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從微生物群落的角度理解微生物肥料

  • 未來微生物肥料的發展方向

1.菌種型微生物肥料從生態環境中選育優秀的微生物菌種。

2.菌群型微生物肥料一定選擇壓下,從特定微生物群落出發構建微生物功能群子群。

3.無菌種微生物肥料利用天然微生物群落的多樣性,直接向使用場景選擇壓,從而得到特定功能的微生物群落,也可稱為誘導型微生物肥料。(??!無菌種?

隨著對微生物生態、微生物群落多樣性研究的深入,對微生物肥料的認識和應用方式、方法應該相應改變。

有興趣者請仔細閱讀、思考以下內容

一、為什么要進行菌種裝配?

1.微生物肥料對土著微生物群落來說,本質上是外來物種,是“入侵生物”。微生物肥料的應用生景多種多樣、復雜多變,單菌種或復配多菌種微生物肥料在應用時受生態環境因素影響太大,經常不能有效定植、繁殖、進行正常生理代謝活動,發揮預定的生態功能。

2.用戶現場繁殖、擴增微生物肥料,與工業化生產對菌種的要求有很大不同。有些單菌種或簡單復配的多菌種微生物肥料,不適合采用簡單裝置進行現場繁殖、擴增,這些菌種存在不抗污染、雜菌率超標、繁殖速度慢、對培養基要求高等缺點。


二、菌種裝配原理

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三、微生物群落的多樣性

微生物群落(microbial community)是指在一定區域里,或一定生境里,各種微生物種群相互松散結合,或有組織緊湊結合的一種結構單位。

微生物群落廣泛存在于生態系統中,是生態系統內充滿生氣的一部分, 微生物群落中,各種不同的種群能以有規律的方式共處,同時它們具有各自明顯的營養和代謝類型。

1.微生物群落的多樣性   

微生物種類組成的多樣性、微生物群落結構多樣性、微生物遺傳基因多樣性、微生物代謝功能的多樣性、生態功能的多樣性等。

微生物的總數約為50萬~ 600萬種,已記載過的約20萬種(1995年),其中原核生物3500種,病毒4000種,真菌9萬種。


微生物已知的物種數與估計的總種數

類群

已知種數

估計總種數

已知百分數(%)

病毒

5000

130000

4

細菌

4760

40000

12

真菌

72000

1500000

5


微生物的代謝類型之多,無論從能量代謝還是從物質代謝角度講, 是動、植物所不能及的。

表現在:對各種物質甚至有毒物質的分解、多種產能方式、生物固氮作用、合成各種次生代謝產和復雜有機物、對復雜有機分子基團的生物轉化、抵抗極端環境的能力等等。

2.微生物生態功能多樣性

主要指微生物與其它生物、非生物環境的關系,微生物對群落自身、對境的影響。

土壤微生物群落多樣性主要研究土壤環境中微生物種群的種類、豐度、分布均勻性、結構變化和微生物群落的功能多樣性等。

人們對于微生物群落的認識多基于傳統微生物學方法,并結合生物化學、分子生物學和遺傳學等方法,分析群落中可培養微生物分布與功能。但是,已培養的微生物可能不到自然界微生物總量的1%,大量未培養的微生物如同地球上的”暗物質”,在相應生境中存在種類到底有多少,如何發揮功能,傳統微生物學方法已不能全面解答。

3.各種各樣的微生物群落類型

植物根際微生物群落、蔬菜土壤微生物群落、酸化土壤微生物群落、高有機質土壤微生物群落、植物內生微生物群落、果樹土壤微生物群落、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樣性

1.微生物的功能群種類

抑制病原微生物、促進植物生長、分解環境特殊化學毒物、產生抗生物質、分解有機物質、溶解土壤固定磷素、參與氮素營養循環、釋放土壤微量元素、合成土壤腐殖質等等。

2.微生物功能群和微生物群落的關系

微生物群落和微生物功能群是群和子群的關系,若干微生物功能群組成了微生物群落。每個功能群都有分屬于若干種若干微生物個體組成。

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          群與子群的關系


五、從微生物功能群的角度看微生物肥料選種

1.功能群內微生物個體能力的分布規律-近似正態分布





2.常用單菌種選種方

      



            



3.菌種對土著功能菌群的影響—微生物肥料工作原理及缺點

舉例:

從辣椒根際微生物群落的抗病功能群中,選出一株具有優良抗病功能QW,現QW為菌種生產抗病微生物菌劑,然后該菌劑施于大姜根部,用于防治大姜莖基腐病。

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假定菌種施用前后大姜土壤總菌量、抗病菌數量不變。

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來源。

μ2代表了土著微生物群落的抗病本底值+菌種抗病增加值。

使用菌種后,菌種在土著微生物群落內定植、繁殖,群體的抗病平均值增加,代表著整個功能群的抗病能力增強。




4.微生物肥料使用效率的評價

   E(efficiency)=μ2-μ1)/μ2

  如果E值過低,則微生物肥料是低效的、無效的。
  長期以來,微生物肥料開發與應用過程中對生態環境中土著微生物菌群存在本底值的現象沒有足夠的重視。
  一般每畝耕作層土壤總重量可達150噸,假定土壤活菌數為1.0/g,那么每變畝土壤總活菌量:150000000/g;
  假定每畝施用含菌量為10/g的接種劑10Kg,每畝接種總量為10000*10=100000/g。

  接種量/本土量=100000/150000000=1/1500

  所以,面對大量本土微生物的競爭,接種劑起作用的條件將是非??量痰?,可能取決于2點:一是接種后菌種要成倍、幾十倍的繁殖;二是實際上土著微生物雖然數量大,但常常處于“休眠”狀態(缺乏研究),并沒有發揮功能。

  這可能就是95%以上微生物肥料沒有明顯功效的原因,幾乎看不到嚴謹、系統的微生物接種劑田間效果評價報告,也幾乎沒有人研究接種菌在土壤中的定植、繁殖真實情況,成為一個巨大的黑箱!



5.提高微生物肥料效率的措施

1?菌種復配,多菌種聯合作用。

2?菌種自帶營養成分,協助菌種定植、繁殖,如菌種包衣等技術手段。

3?選種的生態環境應該盡可能與應用場景的生態環境一致。

4?植物根際促生細菌(PGPR)技術。

5?微生物肥料劑型技術。


6.從菌種到菌群-微生物肥料的重要發展方向

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不再是選擇單個菌種,而是選擇一群菌種,菌種的生態適應性更強,作用更穩定。


與植物共培養

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

培養基變色實驗

溶磷圈試驗

平板抗實驗

微生物群落

例:1000種微生物

2億(cfu)/g

2個功能群的交群

群落內各種

微生物功能群

0534-8031222
0534-8037222
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