“我們已經從新疆鹽堿地采集的微生物裏，篩選出能依靠亞磷酸鹽提供的碳與甲酰胺提供的氮而生長的微生物。”近日，南京工業大學（以下簡稱“南工大”）食品與輕工學院教授江淩團隊成員、南工大副教授劉偉打開實驗室一個冷藏櫃的櫃門，向記者展示了一個微生物的世界。
隻見幾層櫃架上，擺滿了培養皿。裏麵的微生物雖然身份各異，但都有一個共同的使命，那就是貢獻出它們的耐鹽堿基因，推動鹽堿地治理。
最近，團隊正在嚐試將這些微生物應用於農業，希望能降低微生物菌種發酵成本，高效開發微生物菌劑。
係統篩選耐鹽堿微生物
新疆鹽堿地分布範圍廣、麵積大，占全國鹽堿地總麵積的22%，是潛在的耕地戰略儲備資源。“極端微生物因其強大的氧化還原能力，以及獨特的代謝產物，成為修複鹽堿及重金屬土壤最理想的微生物之一。”江淩說。
為了“喚醒”鹽堿地沉睡的微生物資源，從2012年開始，曆經十餘年，南工大、南京師範大學、新疆農業科學院微生物應用研究所等機構的科研人員組建的聯合研究團隊，進行上百次野外科考，在新疆輻射汙染區、阿克蘇鹽山、羅布泊鹽湖、冰川一號、艾丁湖等特殊環境中，采集了500餘份土壤樣本。
“經過係統篩選，我們最終建立了國內最大的來源於新疆輻射、鹽堿等極端生境的農業微生物種質資源庫，收錄了在極端環境中生長的5297株微生物菌株，並從中發現了烏魯木齊異常球菌等14個微生物新種。”江淩說。
江淩團隊成員、南工大教授朱麗英介紹，從新疆鹽堿地中篩選耐受高鹽環境，並能促進作物生長的微生物，始終是團隊的目標。
團隊從農業微生物種質資源庫進一步篩選出白蟻菌IS7、芽孢杆菌HM-311等57株菌株。“這57株菌株中，86%的菌株可以在氯化鈉含量達10%的溶劑中生存，50%的菌株具有分解無機磷的能力。其中，白蟻菌IS7抗逆性能強，不僅在氯化鈉含量達10%的培養基上生長良好，同時具有解磷、解鉀、固氮等特性；而芽孢杆菌HM-311對重金屬吸附去除率達90%以上。”劉偉說。
開發微生物高效製備技術
想要將發現的極端微生物菌株用於土壤改良，需要將其大規模製備。
“以往製備菌株時，需要抑製雜質產生，滅除不相幹的菌，所以要在高溫高壓的發酵罐中進行，能耗較高。”劉偉說。
團隊在經過一年的摸索後，漸漸掌握了一種非滅菌高密度發酵過程放大技術。
“我們將發酵培養基中的磷源替換為亞磷酸鹽，氮源替換為尿素和甲酰胺後，發現培養基中並沒有滋生其他菌落，且亞磷酸鹽、尿素、甲酰胺為篩選獲得的微生物菌株提供了豐富的磷和氮。這意味著，將這些物質用於定向培養微生物菌株，可以提高培養的純度和效率，降低發酵成本。”劉偉說。在此基礎上，團隊進一步通過人工神經網絡和遺傳算法結合的智能模型，對發酵培養基成分進行了優化，以菌株的生物量和發酵體係中菌群結構為評價指標，確定了最優發酵培養基組分，實現了芽孢杆菌的非滅菌發酵，使原料成本下降了30%。
鹽堿土壤修複效果顯現
“科研成果隻有走出實驗室，在廠房車間、田間地頭開花結果，才能真正地發揮作用。”江淩說，極端生境農作物種植是個係統工程，考慮到微生物菌劑的應用過程受溫度、酸堿度等環境條件影響，團隊製備了基於功能菌、海藻糖、生物炭的三聯複合微生物菌劑。
“我們將三聯複合微生物菌劑應用於在重金屬汙染土壤中種植的盆栽玉米，發現菌劑固化了土壤中的重金屬離子，玉米芽與根對鉛離子的富集量分別下降了40.86%和51.34%，玉米植株長度與幹重分別提高了23.6%和73.3%。”劉偉說。
我國新疆地區鹽堿土地分布廣，農業種植難。針對這一問題，團隊還與新疆天物生態環保股份有限公司開展聯合技術攻關，開發了係列複合微生物菌劑，取得了3項肥料登記證，並在新疆石河子、阿克蘇等地區的鹽堿地進行了鹽堿土壤修複示範工程。
江淩介紹，通過3—5年的推廣應用，堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質等土壤肥力指標分別提高了26.3%、24.7%、40.2%、37.8%。同時，鹽漬化土壤農作物的生長與存活率得到有效提升，其中，棉花、沙棘、甘草等作物存活率分別從57%、55%、60%提升至96%以上，畝產分別提升了21.5%，26.4%、18.3%。
“未來，我們希望能篩選出更多耐鹽、吸附土壤重金屬的微生物，用於改良江蘇等沿海區域的鹽堿地，以提高土壤肥力、植物產量。”江淩說。
來源:千龍網
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