生物肥料中使用了不同类型的微生物。生物肥料是有机农业的重要组成部分，在保持土壤长期肥力和可持续性方面发挥着至关重要的作用。生物肥料是农民提高单位面积生产力的可行选择。这些潜在的生物肥料将在土壤的生产力和可持续性方面发挥关键作用，并在保护环境方面发挥关键作用，为农民提供成本效益高的投入。同时，忽视确保和维持产品高质量标准的重要性将产生负面影响。因此，对生物育种剂及其功能的正确了解将为更好地录制资源铺平道路。因此，本章提供了有关不同细菌生物肥料的概述知识，它与植物的联系以及土壤中养分的转化。在可持续农业中采用合理的方法使用和管理微生物肥料将为未来发展提供巨大潜力。

1.简介

农业目前面临的挑战之一是环保。尽管我们已经从生产中收获了绿色革命的好处，但另一方面，近来已经意识到了化学革命的另一面，即过度使用化肥以及随之而来的土壤健康状况的恶化。因此，实践有机农业的意识已带入各个领域，有机农业产品正在抢占巨大的市场。有机农业实践之一包括在农业中使用生物肥料。生物肥料还具有其他一些优势，例如它们具有成本效益，生态环保和可再生的植物养分来源，因此构成了综合养分管理的重要组成部分之一。到目前为止，我们还不能说生物菌剂是化学肥料的正确替代品，但是在不久的将来，对生物肥料的科学理解将为其正确使用铺平道路并获得全部利益。除此以外，在全球范围内，最近发表的有关生物肥料的著作还阐明了生物菌剂的不同作用。除了不同作物中的养分转化。值得一提的是，由于接种了生物菌剂联合体，小麦的根部生长增加了。该根瘤菌接种可增加豆类作物的脱氨酶活性。因此，本章重点介绍不同的生物菌剂及其在农业中的用途。

2.土壤微生物在养分转化中的重要性

众所周知，土壤微生物具有多种酶系，因此可以在土壤中进行各种养分转化，这对于维持土壤平衡及其健康非常重要。在养分转化中，氮和磷的转化非常重要，因为它们是土壤中主要的植物养分。

3.生物固氮

生物固氮是氮循环的一个组成部分，其中涉及通过特定的土壤微生物固定大气中的氮。固氮能力仅限于某些细菌和很少的放线菌，它们属于不同的类别，它们被称为重氮营养菌。重氮营养微生物普遍存在于土壤中，并根据固氮到植物的方式进行分类。

生物固氮过程首先在厌氧细菌巴氏梭菌中得到了证明，该细菌已从中分离出酶氮酶。然而，今天，这种生物还没有被商业化地用于这个目的。固氮由固氮酶介导，固氮酶将气态氮还原为氨。所有的重氮营养菌似乎都拥有这种酶，并发现它们提供了非常相似的固氮机理。

4. 溶磷生物菌剂

磷的命运是它与土壤中存在的盐形成磷灰石。在酸性土壤中，磷将变为磷酸铝和磷酸铁，而在碱性土壤中，磷将变为磷酸钙或磷酸钠，无法为植物吸收。为了使这些形式的磷可用，某些生物菌剂会产生有机酸，这些有机酸会将其转化为可溶形式，比如植物可以吸收的次磷酸盐。溶磷细菌的实例：巨大芽孢杆菌磷酸盐变种、巨大芽孢杆菌磷酸盐变种、枯草芽孢杆菌、圆形芽孢杆菌、条纹假单胞菌。

5.磷动员细菌

土壤微生物能够溶解沉淀态磷或矿化有机磷。最重要的磷动员细菌是假单胞菌和芽孢杆菌。这些微生物通常与根际有关，当接种到植物上时，通常会改善生长和磷营养，在温室和大田条件下都能观察到反应。尽管如此，成功应用微生物菌剂的例子很少。基本上，在不同的环境条件下，由于缺乏一致的性能，它们无法得到更广泛的应用。可以通过一些已知的事情来阐明这种可变性能。

芽孢杆菌能将必需营养素的复杂形式，如磷和氮转化为植物根系吸收过程中使用的简单有效形式。在植物细胞中，磷酸盐参与核酸、磷脂和三磷酸腺苷（ATP）代谢以及其他代谢途径。芽孢杆菌分泌的磷酸酶和有机酸酸化了周围的环境，促进了无机磷酸盐转化为游离磷酸盐。另外，氮是植物蛋白质、核酸和其他有机化合物的重要组成部分，土壤中氮的有效形式有限，这会减缓自然生境中植物的生长。一些含氮细菌的氨释放。芽孢杆菌具有nif H基因，能产生固氮酶，固氮酶能固定大气中的氮气，并提供给植物，通过延缓衰老来促进植物生长和产量。芽孢杆菌通过铁载体产生的铁螯合特性有助于从根际的矿物质和有机化合物中溶解铁。铁载体结合了复杂物质中的Fe3+，并将Fe3+还原为Fe2+，然后进入植物体内（表1）。

表格1  芽孢杆菌对农作物的生物肥料作用

种子萌发受糖、硝酸盐和植物激素的调节，如生长素、细胞分裂素、乙烯、脱落酸（ABA）、气体、油菜素甾体（BR）和光照。土壤中的盐分沉积降低了植物生长介质的渗透势，并降低了水分利用率。植物对盐诱导的渗透胁迫的反应是关闭气孔，从而限制细胞水分和气体交换的损失，从而降低光合速率。

6.植物生长促进根际细菌（PGPR）

植物生长促进根际细菌（PGPR）是一类异质微生物，除了作为生物防治剂和植物激素的产生者外，还具有在根际定居的能力，从而促进植物生长。PGPR还可以改变植物的生理过程，从而提高养分的吸收。这些生物具有产生铁氧体的能力，铁氧体是一类高亲和力的铁转运分子，也可作为生长促进因子。PGPR产生铁载体或影响由铁不足的条件下产生铁单核的铁载体产生的铁载体的能力形成黄色，绿色荧光铁载体铁络合物。已知有几种微生物会通过生成铁载体来螯合铁。著名的PGPR包括固氮菌，固氮螺菌，固氮菌，克雷伯菌，芽孢杆菌，假单胞菌，节杆菌，肠杆菌，伯克霍尔德菌，沙雷氏菌和根瘤菌。

7.商业上重要的重氮营养菌

根瘤菌是研究最多的与豆科植物共生共生的生物菌剂。科学家首先证明了豆科植物可以固定大气中的氮气，澄清了这个过程是由豆科植物根部的细菌完成的。对纯化后的细菌进行了各种检测，现已在各种工业生产装置中得到了成熟的固氮菌株。

这种生物菌剂是豆科作物特有的，在植物根部形成根瘤。收获作物后，土壤肥力也会增加。因此，它是最优选的生物絮凝剂。除了根瘤菌外，在田菁中发现的一些根瘤菌被称为偶氮根瘤菌。根瘤菌是豆科作物特有的，因为它们产生NOD因子。然而，一些豆科植物在接种其他豆科植物的根瘤菌后能产生有效的根瘤，这被称为交叉接种群。

8.固氮螺菌

固氮螺菌与禾本科植物根系形成联合共生关系，被认为是重要的重氮菌。一般推荐用于水稻作物。该菌属微嗜气菌，有些是有氧运动的，革兰氏阴性，很适合稻田条件。它最早由Beijernick分离，命名为Spririllum lipoferum，后来被命名为Azospirillum。除了固氮能力外，它们还产生促进生长的物质，如吲哚乙酸[17]。偶氮螺菌的一些重要种类如下：Brasilense、 Lipoferum、Amazonense、Halopraeferens、Irkense、Dobereinerae、 Largimobilis

9.固氮菌

固氮菌是Beijernick在许多植物根际土壤中发现的革兰氏阴性菌。这种细菌是公认的重氮养菌，在其栖息地固定大气氮。由于其适应性强、固氮能力强，已被广泛应用于多种农作物的农业生产中，并被誉为固氮菌素的商标。一些固氮菌，已知能产生褐藻酸，一种用于医药工业和食品工业的化合物，用作冰淇淋和蛋糕的添加剂。除了固氮能力外，它还合成许多植物激素，如生长素，有助于促进植物的生长。它们参与调动土壤中的重金属，因此也用于生物修复目的。许多固氮菌都是色素的产生者，在农田中可以降解芳香化合物。

10.葡糖杆菌属重氮营养菌

它们是寄生在甘蔗茎内的内生细菌，它喜欢高蔗糖和高酸含量以维持其生存。它们能够捕获大气中的氮并转化为氨态氮。此外，它们还以耐醋酸刺激植物生长而闻名。这种细菌最早是由科学家弗拉基米尔·卡瓦坎特和约翰娜·多贝雷纳在巴西发现的。原名醋酸杆菌属醋酸杆菌科，因碳源需要而得名。除固氮能力外，已知它们还合成吲哚-3乙酸，从而促进相关植物物种的生长。也有报道表明这种细菌控制着甘蔗的病原菌，特别是白单胞菌。因此，近年来它是最推荐的甘蔗生物菌剂。

11.藻类生物肥料

早在1939年，世卫组织将热带水稻的自然肥力归因于绿蓝胆生藻类，早在1939年就意识到了藻类生物肥料的潜力。在藻类中，只有蓝绿藻具有生物固氮能力，这是因为蓝藻中存在异囊细胞。该生物菌剂仅推荐用于水稻作物，并在收获后通过固氮和有机质富集来提高土壤肥力。在水稻双季栽培中发现了一些抑制水稻生长的杂草。除此之外，一些藻类还通过产生促生长物质来促进生长。

以下是一些固氮藻类物种：（a）单细胞固氮藻类的例子：舌囊藻、格洛菌属、聚球球菌属、蓝藻属、球藻属、合胞囊藻属、角孢菌属、沙美松属、美林藻属；（b）丝状非异源胞状蓝藻、振荡藻、螺旋藻、节螺旋菌属、山楂属、微孔菌属，假丝酵母；（c）丝状异囊型鱼腥藻、念珠菌、钙丝酵母、根瘤菌、圆柱藻、丝状丝状体。

12.偶氮鱼腥藻

鱼腥藻（Anabaena）是一种特殊的藻类，与自由漂浮的水生蕨类植物红萍形成共生关系。水蕨类植物在自然界是双叶的，藻类居住在蕨类植物的根部。与红萍形成共生共生关系的常见藻类有小叶锦葵、丝状锦葵、羽状锦葵、卡罗里亚纳、尼罗提卡、红曲霉和墨西哥海棠。这种藻类从水蕨类植物身上获得庇护和碳，进而固定大气中的氮。它们的繁殖需要阳光和水，因此可以作为双季作物用于水稻。作为双作物作物，红萍可减少20-25%的氮需求。

13.结论

在发展中国家，最重要的挑战是从缺乏弹性的土地上为不断增长的人口生产足够的粮食。这些微生物从大气中吸收大量的氮，溶解磷，并用这种重要但稀少的养分丰富土壤。因此，作物细菌性土壤生态系统可以在具有相当生态稳定性和环境质量的可持续农业中获得活力。