芽孢桿菌活化土壤殘留磷的機(jī)制及影響因素

雷吉琳，李乃薈，陳 碩，許陽坪，彭宇濤，張 帥，陳 清

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193；2. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，黑龍 江哈爾濱 150038；3. 四川安達(dá)農(nóng)森科技股份有限公司，四川 什邡 618400）

0 引言

磷肥的當(dāng)季利用率僅有5%～25%［1］，大部分施入土壤中的磷酸鹽被土壤中鐵、鋁、鈣、鎂等礦物吸附，或者與其金屬離子結(jié)合為難溶性的磷酸鹽，降低了磷素的植物有效性。為了有效保障農(nóng)作物生產(chǎn)的磷素需求，生產(chǎn)中普遍過量地施用磷肥，不僅浪費(fèi)磷肥資源，也進(jìn)一步增加了土壤中的磷素累積以及土壤磷素向水環(huán)境中遷移的潛在風(fēng)險［2］。

土壤磷素累積已經(jīng)成為農(nóng)田土壤中的一個普遍現(xiàn)象，尤其是在高度集約化的設(shè)施菜田土壤上，這些累積的磷素被稱為土壤殘留磷［3］。有研究表明土壤溶解態(tài)和吸附態(tài)磷在總磷中所占的比例隨著土壤殘留態(tài)磷的累積迅速增加，這部分磷素增加了水體的潛在性污染風(fēng)險［4］。因此，提高土壤中殘留磷的利用效率至關(guān)重要。施用含溶磷菌的微生物肥料可使土壤中的殘留磷得到釋放，而且能夠改良土壤，豐富土壤中的微生物群落，提高土壤酶活性，部分溶磷菌還能有效抑制土壤病原菌，提高作物健康水平［5］。

溶磷微生物能夠有效促進(jìn)土壤中難溶性的磷酸鹽轉(zhuǎn)化為植物可吸收利用的有效磷［6-7］。芽孢桿菌（Bacillusspp.）作為一種典型的溶磷微生物，是一類好氧或兼性厭氧并能產(chǎn)生抗逆性芽孢的革蘭氏陽性細(xì)菌，其種類繁多、遺傳穩(wěn)定性強(qiáng)，并且具有耐高溫和抗逆性強(qiáng)等特性，大部分具有生防功能，能夠有效地防控土傳病害［8-9］。2007年以來，國內(nèi)外關(guān)于芽孢桿菌溶磷的研究逐年遞增，主要包括具有溶磷效果的芽孢桿菌的篩選與鑒定等基礎(chǔ)性研究以及探究不同種類芽孢桿菌溶磷機(jī)制及效果評價等，也有很多研究從分子水平對其溶磷機(jī)制進(jìn)行闡述。筆者綜述了當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)于芽孢桿菌溶磷的研究進(jìn)展，總結(jié)了芽孢桿菌活化土壤磷素的主要機(jī)制，系統(tǒng)分析了影響芽孢桿菌溶磷性能的不同因素，為優(yōu)化溶磷菌生長條件，更有效地利用生物手段來提高土壤磷素有效性與減少磷素投入提供理論參考。

1 溶磷芽孢桿菌的概況

1.1 溶磷芽孢桿菌的種類

目前，具有溶磷功能的芽孢桿菌類微生物主要包括：側(cè)孢芽孢桿菌（Bacillus laterosporus）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、巨大芽孢桿菌（Bacillus megaterium）、阿氏芽孢桿菌（Bacillus aryabhattai）、地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、多粘類芽孢桿菌（Paenibacillus polymyxa）、解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）等［10-16］，不同種類的芽孢桿菌均具有良好的磷素活化效果。李晶等［17］發(fā)現(xiàn)，具有生防功能的枯草芽孢桿菌NCD-2能夠促進(jìn)土壤有機(jī)磷礦化，釋放磷酸鹽。王海德在牡丹、煙草等作物根際篩選出4 株具有良好溶磷效果的菌株，其中菌株GQJK61 和JTYP2 為貝萊斯芽孢桿菌（Bacillus velezensis），菌株GQJK60 是特基拉芽孢桿菌（Bacillus tequilensis），菌株YP3N101是空氣芽孢桿菌（Bacillus aerius）［18］。王效禹篩選出了J1、J2、J3 3株巨大芽孢桿菌，試驗結(jié)果表明它們在土壤中均可有效分解難溶性無機(jī)磷（Ca3（PO4）2）［10］。蔣曉玲等在微生物菌肥的研制過程中，發(fā)現(xiàn)玉米內(nèi)生細(xì)菌解淀粉芽孢桿菌Y19的溶磷活性優(yōu)于多粘類芽孢桿菌Y10、巨大芽孢桿菌Y13［11］。其他一些研究較少的芽孢桿菌如克里布所類芽孢桿菌（Paenibacillus kribbensis）CX-7 對磷酸三鈣和鉀長石也表現(xiàn)出良好的溶解能力［12］。

枯草芽孢桿菌OP16 能溶解磷酸三鈣并加速卵磷脂礦化［13］。杜春梅等［14］獲得的4 株側(cè)孢芽孢桿菌BL-11、BL-12、BL-21 和BL-22 均表現(xiàn)出良好的溶解難溶性無機(jī)磷及礦化有機(jī)磷的能力。王珍等［15］發(fā)現(xiàn)臘狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）、蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis）以及阿氏芽孢桿菌對無機(jī)磷和有機(jī)磷均具有良好的溶解及礦化能力。馬夙靜在蒙金娜有機(jī)磷培養(yǎng)基以及PKO 無機(jī)磷培養(yǎng)基上培養(yǎng)多粘類芽孢桿菌ZYPP18，并且測定該菌株培養(yǎng)液的酸堿性、正磷酸鹽含量及磷酸酶的活性，表明ZYPP18 對無機(jī)難溶磷及有機(jī)磷具有良好的活化能力［16］。

1.2 芽孢桿菌的溶磷特性

芽孢桿菌分泌的活性物質(zhì)可以使土壤中被固定的磷素再次被利用，有效地改善根區(qū)土壤磷供應(yīng)狀況［19］。不同種類芽孢桿菌的溶磷能力不同，如解淀粉芽孢桿菌的溶磷能力明顯高于巨大芽孢桿菌和多粘類芽孢桿菌［13］。還有研究發(fā)現(xiàn)，橋石短芽孢桿菌（Brevibacillus choshinensis）JYP-2、JYP-3 促使有機(jī)磷礦化的能力強(qiáng)于枯草芽孢桿菌JYP-1、JYP-4，這與不同的芽孢桿菌在生長過程中產(chǎn)生酶的種類和數(shù)量不同有關(guān)［20］。同一種芽孢桿菌在不同pH條件下的溶磷能力也存在差異，如HL-1菌株在酸性生長條件下的溶磷能力明顯高于堿性條件［21］。培養(yǎng)基中的碳源、氮源不同，芽孢桿菌的溶磷特性也會產(chǎn)生差異，如蕭龍珍等發(fā)現(xiàn)巨大芽孢桿菌XS2對磷酸鈣的溶解能力顯著高于對磷酸鋁和磷酸鐵的溶解能力，該菌株以銨態(tài)氮為氮源時溶磷能力較以硝態(tài)氮為氮源好，以葡萄糖等單糖為碳源時溶磷效果較以雙糖或多糖為碳源時更好［22］。

2 芽孢桿菌活化土壤磷素的機(jī)制

芽孢桿菌活化土壤磷素的主要機(jī)制包括分泌有機(jī)酸、磷酸酶及胞外多糖等螯合物質(zhì)，以及與土壤中其他微生物群落發(fā)生相互作用等，并且微生物腐解植物殘體的過程中會產(chǎn)生胡敏酸和富里酸，這2種酸可與Ca2+、Fe3+和Al3+等金屬離子復(fù)合，釋放出磷酸鹽，進(jìn)而會影響植物對于土壤磷素的吸收利用［23-31］，并且芽孢桿菌的溶磷能力及作用機(jī)制因菌種不同而各不相同。

2.1 產(chǎn)有機(jī)酸機(jī)制

芽孢桿菌通過釋放有機(jī)酸及分泌質(zhì)子溶解土壤無機(jī)磷是其溶磷的主要作用機(jī)制。微生物分泌有機(jī)酸（乙酸、草酸、檸檬酸、丙二酸及羥基酚酸類有機(jī)酸等），導(dǎo)致土壤pH 下降，磷酸鹽溶解［23］；與此同時，有機(jī)酸陰離子與鐵、鋁、鈣、鎂等金屬離子結(jié)合，并且與磷酸根競爭吸附位點(diǎn)，從而釋放土壤中被固定的磷素。在高磷累積的設(shè)施土壤上，鐵、鋁氧化物結(jié)合磷的增加或釋放對土壤磷素移動可能產(chǎn)生顯著影響，以鐵氧化物上結(jié)合的磷素為例，有機(jī)酸通過配體交換、靜電及范德華力作用、螯合作用、形成離子鍵橋及氫鍵來與鐵氧化物結(jié)合的磷競爭吸附位點(diǎn)［24］。韓麗珍等［25］利用GCTOF-MS 對2 株不同的溶磷芽孢桿菌培養(yǎng)液中的代謝產(chǎn)物進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)與對照相比，培養(yǎng)液中的有機(jī)酸種類及數(shù)量顯著增加，并且不同的芽孢桿菌在發(fā)揮溶磷作用時產(chǎn)生的有機(jī)酸種類不同，貝萊斯芽孢桿菌HP9 溶磷過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸主要為乳酸、順丁烯二酸、草酸等，堅強(qiáng)芽孢桿菌（Bacillus firmus）HP10產(chǎn)生的有機(jī)酸主要為5-氨基戊酸、丁二酸等。巨大芽孢桿菌NCT-2 通過分泌乳酸、乙酸、琥珀酸、丙酸、丁酸、葡萄糖酸等物質(zhì)使無機(jī)磷溶解［26］，巨大芽孢桿菌SM0307、SS0303、SS0306在以磷酸三鈣為唯一磷源時可溶性磷質(zhì)量濃度分別為134.9、362.3、112.7 mg/L；以自然磷酸鹽為唯一磷源時可溶性磷的質(zhì)量濃度為281.5、253.7、254.2 mg/L，這3 株芽孢桿菌均是通過分泌馬來酸來溶解無機(jī)磷［27］。另1 株巨大芽孢桿菌ZS-3 也是通過分泌有機(jī)酸來溶解無機(jī)磷，在以磷酸三鈣為唯一磷源的液體培養(yǎng)基上，溶磷量隨培養(yǎng)時間呈現(xiàn)出先升高后下 降 的 趨 勢［28］。 脂 環(huán) 酸 芽 孢 桿 菌（Alicyclobacillus）A1 通過分泌以草酸和檸檬酸為主的混合有機(jī)酸來溶解難溶性的無機(jī)磷［29］?？莶菅挎邨U菌JT-1 分泌蘋果酸、延胡索酸、琥珀酸、檸檬酸等溶磷有機(jī)酸使難溶磷培養(yǎng)基中的溶磷率高達(dá)38.7%［30］。PRABHU等在以磷酸三鈣為難溶性磷源探究黃海芽孢桿菌（Bacillus marisflavi）FA7溶磷機(jī)制的過程中發(fā)現(xiàn)草酸和甲酸以及氨同化過程中質(zhì)子的排放可能是該菌株溶解磷酸鹽的主要原因［31］。目前還有很多研究關(guān)注細(xì)菌產(chǎn)酸途徑中的調(diào)節(jié)基因，其中PQQ（吡咯喹啉醌）合成基因（pqqE）最具代表性，其編碼產(chǎn)物可以促進(jìn)細(xì)菌對無機(jī)磷的溶解利用［32］。

雖然以上研究認(rèn)為溶磷芽孢桿菌是依靠分泌有機(jī)酸來溶解無機(jī)磷的，但也有很多研究存在矛盾的結(jié)果。比如趙小蓉等［33］研究發(fā)現(xiàn)溶磷細(xì)菌發(fā)酵液中溶磷量與有機(jī)酸種類與含量之間并無明顯的關(guān)聯(lián)。然而在探究芽孢桿菌溶磷機(jī)制的過程中，培養(yǎng)介質(zhì)酸度的提高不能完全作為判斷溶磷菌溶磷機(jī)制的依據(jù)，主要是pH 的降低可能來源于多方面原因。芽孢桿菌不僅可以通過分泌有機(jī)酸使培養(yǎng)介質(zhì)pH 下降，也可以通過NH4+的同化作用釋放出質(zhì)子H+或呼吸作用產(chǎn)生CO2，降低pH達(dá)到溶磷效果［34］。

2.2 產(chǎn)酶機(jī)制

土壤中的有機(jī)磷化合物主要以肌醇磷酸鹽、植酸鹽、磷脂等形式存在，農(nóng)田土壤中有機(jī)磷的比例并不高，一般不會超過20%［35］，但其在磷素循環(huán)中扮演著重要的角色。芽孢桿菌通過分泌酸性或堿性磷酸酶，將植酸鹽、磷脂等含磷有機(jī)化合物分解為簡單的無機(jī)化合物并且釋放磷酸鹽是其活化土壤磷素的另外一個重要途徑。酸性磷酸酶能夠從不同的有機(jī)磷底物上水解磷酸基團(tuán)，釋放出無機(jī)磷供植物吸收利用，堿性磷酸酶可以催化幾乎所有的磷酸單酯的水解反應(yīng)，生成無機(jī)磷和相應(yīng)的醇、酚、糖等，促進(jìn)植物生長繁殖［36］。研究發(fā)現(xiàn)巨大芽孢桿菌ZS-3 通過分泌酸性磷酸酶、堿性磷酸酶來實(shí)現(xiàn)對有機(jī)磷的礦化［28］。徐愛芳等［37］篩選到13株春蘭根內(nèi)生有機(jī)磷降解菌，且大部分為芽孢桿菌屬，這些芽孢桿菌主要是通過降解有機(jī)磷實(shí)現(xiàn)促生作用。林啟美等［38］對農(nóng)田、草地、林地和菜地作物的根際土壤溶磷微生物數(shù)量和種群結(jié)構(gòu)研究時，同樣發(fā)現(xiàn)有機(jī)磷降解細(xì)菌主要是芽孢桿菌屬。磷酸酶是芽孢桿菌解磷前期分泌的一種重要解磷物質(zhì)。李文謙等［23］通過對芽孢桿菌礦化有機(jī)磷過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物進(jìn)行探究時發(fā)現(xiàn)，磷酸酶的活性在發(fā)酵初期比較高，隨著發(fā)酵時間的延長，磷酸酶活性緩慢下降。解淀粉芽孢桿菌YP6通過分泌堿性磷酸脂酶來礦化有機(jī)磷［39］。PRABHU 等在探究黃海芽孢桿菌FA7 礦化有機(jī)磷機(jī)制時發(fā)現(xiàn)在其培養(yǎng)液中磷酸酶活性和蛋白質(zhì)的質(zhì)量濃度分別達(dá)到5.14 U/mL 和368.5 g/mL，胞外堿性磷酸酶的分泌是有機(jī)磷礦化的主要原因［31］。

很多研究從分子角度解釋了芽孢桿菌礦化土壤有機(jī)磷的機(jī)制［40-46］。phoR基因是堿性磷酸酶和磷酸二酯酶合成的調(diào)控基因，李晶［40］發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌NCD-2 中的phoR基因與其降解卵磷脂能力具有顯著相關(guān)性。有研究者在探究蘇云金芽孢桿菌HDBP2、蠟狀芽孢桿菌HDBP4 和HDBP5 活化土壤磷素的分子機(jī)制時，克隆出了編碼堿性磷酸酶的基因phoD、phoA和phoX，堿性磷酸酶在有機(jī)磷水解生成正磷酸鹽的過程中發(fā)揮著重要作用，這也解釋了芽孢桿菌礦化有機(jī)磷的原因［41］。微生物在有機(jī)磷礦化過程中產(chǎn)生的另外一類酶是植酸酶，這種酶負(fù)責(zé)釋放土壤中（植物種子和花粉）以植酸形式儲存的有機(jī)物質(zhì)中的磷［42］。有研究報道在枯草芽孢桿菌中克隆到植酸酶基因，并驗證了該基因的功能［43］，證明了該芽孢桿菌通過分泌植酸酶使土壤中的植酸被分解、礦化，成為植物可以吸收利用的無機(jī)磷酸鹽。肌醇六磷酸酶也在有機(jī)磷的分解過程中起著關(guān)鍵作用［44］，土壤中的肌醇六磷酸鹽主要來自動物排泄物和施入土壤的有機(jī)肥，肌醇六磷酸鹽中的磷只有通過肌醇六磷酸酶水解后才能被植物吸收利用。截至目前，已從枯草芽孢桿菌等細(xì)菌中分離克隆出肌醇六磷酸酶基因（phyA）［45］，并鑒定了該基因分解肌醇六磷酸鹽的功能，土壤接種含有phyA基因的微生物后可明顯促進(jìn)植物對肌醇六磷酸鹽的利用［46］。

2.3 產(chǎn)其他活性物質(zhì)

硫酸、硝酸等無機(jī)酸［47］以及螯合物質(zhì)（如胞外多糖）也是芽孢桿菌溶磷的重要介質(zhì)［23］。無機(jī)酸解離出的H+與PO43-結(jié)合形成可溶性H2PO4-和HPO42-，從而實(shí)現(xiàn)芽孢桿菌對于難溶性磷的溶解［48］。胞外多糖等螯合物質(zhì)中存在大量具有螯合重金屬離子功能的陰離子官能團(tuán)，可對Ca2+、Fe3+、Al3+等金屬離子進(jìn)行絡(luò)合，釋放磷酸根離子［49］。李文謙等［23］在探究枯草芽孢桿菌溶磷機(jī)制時發(fā)現(xiàn)在其代謝過程中多糖的產(chǎn)生量最高達(dá)到54.2 mg/L，這表明胞外多糖的分泌與該菌株溶磷效果有關(guān)。還有研究指出，具有較強(qiáng)溶磷能力的芽孢桿菌如巨大芽孢桿菌P17，通過自身分泌的有機(jī)酸和多糖的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)了對難溶性無機(jī)磷的活化［50-51］。

2.4 與土壤中微生物群落發(fā)生相互作用

溶磷芽孢桿菌作為外源微生物進(jìn)入土壤，通過與土著微生物群落競爭氧氣、空間等生態(tài)位才能夠在作物根際定殖、發(fā)揮溶磷作用［52］。而在與土著微生物競爭的過程中也會發(fā)生諸如共生、寄生、拮抗等相互作用，引起土壤微生物群落的變化，進(jìn)而間接影響芽孢桿菌的溶磷作用。土壤本身存在一些具有溶磷能力的優(yōu)勢菌株（如：假單胞菌），芽孢桿菌進(jìn)入土壤后是否會與其產(chǎn)生相互作用從而加速土壤釋放可溶性磷仍有待研究。

有研究指出，巨大芽孢桿菌作為外源微生物施入土壤后，可以通過調(diào)節(jié)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)從而提高土壤中磷和鉀的生物可利用性，并且促進(jìn)辣椒生長［53］。有學(xué)者利用從半干旱區(qū)黑紅樹林、白紅樹林和紅樹根際分離出的2種細(xì)菌—生長緩慢的固氮細(xì)菌（Phyllobacteriumsp.）和生長迅速的溶磷菌地衣芽孢桿菌處理紅樹林幼苗，發(fā)現(xiàn)與單獨(dú)添加2株菌株的處理相比，2種菌株聯(lián)合施用時固氮和磷酸鹽增溶效果有所增加。這表明在探究利用溶磷芽孢桿菌活化土壤磷素及促進(jìn)植物生長時，應(yīng)考慮外源施入的菌株與根際各微生物之間的相互作用［54］。溶磷菌施用于土壤中時很有可能會與土壤中的固氮菌相互作用，溶磷芽孢桿菌的存在會增加土壤中水溶性磷含量，為固氮菌提供所需的磷素營養(yǎng)，而土壤中的固氮菌在其生命代謝活動中會合成和分泌一些生理活性物質(zhì)，加速芽孢桿菌芽孢的萌發(fā)［55］。

芽孢桿菌在促進(jìn)土壤磷素活化的過程中還會與菌根真菌等發(fā)生相互作用，促進(jìn)其溶磷效果，進(jìn)而促進(jìn)作物生長［56］。目前關(guān)于外源芽孢桿菌施入土壤后與土著微生物發(fā)生競爭拮抗作用從而影響芽孢桿菌磷素活化能力的研究還很少，加強(qiáng)溶磷芽孢桿菌與土壤中其他功能微生物相互作用的研究對于進(jìn)一步科學(xué)合理應(yīng)用芽孢桿菌十分重要。

3 影響芽孢桿菌溶磷效果的因素

3.1 磷源

有研究發(fā)現(xiàn)［57］巨大芽孢桿菌P17 在以黃金卡黃磷礦、湖北黃麥嶺磷礦等變質(zhì)型磷塊巖為磷源時，表現(xiàn)出更高的溶磷能力。在研究巨大芽孢桿菌NCT-2對多種難溶性含磷物溶解效果時發(fā)現(xiàn)［26］，相較于其他磷源來說，菌株對植酸鈣的溶解效果最好，同時發(fā)現(xiàn)該菌株在以磷酸鈣為磷源時，溶磷效果會隨菌株的生長而發(fā)生變化，并且磷酸鈣的濃度過低或過高都會導(dǎo)致菌株溶磷量下降。同樣巨大芽孢桿菌XS2對Ca3（PO4）2、AlPO4、FePO4和磷礦粉均有較好的溶解能力，但可能是由于菌株XS2代謝產(chǎn)生的有機(jī)酸對Ca2+具有更好的螯合能力，對Al3+、Fe3+的螯合能力比較弱，其對于磷酸鈣的溶解能力顯著高于磷酸鋁和磷酸鐵。

3.2 pH

一般來說，微生物在酸性條件下的溶磷能力更強(qiáng)，比如枯草芽孢桿菌HL-1 的溶磷能力在很大程度上依賴于培養(yǎng)介質(zhì)pH 的降低，當(dāng)培養(yǎng)條件呈酸性時菌株的溶磷能力明顯高于堿性條件［21］。劉娜等［58］發(fā)現(xiàn)在pH為5.5～6.5時，枯草芽孢桿菌培養(yǎng)液中菌的濃度以及有效磷的濃度都呈現(xiàn)上升趨勢，之后隨著pH 的升高培養(yǎng)液中有效磷的濃度逐漸下降，因此pH 為6.5 時為該溶磷菌培養(yǎng)的最適pH。有些芽孢桿菌的溶磷能力在堿性培養(yǎng)條件下要強(qiáng)于酸性條件下，比如在探究不同pH 條件下貝萊斯芽孢桿菌X-P18 的溶磷能力時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH 為8 時溶磷量達(dá)到582.4 mg/L，而培養(yǎng)條件為酸性時菌株溶磷能力要弱于pH 為8 的情況，除此之外，蘇云金芽孢桿菌SKDJP-1、土壤短芽孢桿菌G2-19 最適培養(yǎng)pH 也是8［59-60］，巨大芽孢桿菌J1的最適培養(yǎng)pH為8.5［61］。芽孢桿菌TRSB16在pH為10的條件下溶磷量達(dá)到最大，該菌株對不同磷酸鹽的溶解量分別為Ca3（PO4）2239 μg/mL、AlPO4144 μg/mL、FePO492 μg/mL［62］。

3.3 碳源和氮源

碳源和氮源是微生物的主要營養(yǎng)物質(zhì)，供給不同的碳源、氮源會影響微生物的生長繁殖和生理生化代謝，繼而影響其溶磷效果。很多研究對比分析了不同碳源、氮源對菌株溶磷能力的影響，另外，碳氮比相同，溶磷菌的溶磷效果會隨著不同的碳氮量而發(fā)生變化［63-65］。在以葡萄糖為碳源時，貝萊斯芽孢桿菌HP9 和堅強(qiáng)芽孢桿菌HP10 溶磷能力最強(qiáng)，其次為蔗糖，以淀粉和乳糖為碳源時2株芽孢桿菌幾乎不具有溶磷性［34］，貝萊斯芽孢桿菌X-P18以甘露糖為碳源時溶磷能力最強(qiáng)［63］。巨大芽孢桿菌NCT-2［26］優(yōu)先利用葡萄糖，其次為麥芽糖和蔗糖，而對淀粉的利用能力較差，巨大芽孢桿菌XS2［22］菌株的最優(yōu)碳源同樣為葡萄糖，巨大芽孢桿菌PSB12 在以磷酸鹽巖為唯一磷源的Pikovskaya 培養(yǎng)基上以蔗糖、麥芽糖、葡萄糖為碳源時該菌株溶磷量分別為305.6、217.2、148.1 μg/mL［65］。大多數(shù)芽孢桿菌在以淀粉為碳源時溶磷能力最差，陳令等［21］發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌HL-1以可溶性淀粉為碳源時，在其生長過程中培養(yǎng)基pH 呈現(xiàn)上升的趨勢，這說明該菌株在以可溶性淀粉為碳源的溶磷過程中未分泌有機(jī)酸或質(zhì)子，或者分泌的有機(jī)酸或質(zhì)子不足以引起培養(yǎng)介質(zhì)pH 降低，進(jìn)而影響該菌株溶磷效果。除了碳源的種類，碳源的濃度也有可能會影響菌株的溶磷能力，前面提到的枯草芽孢桿菌HL-1以葡萄糖為碳源時溶磷能力最好，之后發(fā)現(xiàn)葡萄糖濃度的大小也會對溶磷微生物的溶磷能力、菌株的生長狀況造成影響：隨著葡萄糖濃度的增大，HL-1的溶磷能力呈先增大后下降，最后維持平穩(wěn)的趨勢。

氮源主要是通過抑制菌株產(chǎn)酸從而間接影響菌株的溶磷能力，并且溶磷菌對于銨態(tài)氮的利用是優(yōu)先于硝態(tài)氮的。比如嗜氣芽孢桿菌（Bacillus aerophilus）B3-5-6菌株的最優(yōu)氮源為（NH4）2SO4［48］。阿氏芽孢桿菌一直以來因為其良好的磷素活化能力而吸引著研究者的廣泛關(guān)注，陳言柳等［66］從油茶根際篩選出阿氏芽孢桿菌，對其進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)條件優(yōu)化時發(fā)現(xiàn)該菌株在以（NH4）2SO4為氮源時溶磷效果最佳。貝萊斯芽孢桿菌X-P18和巨大芽孢桿菌NCT-2 在氮源為（NH4）2SO4時溶磷效果最好［26，63］。然而，同種芽孢桿菌在不同的氮源條件下溶磷能力也會存在差異，同樣為貝萊斯芽孢桿菌的菌株HP9有著更強(qiáng)的氮源利用譜，在以KNO3為氮源的NBRIP培養(yǎng)基中溶磷能力最強(qiáng)。不同芽孢桿菌對于氮源的利用能力也不同，堅強(qiáng)芽孢桿菌HP10 在利用（NH4）2SO4時溶磷效果最好，然而在以KNO3為氮源時這種菌幾乎失去了溶磷能力［34］。

3.4 其他因素

土壤本身的緩沖能力不同也會使微生物的溶磷能力產(chǎn)生差異，溶磷菌分泌的質(zhì)子和有機(jī)酸可能會被中和，或與土壤中的金屬離子發(fā)生反應(yīng)，影響其溶磷能力［67-68］。與來自更溫和條件下的溶磷微生物相比，來自極端環(huán)境如鹽堿土壤、營養(yǎng)缺乏程度高的土壤，或來自極端溫度環(huán)境的土壤中的溶磷微生物表現(xiàn)出更強(qiáng)的活化磷素的能力［69］。除此之外，共存高濃度的Mn、Fe、Al 等金屬離子也會影響芽孢桿菌的溶磷能力，使得菌株的溶磷效果明顯降低［39］。有研究以貝萊斯芽孢桿菌X-P18 為供試菌株，發(fā)現(xiàn)改變初始接種量菌株溶磷效果沒有顯著差異，因此菌株初始接種量與溶液中磷含量的增加無必然聯(lián)系［69］。在對多個研究進(jìn)行分析比較時發(fā)現(xiàn)，研究者將菌株接種至新的培養(yǎng)基后，其溶磷能力及生長狀況都是由弱到強(qiáng)的，微生物最初的生長速率幾乎為零，這主要是因為微生物的代謝系統(tǒng)需要適應(yīng)新的環(huán)境，之后隨著培養(yǎng)時間延長微生物的適應(yīng)能力增強(qiáng)，其生長速率和代謝都會加快。

4 展望

芽孢桿菌作為一種抗逆性極強(qiáng)的微生物，可被制成微生物肥料，為提高土壤中有效磷含量、減少傳統(tǒng)化肥的施用、控制農(nóng)業(yè)面源污染提供了有效手段。但芽孢桿菌的應(yīng)用存在很多問題，比如：在不同類型的土壤和植物上應(yīng)用時，與其相適應(yīng)的芽孢桿菌的種類很難確定；在土壤中調(diào)控適合芽孢桿菌的生存條件是至關(guān)重要的；在探究外源芽孢桿菌活化土壤磷素的機(jī)制時，對芽孢桿菌與土著微生物之間相互作用的研究還很少，然而這部分研究對于芽孢桿菌應(yīng)用于土壤后的存活時間及溶磷效果必不可少；合理調(diào)節(jié)菌株不同的施用量對于溶磷微生物肥料作為新型高效的肥料種類從而促進(jìn)磷素高效利用非常重要。目前關(guān)于芽孢桿菌溶磷的分子學(xué)機(jī)制研究還不成熟，下一步研究應(yīng)著重從溶磷有關(guān)的功能基因的角度出發(fā)，利用基因工程構(gòu)建高效溶磷菌，為控制環(huán)境污染提供高效技術(shù)手段。