从微生物群落的角度理解微生物肥料

  • 未来微生物肥料的发展方向

1.菌种型微生物肥料从生态环境中选育优秀的微生物菌种。

2.菌群型微生物肥料一定选择压下从特定微生物群落出发构建微生物功能群子群

3.无菌种微生物肥料利用天然微生物群落的多样性,直接向使用场景选择压,从而得到特定功能的微生物群落,也可称为诱导型微生物肥料。(啊!无菌种?

随着对微生物生态、微生物群落多样性研究的深入,对微生物肥料的认识和应用方式、方法应该相应改变。

有兴趣者请仔细阅读、思考以下内容

一、为什么要进行菌种装配?

1.微生物肥料对土著微生物群落来说,本质上是外来物种,是“入侵生物”。微生物肥料的应用生景多种多样、复杂多变,单菌种或复配多菌种微生物肥料在应用时受生态环境因素影响太大,经常不能有效定植、繁殖、进行正常生理代谢活动,发挥预定的生态功能。

2.用户现场繁殖、扩增微生物肥料与工业化生产对菌种的要求有很大不同。有些单菌种或简单复配的多菌种微生物肥料,不适合采用简单装置进行现场繁殖、扩增,这些菌种存在不抗污染杂菌率超标繁殖速度慢、对培养基要求高等缺点。


二、菌种装配原理

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三、微生物群落的多样性

微生物群落(microbial community)是指在一定区域里,或一定生境里,各种微生物种群相互松散结合,或有组织紧凑结合的一种结构单位。

微生物群落广泛存在于生态系统中,是生态系统内充满生气的一部分, 微生物群落中各种不同的种群能以有规律的方式共处,同时它们具有各自明显的营养和代谢类型。

1.微生物群落的多样性   

微生物种类组成的多样性、微生物群落结构多样性、微生物遗传基因多样性、微生物代谢功能的多样性、生态功能的多样性等。

微生物的总数约为50万~ 600万种,已记载过的约20万种(1995年),其中原核生物3500种,病毒4000种,真菌9万种。


微生物已知的物种数与估计的总种数

类群

已知种数

估计总种数

已知百分数(%)

病毒

5000

130000

4

细菌

4760

40000

12

真菌

72000

1500000

5


微生物的代谢类型之多,无论从能量代谢还是从物质代谢角度讲, 是动、植物所不能及的。

表现在:对各种物质甚至有毒物质的分解、多种产能方式、生物固氮作用、合成各种次生代谢产和复杂有机物、对复杂有机分子基团的生物转化、抵抗极端环境的能力等等

2.微生物生态功能多样性

主要指微生物与其它生物、非生物环境的关系,微生物对群落自身、对境的影响。

土壤微生物群落多样性主要研究土壤环境中微生物种群的种类、丰度、分布均匀性、结构变化和微生物群落的功能多样性等。

人们对于微生物群落的认识多基于传统微生物学方法,并结合生物化学、分子生物学和遗传学等方法,分析群落中可培养微生物分布与功能。但是,已培养的微生物可能不到自然界微生物总量的1%大量未培养的微生物如同地球上的”暗物质”,在相应生境中存在种类到底有多少,如何发挥功能,传统微生物学方法已不能全面解答。

3.各种各样的微生物群落类型

植物根际微生物群落、蔬菜土壤微生物群落、酸化土壤微生物群落、高有机质土壤微生物群落、植物内生微生物群落、果树土壤微生物群落、草莓土壤微生物群落、重茬作物土壤微生物群落等等。


微生物群落功能的多样性

1.微生物的功能群种类

抑制病原微生物、促进植物生长、分解环境特殊化学毒物、产生抗生物质、分解有机物质、溶解土壤固定磷素、参与氮素营养循环、释放土壤微量元素、合成土壤腐殖质等等。

2.微生物功能群和微生物群落的关系

微生物群落和微生物功能群是群和子群的关系,若干微生物功能群组成了微生物群落。每个功能群都有分属于若干种若干微生物个体组成

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          群与子群的关系


五、从微生物功能群的角度看微生物肥料选种

1.功能群内微生物个体能力的分布规律-近似正态分布





2.常用单菌种选种方

      



            



3.菌种对土著功能菌群的影响—微生物肥料工作原理及缺点

举例:

从辣椒根际微生物群落的抗病功能群中选出一株具有优良抗病功能QW,现QW为菌种生产抗病微生物菌剂,然后该菌剂施于大姜根部,用于防治大姜茎基腐病。

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假定菌种施用前后大姜土壤总菌量、抗病菌数量不变。

μ1代表了大姜本身土著微生物的抗病本底值。

任何栽培土壤自身具有“抑菌性”,抗病本底值是土壤抑菌性的重要来源。

μ2代表了土著微生物群落的抗病本底值+菌种抗病增加值。

使用菌种后,菌种在土著微生物群落内定植、繁殖,群体的抗病平均值增加,代表着整个功能群的抗病能力增强。




4.微生物肥料使用效率的评价

   E(efficiency)=μ2-μ1)/μ2

  如果E值过低,则微生物肥料是低效的、无效的。
  长期以来,微生物肥料开发与应用过程中对生态环境中土著微生物菌群存在本底值的现象没有足够的重视。
  一般每亩耕作层土壤总重量可达150吨,假定土壤活菌数为1.0亿/g,那么每变亩土壤总活菌量:150000000亿/g
  假定每亩施用含菌量为10亿/g的接种剂10Kg,每亩接种总量为10000*10=100000亿/g

  接种量/本土量=100000/150000000=1/1500

  所以,面对大量本土微生物的竞争,接种剂起作用的条件将是非常苛刻的,可能取决于2点:一是接种后菌种要成倍、几十倍的繁殖;二是实际上土著微生物虽然数量大,但常常处于“休眠”状态(缺乏研究),并没有发挥功能。

  这可能就是95%以上微生物肥料没有明显功效的原因,几乎看不到严谨、系统的微生物接种剂田间效果评价报告,也几乎没有人研究接种菌在土壤中的定植、繁殖真实情况,成为一个巨大的黑箱!



5.提高微生物肥料效率的措施

1菌种复配,多菌种联合作用。

2菌种自带营养成分,协助菌种定植、繁殖,如菌种包衣等技术手段。

3选种的生态环境应该尽可能与应用场景的生态环境一致。

4植物根际促生细菌(PGPR)技术。

5微生物肥料剂型技术。


6.从菌种到菌群-微生物肥料的重要发展方向

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不再是选择单个菌种,而是选择一群菌种,菌种的生态适应性更强,作用更稳定。


与植物共培养

A.大姜土著抗病功能群的分布

B.使用QW抗病功能群的分布

培养基变色实验

溶磷圈试验

平板抗实验

微生物群落

例:1000种微生物

2亿(cfu)/g

2个功能群的交群

群落内各种

微生物功能群

0534-8031222
0534-8037222
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