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微生物肥料:“根”上大有用場(chǎng)

發(fā)表時(shí)間:2015/3/18 16:14:46

近年來(lái),我國(guó)微生物肥料產(chǎn)業(yè)取得了快速穩(wěn)定的發(fā)展,但也存在整體水平低,技術(shù)創(chuàng)新不足等問(wèn)題,在功能機(jī)理、優(yōu)良菌種、高效優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品及相關(guān)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)上仍未有重大突破,這些都是影響行業(yè)發(fā)展的瓶頸難題。 
  在眾多技術(shù)方案中,根際微生物與植物的關(guān)系不容忽視。根際是一個(gè)獨(dú)特的環(huán)境,是受植物根系和根系分泌物直接影響的薄層土壤,植物和土壤微生物在這里發(fā)生著廣泛復(fù)雜的相互作用。
  中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃所研究員張瑞福認(rèn)為,從應(yīng)用角度分析,研究植物與微生物在根際的相互作用對(duì)開發(fā)生物肥料和生物農(nóng)藥具有重要的意義。 
  農(nóng)業(yè)發(fā)展呼喚微生物肥料 
  土壤是作物賴以生長(zhǎng)的基地,而作物所需的營(yíng)養(yǎng)元素主要是依靠土壤中生活的、每克土以億計(jì)的微生物的作用。然而,目前的土壤問(wèn)題讓人擔(dān)憂。 
  在糧食十一連增的背后,化肥、農(nóng)藥的使用量不斷提升,牲畜糞便、秸稈等廢棄物也大量增加,已造成了農(nóng)村和農(nóng)田的廣泛面源污染和土壤肥力下降等嚴(yán)重問(wèn)題,惡化了生態(tài)和城鄉(xiāng)人民的生活環(huán)境。 
  中國(guó)農(nóng)業(yè)在未來(lái)發(fā)展中面臨著既要保持高產(chǎn),又要減少面源污染之時(shí),迫切需要可行的技術(shù)方案來(lái)降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)化肥、農(nóng)藥的依賴,提高其使用效率。而如何提高其使用效率? 
  在此種情況下,發(fā)展新型肥料,增強(qiáng)土壤活力,以可持續(xù)提高作物產(chǎn)量顯得尤為重要。 
  農(nóng)業(yè)部微生物產(chǎn)品質(zhì)量安全評(píng)估實(shí)驗(yàn)室和農(nóng)業(yè)部微生物肥料質(zhì)檢中心主任李俊曾向記者介紹過(guò),微生物肥料已成為植物營(yíng)養(yǎng)與肥料中的重要組成部分,在提高養(yǎng)分轉(zhuǎn)化利用率、維護(hù)植物健康成長(zhǎng)、增產(chǎn)提質(zhì)和保證可持續(xù)生產(chǎn)能力等方面具有不可替代的作用。 
  近年來(lái),我國(guó)微生物肥料增長(zhǎng)速度比較快,“每年有20%的增長(zhǎng),但總量還是偏小,不到肥料總量的3%?!睆埲鸶8嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。 
  而歐美及南美的巴西、阿根廷等國(guó)家這一比例要高得多,“這與我國(guó)對(duì)微生物肥料的重視及我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展對(duì)微生物肥料的需要不匹配,尤其是在國(guó)家關(guān)注農(nóng)業(yè)‘減肥減藥’的新形勢(shì)下?!睆埲鸶Uf(shuō)。 
  他認(rèn)為,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的化肥不合理使用,化肥過(guò)多會(huì)掩蓋甚至抑制微生物的肥效,使農(nóng)民認(rèn)為微生物肥料效果不好,導(dǎo)致惡性循環(huán)。 
  此外,目前市場(chǎng)上微生物肥料所使用菌種性狀不好,企業(yè)在研發(fā)時(shí),對(duì)微生物肥料的核心要素——菌種的選育投入少,菌種來(lái)源雜亂,“造成微生物肥料產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,影響了微生物肥料的推廣?!睆埲鸶8嬖V記者。 
  根際微生物:植物的第二基因組 
  如何研究和開發(fā)新型肥料,并合理使用,成為我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要課題。 
  “對(duì)根際微生物和植物根系互作的研究,可以為微生物肥料開發(fā)中菌種的選擇及提高微生物應(yīng)用效果提供理論指導(dǎo)?!睆埲鸶Uf(shuō)。 
  據(jù)了解,根際微生物對(duì)宿主植物類似于腸道微生物對(duì)人體的重要性,根際微生物在養(yǎng)分轉(zhuǎn)化吸收、植物促生、污染物降解、有機(jī)質(zhì)分解、土傳病原菌抑制和植物健康維護(hù)、協(xié)助植物抵抗逆境等方面發(fā)揮重要作用。充分發(fā)揮根際微生物的有益作用是減少農(nóng)用化學(xué)品投入(減肥減藥)、支撐農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。 
  國(guó)際上目前倡導(dǎo)的農(nóng)業(yè)“常綠革命”是對(duì)過(guò)去幾十年“綠色革命”的進(jìn)一步提升,綠色革命的主要特征是依靠育種技術(shù)和農(nóng)用化學(xué)品投入增加糧食產(chǎn)量,而常綠革命倡導(dǎo)通過(guò)充分利用植物和微生物的有益互作促進(jìn)作物增產(chǎn),并提高產(chǎn)品品質(zhì)。 
  目前微生物肥料普遍面臨的共性問(wèn)題是大田應(yīng)用效果不穩(wěn)定,張瑞福指出,其主要原因是環(huán)境因素復(fù)雜多樣,對(duì)施入土壤中的微生物肥料菌株的存活、競(jìng)爭(zhēng)、定殖及功能發(fā)揮影響巨大。 
  張瑞福介紹,優(yōu)良菌種是微生物肥料的基礎(chǔ),由于土著微生物的競(jìng)爭(zhēng)和土壤環(huán)境的復(fù)雜,微生物功能的發(fā)揮會(huì)受到影響,“在菌種篩選收集時(shí),土壤適應(yīng)性和宿主植物的匹配性要成為考慮因素?!睆埲鸶Uf(shuō)。 
  事實(shí)上,微生物肥料菌株在植物根際的競(jìng)爭(zhēng)定殖能力是微生物肥料功能穩(wěn)定發(fā)揮的保障,所以對(duì)不同植物要選育在該植物根際競(jìng)爭(zhēng)定殖能力強(qiáng)的菌株研發(fā)微生物肥料,比如利用某種植物的根系分泌物作為營(yíng)養(yǎng),生長(zhǎng)速度快。 
  “菌種選育時(shí),應(yīng)以植物匹配性好、土壤適應(yīng)性廣為目標(biāo),微生物肥料菌種如果與植物匹配性能好,則該菌株的功能發(fā)揮受宿主植物影響較大?!睆埲鸶Uf(shuō)。 
  在此基礎(chǔ)上,受土壤環(huán)境影響就較小,從而研制地域廣適性的作物專用微生物肥料,便于推廣應(yīng)用,因?yàn)檗r(nóng)民對(duì)作物類型的判斷要比對(duì)土壤類型的判斷容易。 
  求突破重推廣 
  根際微生物種類繁多,張瑞福也指出了其中存在的問(wèn)題:“絕大多數(shù)還未獲得培養(yǎng),所以對(duì)根際微生物群落組成和功能表達(dá)的認(rèn)識(shí)還很片面,缺乏整體的認(rèn)識(shí)?!?nbsp;
  如何通過(guò)農(nóng)業(yè)措施調(diào)控根際微生物群落,使其結(jié)構(gòu)組成和功能發(fā)揮更能滿足植物營(yíng)養(yǎng)和健康需要,這些都是比較重要而具有挑戰(zhàn)性的課題,“但目前已經(jīng)有了很多有益的探索”。 
  據(jù)介紹,國(guó)際上對(duì)根際微生物研究非?;钴S,已經(jīng)通過(guò)高通量測(cè)序等技術(shù)探索根際微生物群落組成;宏基因組和轉(zhuǎn)錄組也應(yīng)用于對(duì)根際微生物功能基因表達(dá)時(shí)空特征的描述;還有對(duì)根際微生物組成與植物根系分泌物組分的關(guān)聯(lián)等研究,期望找到能誘導(dǎo)有益微生物到植物根際的根系分泌物組分,然后將其開發(fā)成“調(diào)控劑”;對(duì)根際微生物與植物互作的分子機(jī)制及信號(hào)也研究得非常深入。 
  事實(shí)上,科學(xué)家們提出應(yīng)該把增強(qiáng)與有益微生物互作作為植物的育種目標(biāo)之一,很多跨國(guó)公司如孟山都、杜邦、諾維信等都把利用根際有益微生物開發(fā)微生物肥料和微生物農(nóng)藥作為重要產(chǎn)品開發(fā)方向。 
  在我國(guó),中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所是我國(guó)微生物肥料研究的主要機(jī)構(gòu)之一,上世紀(jì)七八十年代研制出很多國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的微生物肥料產(chǎn)品,獲得了多項(xiàng)國(guó)家獎(jiǎng)勵(lì)。 
  “我也從事多年根際微生物與微生物肥料研究,收集建立了根際促生菌菌種資源庫(kù),尤其是在增強(qiáng)促生菌根際定殖以及微生物與根系互作的機(jī)理與調(diào)控機(jī)制上做了很多工作?!睆埲鸶Uf(shuō),希望能找到增強(qiáng)促生菌根際定殖的調(diào)控信號(hào),開發(fā)成微生物肥料的“增效劑”。 
  另外,張瑞福介紹,通過(guò)高通量測(cè)序與生物信息學(xué)等技術(shù),對(duì)根際微生物群落組成的解析及功能表達(dá)等方面也做了很多工作。 
  “我們研制的一些微生物肥料也通過(guò)與企業(yè)合作共同推廣?!睆埲鸶Uf(shuō)。 
  延伸閱讀 
  根際包含著復(fù)雜的微生物類群,一克根際土壤含有106~1010個(gè)微生物。這個(gè)復(fù)雜的微生物群體對(duì)宿主植物的健康和生長(zhǎng)發(fā)揮著重要的影響。根際是微生物定殖和發(fā)揮活性的重要區(qū)域,根系與土壤微生物之間的互作是特異的并處于共進(jìn)化的壓力下。根際微生物可以協(xié)助宿主植物抑制土傳病,提高養(yǎng)分的有效性和吸收,以及通過(guò)提高宿主植物的免疫力抵抗生物和非生物逆境,從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。反過(guò)來(lái),植物為根際微生物提供根系分泌物作為生長(zhǎng)基質(zhì)與分子信號(hào)。


(本網(wǎng)記者)