耐盐碱微生物的筛选及其在生物肥料生产中的应用

摘要

土地盐碱化是造成土地退化的主要原因之一。如何开发利用盐碱地资源、改善生态环境和扩大耕地面积是目前迫切需要解决的问题。微生物肥料在增强作物抗逆性、促进植物生长发育和改善土壤环境等方面具有良好的效果。本研究对从实验室内部保存的功能菌株中筛选出的具有耐盐碱效果的多粘类芽孢杆菌（P.polymyxa）CH-23进行发酵工艺优化，并验证其在盐碱胁迫下对作物的影响，再与从盐碱土中筛选的促生菌进行复配，验证复合菌剂在盐碱胁迫下的促生效果。 本研究采用单因素及响应面实验对CH-23菌株的固态发酵工艺进行优化，并通过盆栽实验对其应用效果进行了验证。固态发酵培养基的最佳组成为以麸皮为基础原料，添加玉米粉15.20%、蛋白胨1.59%、硫酸锌0.05%、硫酸镁0.15%、硫酸锰0.09%、磷酸氢二钾0.10%；最佳培养条件为初始含水量55%，初始pH7.5，发酵温度33℃，接种量10%，种龄18h，装瓶量25g，菌种80℃水浴处理。在此条件下，多粘类芽孢杆菌CH-23活菌数和芽孢生成率分别可达4.39×1010cfu/g和89.86%。稳定性实验证明优化后的CH-23菌剂的活性在常温密封条件下可在一定时间内处于稳定水平。 采用萝卜与番茄盆栽实验对多粘类芽孢杆菌CH-23菌剂的应用效果进行了验证。萝卜盆栽实验结果表明：施用多粘类芽孢杆菌CH-23菌剂的非盐碱土壤栽培处理，萝卜幼苗的株高、鲜重和干重分别比空白对照增加54.89%、43.36%和38.22%，采用盐碱土壤栽培时，施用多粘类芽孢杆菌CH-23的萝卜幼苗株高、鲜重和干重分别比空白对照增加37.43%、36.65%和33.33%；番茄盐碱土盆栽实验结果表明，施用多粘类芽孢杆菌CH-23菌剂的番茄与未施菌剂的番茄相比，株高、鲜重、干重和茎粗分别增加28.30%、46.84%、32.92%和34.45%，根系SOD、POD、CAT活性以及MDA含量分别增加/降低42.48%、53.61%、56.91%和28.92%，根际土壤中脲酶，蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别增加40.93%、41.17%和37.93%以及叶绿素总含量增加21.56%。这说明，该菌剂在培肥地力，清除番茄植株体内氧自由基，缓解番茄植株的衰老和遭受胁迫的程度，促进作物健康生长方面有显著作用。 本研究从盐碱地芦苇根际土样中共筛选出蛋白质高效分解菌5株、高效溶磷菌3株、高效解磷菌4株、IAA高产菌1株，其中产IAA菌株YJ-2、解磷菌株YJ-5、溶磷菌株YJ-16均具有多种生物功能，特别是YJ-16菌株，其溶磷作用和解蛋白作用均很突出。菌种鉴定结果表明，菌株YJ-2、YJ-5、YJ-16分别为天牛微杆菌（Microbacteriumsaperdae）、甲基营养型芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus）和粪产碱杆菌（Alcaligenes faecalis）。将上述三株功能菌与多粘类芽孢杆菌CH-23制成复合菌剂，并采用小麦盆栽实验验证其促生作用。实验结果表明施用复合菌剂的小麦与施用单一CH-23菌剂的小麦相比株高、鲜重和干重分别增加20.65%、34.75%和28.57%，根系SOD、POD、CAT活性以及丙二醛含量增加/降低18.79%、22.38%、21.50%和31.03，根际土壤中蔗糖酶，脲酶，过氧化氢酶活性增加57.11%、32.58%和24.32%，以及土壤中氮和磷增加6.41%和13.68%。复合菌剂在促进作物生长，提高作物抗氧化酶活性、增强作物抗逆性以及提高土壤肥力方面明显优于单施CH-23菌剂，说明该复合菌剂可以有效地将微生物的促生作用和生防作用结合起来，加强对作物的作用效果。

目录

声明

符号说明

1前言

1.1盐碱土生物改良研究进展

1.1.1盐碱土及其成因

1.1.2盐碱土的危害及其改良方法

1.2微生物肥料在盐碱土壤改良中的应用研究进展

1.2.1微生物肥料的概念及分类

1.2.2微生物肥料的发展状况

1.2.3微生物肥料在盐碱土中的作用

1.3多粘类芽孢杆菌在农业生产中的应用

1.4本研究的目的及意义、研究内容和技术路线

1.4.1目的及意义

1.4.2研究内容

1.4.3技术路线

2材料与方法

2.2.2盐碱土壤中功能性菌株的筛选

2.1材料与仪器

2.2.3耐盐碱功能性菌株鉴定

2.3多粘类芽孢杆菌的发酵工艺优化

2.3.1培养基优化

2.3.2发酵控制优化

2.4多粘类芽孢杆菌制剂的生物稳定性

2.5菌株组合间的拮抗性实验

2.6应用效果验证实验

2.6.1多粘类芽孢杆菌的应用效果

2.6.2复合菌剂的应用效果验证实验

3结果与分析

3.1菌株筛选结果

3.1.1不同功能性微生物的耐盐碱能力

3.1.2盐碱土壤中功能性菌株的筛选

3.1.3耐盐碱菌株的鉴定结果

3.2多粘类芽孢杆菌的发酵工艺优化结果

3.2.1培养基优化

3.2.2发酵条件对多粘类芽孢杆菌CH-23菌体生长与芽孢生成率的影响

3.3多粘类芽孢杆菌CH-23制剂的生物稳定性实验结果

3.4耐盐碱功能性菌株间的拮抗作用

3.5应用效果验证结果

3.5.1多粘类芽孢杆菌CH-23对不同土壤中萝卜幼苗生长的影响

3.5.2多粘类芽孢杆菌CH-23对盐碱土壤中番茄生长的影响

3.5.3复合菌剂对盐碱土壤中小麦幼苗生长的影响

4讨论

4.1 PGPR在微生物肥料中的应用

4.2耐盐碱促生菌的选育

4.3固态发酵工艺优化

4.4微生物菌剂对作物生长的促进作用

5结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文及成果