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植物根际促生细菌的研究与应用

山东农业大学生命科学学院土肥资源高效利用国家工程实验室研究员、山东省农业微生物重点实验室微生物肥料创新研究中心主任杜秉海教授告诉记者,植物根际促生细菌并不是一个单一的菌种,而是由一系列不同功能的菌群构成。
  不同菌种发挥大作用
  杜秉海教授介绍称,不同类型的菌株其功能是截然不同的。其中短短芽孢杆菌DZQ7是青枯病病原菌黑胫病病原菌,也是多种镰刀病原菌等植物病原菌的拮抗菌株。田间试验表明,该菌对烟草青枯病和黑胫病具有很强的生防效果。在研究过程中,科研人员还发现伊利诺伊类芽孢杆菌YZ29菌株产生的铁载体能够促进花生对铁、氮、磷、钾等养分的吸收。
  现阶段,我国的科研技术人员研制了10多个作物专用PGPR制剂,其中大蒜专用PGPR制剂、辣椒专用PGPR制剂、烟草专用PGPR制剂、草莓专用PGPR制剂等在田间大面积推广应用,促生防病效果显着。
  PGPR制剂产业
  科技创新意义深远
  杜秉海教授还告诉记者,鉴于我国作物连作障碍的普遍性与严重性,PGPR制剂在克服连作障碍方面的巨大潜力,PGPR制剂产业科技创新,将对我国农业的可持续发展产生深远影响。PGPR菌株的大规模筛选鉴定及菌种资源平台建设已经成型,PGPR菌株筛选鉴定仍然是今后很长时期十分重要的研究内容;同时还要建立国家PGPR菌种资源库。
  其一要进行基于高通量测序和组学的PGPR分子生态学研究。PGPR在作物根际的生态学规律是其能否发挥作用的关键。从分子水平,着重开展PGPR在作物根际定植规律、PGPR与作物根际微生物群落结构及功能相互关系、PGPR-作物相互作用规律、PGPR-非生物环境胁迫相互关系等。基于组学的PGPR作用机制研究,获得一批具有自主知识产权的功能基因(簇),阐明其表达调控机制。为多功能PGPR工程菌提供理论技术支持和基因资源。
  其二要构建PGPR多功能工程菌株构建及生物安全性评价。将多个PGPR菌株的不同功能基因(簇)整合到PGPR宿主菌细胞中,重构代谢途径,构建具有促生、活化养分、降解自毒物质和生防功能的多功能PGPR基因工程菌株,并进行生物安全性风险评估。
  其三要进行作物专用多功能PGPR制剂菌株组合优化研究。将来自同一作物根际的具有促生、防病、活化养分、降解自毒物质等不同功能的PGPR菌株进行协同性研究,进行菌株组合优化。获得作物专用多功能PGPR制剂的最佳菌种组配。
  其四要进行作物专用多功能PGPR制剂规模化生产工艺研究。开展PGPR发酵工艺优化、剂型选择、增效剂、保护剂等方面研究,建立高效、稳定的多功能PGPR规模化生产工艺技术体系。建立作物专用多功能PGPR制剂应用技术体系研究,研究多功能PGPR制剂与化学肥料、有机肥料的组合使用技术与方法,建立技术操作规程。
  PGPR具有广泛应用前景
  杜秉海教授总结称,PGPR是根治作物连作障碍最行之有效的途径,在农业可持续发展中具有广阔的应用前景。PGPR能够诱导作物产生对非生物胁迫的耐受性,有助于作物在逆境条件下的生长。
  PGPR在大豆、花生、苜蓿等豆科作物生产中的应用,除具有防病、促生效果外,还可以作为根瘤菌的“助手”细菌,与根瘤菌协同接种,提高根瘤菌在种子表面的存活能力,激活根瘤菌结瘤过程,显着提高根瘤菌接种剂的效果。近年来,利用PGPR对污染土壤进行生物修复方面的研究受到持续关注。PGPR能够降解各种化学农药,减少农药对环境及农产品的污染;能够钝化重金属,显着提高重金属清除效果;能够促进具有生物修复功能的植物生长。
  在PGPR制剂生产方面,生产工艺涉及菌剂工业化生产中的方方面面,是一个复杂的系统工程。它的科学化和最优化是节约成本、增加经济效益和保证合格产品的基本要求。要达到这些目的,一方面不仅取决于菌种本身的性能;另一方面是科学、优化的生产工艺,即是要赋以合适的生产条件使菌的目的性能充分表达出来。