽孢的杆菌，基于表 group 芽孢杆菌但azotofixcans)等。至今已有多种固氮的类芽孢杆菌新种或新修订的种被描述， 和Pbrasilensis【27】。中国学者陈三风等最近也发现了2个具有固氮能力的类芽孢杆菌新种 测到了固氮微生物特有的行归基因，并且发现且megaterium可以在水稻和玉米的根际和 多粘类芽孢杆菌(Ppolymyxa)，它从世界上多种不同的土壤环境和不同的植物根部都可以分 离到pT]。研究较多的另一种固氮芽孢杆菌是国际上认为固氮能力较高的固氨类芽孢杆菌 夏威夷的土壤中分离到。但近些年来在我国的土壤中也分离到了类似的菌株，这说明 e．o．zoloflxan$可能在自然界中广泛存在． 固氮芽孢梭菌也是固氮芽孢菌的一种。国内外关于固氮芽孢梭菌(Clostridium)的研究相 对较少，近几年关注的主要是巴氏固氮芽孢梭菌(Clostridiumpasteurianum)等。许齐放等 人从国内8个省市分离筛选的JR菌株和ZZ菌株的固氮量与厌氧梭状芽孢菌株(Clostridium) 的固氮量相近，且在厌氧和完全好氧条件下均有固氮作用。经鉴定将爪菌株归入 B．azotofixans，而zz的分类学地位还未明删盟J。 在分子生物学的相关研究中，固氮芽孢菌的固氮作用主要是通过刀觥段的PCR扩增 ni．／B2H2和nifH3【221。该研究虽然确定-JnifBlHIDlK1连在一起，但其中的刀{7曰J和删X，都是 部分基因，其上下游的序列还没有获得，而且有关其他的刀∥基因及其固氮调控机制还未见 报道。2004年丁延芹等人从小麦(