胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)的研究进展

胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)是一种广泛分布于土壤和岩石中的常见细菌,由于该菌具有一定的分解矿物能力,胞外具有肥大的荚膜,并能分泌一些酸类和促生长物质,因此一直被广泛应用于农业、矿物相关工业、环境治理等领域。胶质芽孢杆菌从发现伊始就一直受到国内外研究人员的广泛关注,并在分离鉴定、发酵条件、矿物分解及风化作用、农业及工业领域应用等方面做了许多研究。根据以往的研究结果,从胶质芽孢杆菌的分类地位、生物学特征、功能特性、培养条件及应用研究等几方面对已有的一些研究成果做一综述,以期对该菌的进一步应用提供参考。     

不同条件下硅酸盐细菌对含钾矿物分解作用的研究

研究了淹水、湿润和干燥条件下接菌与未接菌对含K矿物钾长石和页岩分解作用的影响。结果表明,在干燥条件下,硅酸盐细菌不能分解供试矿物释放出其中的K和Si;湿润或淹水条件下,硅酸盐细菌能显著加快供试矿物的分解而释放出K和Si,其中硅酸盐细菌NBT菌株分解矿物释放K的效果好于NFT-2菌株,而NFT-2菌株释放Si的效果优于NBT菌株。淹水条件下,28℃恒温静置培养40天后,NBT菌株从矿物中累积释放的K量占矿物中K含量的7.3%(钾长石)和10.2%(页岩),分别比对照组K释放量增加221%(钾长石)和232%(页岩);NFT-2菌株从矿物中累积释放的Si量占矿物中Si含量的11.6%(钾长石)和13.2%(页岩),分别比对照组Si释放量增加170%和190%。硅酸盐细菌分解含K矿物的作用与其代谢活性有关。     

添加巨大芽孢杆菌与胶质芽孢杆菌对土壤DTPA提取态Cd的影响

采用短期和长期恒温培养的方法,研究巨大芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌及两菌混合液对土壤DTPA提取态Cd的影响.结果表明,短期试验中巨大芽孢杆菌对土壤Cd有一定的活化作用,不同Cd污染水平条件下,巨大芽孢杆菌使土壤DTPA提取态Cd增加比例在3.8％～24.4％之间,其中50 mg/kg CdCO3污染水平条件下,巨大芽孢杆菌加菌量为2 ml时活化效果最好,而胶质芽孢杆菌和混合菌则对土壤Cd无显著影响或有一定的钝化作用.长期培养试验中,巨大芽孢杆菌也表现出了对土壤Cd的活化作用,未添加Cd条件下,巨大芽孢杆菌加菌量为10,20 ml时,土壤DTPA提取态Cd较对照分别增加了44.0％,28.9％,而胶质芽孢杆菌和混合菌对土壤Cd无显著影响或有一定的钝化作用.     

紫色土硅酸盐细菌的遗传多样性研究

硅酸盐细菌是土壤中一类能分解硅酸盐类矿物，破坏其晶格结构，使矿物钾转化成有效钾释放出来供植物生长的细菌。它不仅能溶磷解钾，亦有固氮的作用。目前的种类主要有，环状芽孢杆菌（Bacillus circulans）、胶质芽孢杆菌（B．rmtcilaginosus）和土壤芽孢杆菌（B．edaphicus）三个种的菌株。由于硅酸盐细菌的独特作用，已广泛应用于采矿、冶金、微生物肥料、饲料工业上。我国在硅酸盐细菌的生物学功能方面已进行了大量的工作，尤其是在硅酸盐细菌作为生物肥料方面，但是对硅酸盐细菌的分类地位和遗传多样性研究较少。贺积强等研究表明，紫色土硅酸盐细菌的理化性质和解磷解钾特性存在差异，本研究应用RAPD、TP-PCR和16S rRNA PCR-RFLP进一步分析了这些硅酸盐细菌的遗传多样性及系统发育地位，以期弄清其遗传背景。     

真菌与细菌作用下黑云母中主要元素溶出状况的对比分析

以胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)和棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)分别作为细菌和真菌的代表,进行了黑云母的生物风化实验(为期50 d),研究了微生物作用下黑云母中元素溶出速率和溶出顺序,并对溶解机制进行了初步探讨。利用高效液相色谱仪和电感耦合等离子体发射光谱仪分别测定了培养液中的低分子量有机酸和主要元素(Si、Al、Fe、Mg和K)的浓度。研究结果表明:胶质芽孢杆菌和棘孢曲霉均可促进黑云母的风化;棘孢曲霉的风化速率大约是胶质芽孢杆菌的65倍;真菌与细菌作用下黑云母中元素溶出顺序基本相同,即:层间→八面体晶片→四面体晶片;微生物主要通过分泌低分子量有机酸(酸化环境和络合)来促进黑云母的风化。     

胶质芽孢杆菌对印度芥菜富集土壤Cd的效果

通过灭菌土培试验研究分别接种0,12.5,25,37.5,50,62.5ml/盆活菌浓度为1×109 cfu/ml的胶质芽孢杆菌,对印度芥菜修复Cd污染土壤的作用效果。结果表明,接入胶质芽孢杆菌菌液25ml/盆时,植物地上、地下部分对Cd的提取量分别为其他接种量的1.10～1.48倍,1.32～1.77倍。以不种印度芥菜作为对照,种印度芥菜处理的土壤Cd随着时间的变化去除效果有所不同,接菌后14d左右土壤Cd含量最低,收获时土壤Cd去除率可达到20%,显著提高其植物修复效果。同时,不同浓度的胶质芽孢杆菌均可以促进富集植物的生长,印度芥菜地上、地下部分生物量分别提高3%～16%,4%～61%。综上,胶质芽孢杆菌不但可以提高污染土壤中Cd的生物有效性,而且可明显促进超富集植物生长。     

胶质芽孢杆菌与苜蓿根瘤菌双接种对排土场紫花苜蓿生长和土壤性质的影响

为了明确胶质芽孢杆菌和苜蓿根瘤菌在矿区排土场复垦中的协同作用,以矿区排土场土壤作为基质进行盆栽试验,设置两菌单接种处理、双接种处理及对照,其中胶质芽孢杆菌和苜蓿根瘤菌用量分别为1.50%和0.25%,测定紫花苜蓿产量指标、叶片生理指标、土壤速效养分含量和土壤微生物指标。结果表明,接种胶质芽孢杆菌和苜蓿根瘤菌的各处理均能显著提高紫花苜蓿的产量指标,其中以双接种处理效果最优,将生物量和结瘤量分别比对照显著提高110.27%和124.32%;在生理指标方面,双接种处理效果低于单接种处理,未表现出协同作用;在土壤养分和微生物性质方面,单接种胶质芽孢杆菌仅显著提高土壤速效钾含量,单接种苜蓿根瘤菌对大部分指标均有显著效果,而双接种处理效果最佳,土壤碱解氮、速效钾含量比对照分别显著提高94.14%和84.55%,土壤微生物指标MBC含量、呼吸强度、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性比对照分别显著提高204.02%,65.86%,212.32%,91.87%,30.57%,51.87%。双接种处理对紫花苜蓿产量指标、养分和微生物指标表现出显著的协同作用。因此,1.50%用量胶质芽孢杆菌和0.25%用量苜蓿根瘤菌双接种能够有效提高排土场土壤的复垦效果,具有协同作用,可以作为矿区排土场复垦的高效方法。     

不同水分条件下外源菌剂对污染水稻土中硅、砷有效性的影响

采用砷污染区水稻土,通过土壤培养方法探索了淹水和干湿交替水分管理模式下,添加外源菌剂(含有胶质芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌)对土壤中硅和砷有效性的影响。结果表明,干湿交替培养条件下,添加混合菌剂及其灭菌菌液处理的土壤溶液中硅浓度分别比对照(CK)增加了18.7%~23.2%和19.2%~43.0%,这说明外源菌剂促进了土壤固相中硅向液相的释放。同时,添加混合菌剂及其灭菌菌液处理的土壤溶液中砷浓度分别比CK降低了13.6%~25.0%和22.7%~29.6%,土壤中有效砷浓度比CK分别降低了21.0%和15.7%,这说明外源菌剂降低了土壤中砷的有效性;但是在淹水培养条件下,外源菌剂中的微生物对土壤中硅、砷有效性影响不明显;此外,研究结果还显示,土壤溶液中硅和砷浓度之间存在显著的负相关关系(r淹水=-0.853,r干湿交替=-0.455,P0.05)。综上所述,干湿交替的水分管理模式下外源添加含有胶质芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌的菌剂可促进硅从土壤固相到土壤溶液的释放,并降低了土壤中砷的有效性。     

施用胶质类芽孢杆菌对土壤生物活性和花生产量的影响

采用胶质类芽孢杆菌菌株3016制成的液体菌剂进行小区试验,研究植物根际促生菌——胶质类芽孢杆菌对土壤生物活性及花生产量的影响。设置T1(空白对照)、T2(只接种3016)、T3(接种3016,减施化肥50%)和T4(常规施肥)4个处理,施用3016菌剂的处理T2、T3,收获期土壤酶活力显著高于T1和T4处理(P0.05)。T3处理在生长期内可以提高土壤细菌和放线菌的数量(P0.05),抑制真菌数量的增长,并且花生产量最高,达到5 281.38 kg/hm2,比对照增产10.4%。结果表明,施用胶质类芽孢杆菌可以有效提高土壤酶活和增加细菌数量,在本试验条件下,接种菌剂同时减施化肥50%(T3)为最优施肥方式。     

苗床添加胶质芽孢杆菌菌肥对2种烟草幼苗生长和养分吸收的影响

采用胶质芽胞杆菌(Bacillus mucilaginosus)菌肥均匀拌入苗床育苗基质的方式,研究了不同添加比例对红花大金元(Honghuadajinyuan)和云烟85(Yunyan85)幼苗生长的影响。结果表明:育苗基质添加胶质芽孢杆菌菌肥能够有效促进红花大金元幼苗根系的发育,增加其根系总长、根表面积和根体积,同时促进了侧根的生长,其中5%添加量烟株幼苗根系活力较对照增加90.2%,总生物量较对照增加81.1%,且N、P、K的累积量也显著增加;添加胶质芽孢杆菌菌肥能显著提高云烟85的根系活力,其中5%添加量较对照增加54.8%,随着添加量的增加总生物量较对照呈显著增加趋势,但处理间差异不显著,5%添加量时较对照增加26.2%,N、P、K的累积量也显著增加。可见,苗床添加胶质芽孢杆菌菌肥对烟草幼苗的生长发育及营养物质的吸收累积具有促进作用,其中以苗床5%添加量时效果最优。     

几种土壤及黏土矿物对多氯联苯吸附特性的研究

采用批量平衡试验,研究了不同土壤及长黏土矿物对多氯联苯吸附特性。结果表明:多氯联苯浓度范围为0.25~5.0mg L-1时,不同土壤及黏土矿物对多氯联苯的吸附均能用Freundlich方程很好地拟合,随着溶液中多氯联苯浓度的增加,土壤及黏土矿物对多氯联苯的吸附量增加;几种土壤对多氯联苯吸附量大小顺序为:红壤>黄褐土>砂姜黑土,土壤有机质、粘粒等对多氯联苯吸附起主要作用,土壤更易吸附高氯代PCB77;黏土矿物对多氯联苯吸附量大小顺序为:纳米蒙脱石>纳米SiO2>凹凸棒石,黏土矿物吸附多氯联苯能力的大小与黏土矿物的比表面积、粒径、层状结构等有关;多氯联苯本身分子的大小影响其在黏土矿物上的吸附;土壤中添加黏土矿物可以提高对多氯联苯的吸附。     

雷州半岛玄武岩发育的时间序列土壤的发生演变

采集了广东省南部热带地区雷州半岛第四纪以来不同时代(0.58～6.12 Ma)喷发的玄武岩上发育时间序列土壤剖面样品,分析了一些理化性质的变化趋势。结果表明:(1)容重随深度增加而增大,与成土年龄有较好的相关性,说明容重在一定程度上可以指示土壤的发生层次和发育程度。(2)游离铁(Fed)、铁游离度(Fed/Fet)、活性氧化铝(Alo)和铝活化度(Alo/Ald)与成土年龄有着较好的相关性,可以指示土壤的发育程度和相对成土年龄;而无定形铁(Feo)、游离铝(Ald)和无定形硅(Sio)与成土年龄的关系不明显,尚难于指示土壤的发育程度。(3)常用的黏粒风化发育指标,如硅铝率Sa(SiO2/Al2O3)、硅铁铝率Saf(SiO2/(Al2O3+Fe2O3))、风化淋溶系数ba((Na2O+K2O+CaO)/Al2O3)、A指数((SiO2+CaO+K2O+Na2O)/(Al2O3+CaO+K2O+Na2O))、B指数((CaO+K2O+Na2O)/(Al2O3+SiO2+CaO+K2O+Na2O))、WI指数([(2Na2O/0.35)+(MgO/0.9)+(2K2O/0.25)+(CaO/0.7)]×100)、CIW指数([Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O)]×100)、CIA指数([Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O+K2O)]×100,与成土年龄之间相关性不显著,难以指示土壤的风化程度,但黏粒的Sa、Saf和元素Si迁移率的变化在一定程度上揭示了土壤中生物复硅的存在。     

钾细菌制剂对土壤钾素的影响探讨

试验K细菌制剂在控制条件和大田下对土壤难溶性K的转化作用,特别是土壤速效钾和缓效钾的动态变化表明,缺K土壤适当施用K细菌制剂,可增加土壤速效钾含量,成熟植株体内K增加32.3％,拔节孕穗期土壤速效钾含量比对照高128.6％,而土壤、磷矿粉、沙子等3种基质平均速效钾含量比对照高160.6％。K细菌制剂不板结土壤和不污染水源。     

粘土矿物中钾的生物活化: Ⅰ. 外生菌根

A pot experiment was Carried out to in vestigate effect of ectomycorrhizal fungi on eucalyptus growth and K bio-mobilization from soils and clay minerals,In the experiment,sands mixed with soil,KCl-satureated vermiculate and mica,respectively,were used to nurse eucalypus seedings which were nonectomycorrhized or ectomycorrhized by an ectomycorrhizal fungus Pisolithus tinctorius strain XL1(Pt XC1) isolated from a forest soil from Xichang,Sichuan Province,China,and a worldwide well-know ectomycorrhial fungus Pioslithus tinctorius strain 2144(Pt 2144) obtained in Australia.More depletion of HCl-souluble K by mycorrhizas from the soil and minerals than nomycorrhizas suggested that mycorrhizas had a great ability to mobilize K present in the interlayer and feldspar.Mycorrhizal seedlings depressed greatly K digested with HF-HClO4 from substrates after consecutive extractions of soils and minerals by water,ammonium acetate and boiling HCl,while nonmycorrhizal seedlings reduced it little if any,shwing that the mycorrhizal seedlings could mobilize and then utilize the structureal K in mineral lattice,Ectomycorrhizal fungi played a very important role not only in promoting the growth of eucalyptus seedlings but also in mobilizing K in soils and minerals.The infection of Pt XC1 led to a better growth of eucalyptus seedlings and more K accumulation in the seedlings than that of Pt 2144.The large differeces in K accumulation by the seedlings might be due to different abilityes of the two ectomycorrhizal fungi to mobilize K in intelayer and lattice pools in the clay minerals.     

Effects of biochar application on soil potassium dynamics and crop uptake

Biochar has been suggested as a possible means for enhancing soil fertility, including soil potassium (K). However, understanding of the effects of biochar on soil K dynamics remains limited. In this study, a pot trial was conducted to investigate the influence of biochar application (0, 5, 10, and 25 g kg^?1 soil) on soil K dynamics and crop K uptake under a winter wheat–maize rotation in two types of soil (an Alfisol, which contained a high initial available K and an Entisol, which contained a high abundance of 2 : 1 K‐bearing minerals). Changes in soil K in various forms following biochar application and cropping were determined, and their contributions to plant K uptake were evaluated. Soil microbial activity, especially the development of K‐dissolving bacteria (KDB), was evaluated to obtain insights into its effects on the weathering of K‐bearing minerals in the soils. During the wheat growth period, crop K uptake was more enhanced (13.6–40.5% higher) in the Alfisol than in the Entisol due to the higher availability of water‐soluble and exchangeable K, while K fixation occurred in the Entisol because of the higher content of 2 : 1 K‐bearing minerals. During the maize period, crop K uptake was generally higher in the Entisol soil due to the release of non‐exchangeable K. In addition, biochar application enhanced the growth of KDB in both soils, which was associated with changes in soil pH and water‐soluble K. However, improved mineral K release was observed only in the Entisol. It is concluded that biochar application could be a feasible soil amendment to improve soil K availability, but crop K uptake responses may vary depending on soil types. Soils abundant in 2 : 1 K‐bearing minerals tend to prolong biochar effects on crop K uptake. Biochar application enhanced the growth of KDB, which may facilitate mineral K weathering in soils with abundant K‐bearing minerals.     

胨冻样芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus YNUCC0001)絮凝剂生产、絮凝特性及其系统发育学分析

对BacillusmucilaginosusYNUCC000116SrDNA的1481bp片段与GenBank中最相似的16个分类单位进行了比较。UPGMA,NJ,ME和MP方法构建的系统发育树显示B.mucilaginosusYNUCC0001与B.mucilaginosusHSCC1605T、B.mucilaginosus1480D及Paenibacillussp.NBT形成一个单系群分支。在50L全自动发酵罐中30℃发酵52h后,菌株YNUCC0001产生的胞外生物多聚絮凝剂(EBF)达到最大产率(粘度:3420C.P.)。在pH4.0、用量为0.25mlL-1的条件下,这种EBF对高岭土悬浊液的絮凝活性最大(99.8%);121℃高压灭菌60min后絮凝活性维持在98.6%。Hg2+,Ca2+,Mg2+,K+,Zn2+对其絮凝活性有促进作用,而Fe3+、Al3+、EDTA和Cu2+则有强烈抑制。     

皖南第四纪红土伊利石结晶度值与风化强度的关系

对安徽宣城市宣州和郎溪两地第四纪红土黏土矿物组合和伊利石结晶度进行研究,探讨其对第四纪红土形成环境的指示意义。结果表明,两地第四纪红土黏土矿物的组合基本相似:剖面上部末次冰期下蜀黄土层(黄棕色土层)黏土矿物主要为伊利石、高岭石和2∶1型的蛭石;均质红土和网纹红土以伊利石和高岭石为主,无蛭石;网纹层下部出现伊利石-蒙脱石混层矿物。根据伊利石的X射线衍射(XRD)峰,获得伊利石结晶度(Illite crystallinity,IC)值,可以反映伊利石结晶程度。两地第四纪红土同类层次的IC值较接近。宣州和郎溪剖面黄棕色土的IC值平均为0.463,均质红土为0.599,网纹红土为0.726。全剖面样品IC值与风化强度指标呈显著负相关,充分说明红土IC值可有效地反映红土的风化强度。第四纪红土剖面从黄棕色土→均质红土→网纹红土,IC值升高,伊利石结晶变差,反映了红土风化强度增加,形成的气候环境更加湿热。     

草酸对土壤和矿物中钾素的释放规律研究

Oxalic acid plays an important role in improving the bioavailability of soil nutrients. Batch experiments were employed to examine the influences of oxalic acid on extraction and release kinetics of potassium （K） from soils and minerals along with the adsorption and desorption of soil K^＋. The soils and minerals used were three typical Chinese soils, black soil （Mollisol）, red soil （Ultisol）, and calcareous alluvial soil （Entisol）, and four K-bearing minerals, biotite, phlogopite, muscovite, and microcline. The results showed that soil K extracted using 0.2 mol L^-1 oxalic acid was similar to that using 1 mol L^-1 boiling HNO3. The relation between K release （y） and concentrations of oxalic acid （c） could be best described logarithmically as y = a ＋ blogc, while the best-fit kinetic equation of K release was y = a ＋ b√t, where a and b are the constants and t is the elapsed time. The K release for minerals was ranked as biotite 〉 phlogopite 〉〉 muscovite 〉 microcline and for soils it was in the order： black soil 〉 calcareous alluvial soil 〉 red soil. An oxalic acid solution with low pH was able to release more K from weathered minerals and alkaline soils. Oxalic acid decreased the soil K^＋ adsorption and increased the soil K^＋ desorption, the effect of which tended to be greater at lower solution pH, especially in the red soil.