藍藻 (Cyanobacterium) 又稱藍細菌, 是地球上最早出現(xiàn)的一類能進行光合作用的原核微生物, 而固氮藍藻是指具有固氮能力的藍藻的總稱。目前已發(fā)現(xiàn)20多個屬150余種, 固氮藍藻具有極強的生態(tài)適應(yīng)能力, 可在許多生境中以游離態(tài)存在或與某些生物形成共生體, 是熱帶亞熱帶地區(qū)重要的微生物資源。近年來國內(nèi)外研究表明其在生物肥料、生物農(nóng)藥、功能食品、新藥物、新能源、新材料、污染修復(fù)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景稻田放養(yǎng)固氮藍藻不但能為作物提供氮素和有機質(zhì)、提高磷酸鹽溶解度、減少水土污染, 還能向作物根部供氧、分泌植物激素及抑制雜草生長等, 起到維持生態(tài)平衡和促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目的。
作物生長調(diào)節(jié)劑
研究表明很多微藻可以產(chǎn)生植物激素, 而且高等植物的激素生物合成路徑起源于微藻。藍藻產(chǎn)生的植物激素主要是生長素和細胞分裂素, 這兩類物質(zhì)在植物細胞中的功能和代謝已經(jīng)基本清楚, 但對于藍藻的相關(guān)信息較少。?i?ková等分析了20種微藻的內(nèi)源性細胞分裂素和生長素, 結(jié)果表明兩者的代謝和活性調(diào)控路徑復(fù)雜, 與維管束植物差異明顯。
Boopathi等研究發(fā)現(xiàn)在紅樹 (Rhizophora apiculata) 植物根部定殖的固氮藍藻——席藻 (Phormidium sp.) MI405019可以生產(chǎn)IAA, 提高鹽度可使IAA產(chǎn)量升高。用該藻的培養(yǎng)液處理可使煙草 (Nicotiana tabacum) 種子萌發(fā)率提高40%, 并誘導(dǎo)煙草愈傷組織產(chǎn)生多重根。在細胞分裂素方面, Hussain等發(fā)現(xiàn)從水稻根部分離的內(nèi)共生念珠藻能累積和釋放細胞分裂素。敲除其合成限速酶——異戊烯基轉(zhuǎn)移酶基因后, 突變株玉米素急劇下降 (80%) , 在水稻和小麥根部的定殖能力也顯著降低。這說明細胞分裂素合成是內(nèi)共生念珠藻在植物根部定殖和產(chǎn)生促生作用的手段之一。
生物肥料
從經(jīng)濟和環(huán)保角度來看, 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)盡量減少價格較高和對環(huán)境不利的物質(zhì)投入, 特別是在當前我國要求農(nóng)藥化肥“雙減”的背景下, 化肥的減量化是必然趨勢。溫室大棚和大田試驗結(jié)果表明長期施用生物肥料的積極影響大于其負面效應(yīng)。
固氮藍藻固定的氮通過分泌、細胞破裂和降解等途徑為植物提供氮, 可以促進植株生長和提高產(chǎn)量, 因此, 具有替代化學(xué)氮肥的潛力。同時, 固氮藍藻還可以改善土壤結(jié)構(gòu), 并在吸收和封存大量CO2實現(xiàn)碳減排和增加土壤有機質(zhì)方面發(fā)揮重要作用。因此, 有人認為藻生物肥料的工業(yè)化勢在必行。近年國內(nèi)外既有盆栽試驗研究報道, 也有大田試驗研究報道, 在固氮藍藻規(guī)?；a(chǎn)、接種技術(shù)優(yōu)化等方面都做了有益的探索。
抗病蟲害
由于固氮藍藻可以產(chǎn)生大量性質(zhì)各異的次級代謝物, 已有部分藻源化合物在醫(yī)學(xué)方面得到商業(yè)化應(yīng)用, 可以預(yù)期商業(yè)開發(fā)藍藻化合物在除草和病蟲害防治方面的應(yīng)用價值。
Prasanna等研究發(fā)現(xiàn)2種魚腥藻與堆肥及蛭石混合處理可顯著降低枯萎病病菌 (Fusariumwilt) 在土壤中的數(shù)量, 并抑制其遷移能力, 并且能增加土壤有機碳和氮、促進番茄植株的生長、提高產(chǎn)量和品質(zhì)、增加氮磷鋅含量及增強番茄植株與抗病機制相關(guān)酶的活性。Abdel-Hafez等研究發(fā)現(xiàn)普通念珠藻的胞外分泌物使洋蔥紫斑病病原蔥鏈格孢菌 (Alternaria porri) 的菌絲生長減少20.37%, 分析分泌物成分發(fā)現(xiàn)包含高濃度的酚類物質(zhì)和生物堿, 其中, β-紫羅酮是最主要的化合物, 含量達7.21%, 其次是去甲哈爾滿 (7.08%) 。溫室實驗條件下, 施用藻培養(yǎng)濾液可使植株發(fā)病程度降低55.1%~66.5%。
農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護
在中國西北地區(qū)固氮藍藻以生物結(jié)皮的方式被用于荒漠化土壤治理中, 并獲得了不錯的效果。近年研究表明沙漠生物土壤結(jié)皮中的藍藻多糖在沙面穩(wěn)定和土壤營養(yǎng)保持方面具有重要作用。
Colica等在庫布齊沙漠的試驗中, 大規(guī)?；旌辖臃N兩種固氮藍藻3~8年后形成了生物土壤結(jié)皮。這種結(jié)皮的導(dǎo)水率顯著低于底層裸露的土壤, 且與其碳水化合物含量呈顯著負相關(guān)。其水分持留和對結(jié)構(gòu)的保護能力則與結(jié)皮中總碳水化合物和高分子碳水化合物的含量存在顯著正相關(guān)。說明土壤結(jié)皮的胞外多糖在沙質(zhì)土壤中對水分的吸收和保持發(fā)揮關(guān)鍵作用, 能夠減少水的滲透, 防止土壤侵蝕。
本文轉(zhuǎn)自：中國藻人
