蓝藻 (Cyanobacterium) 又称蓝细菌, 是地球上最早出现的一类能进行光合作用的原核微生物, 而固氮蓝藻是指具有固氮能力的蓝藻的总称。目前已发现20多个属150余种, 固氮蓝藻具有极强的生态适应能力, 可在许多生境中以游离态存在或与某些生物形成共生体, 是热带亚热带地区重要的微生物资源。近年来国内外研究表明其在生物肥料、生物农药、功能食品、新药物、新能源、新材料、污染修复等方面具有广阔的应用前景稻田放养固氮蓝藻不但能为作物提供氮素和有机质、提高磷酸盐溶解度、减少水土污染, 还能向作物根部供氧、分泌植物激素及抑制杂草生长等, 起到维持生态平衡和促进农业可持续发展的目的。

作物生长调节剂

研究表明很多微藻可以产生植物激素, 而且高等植物的激素生物合成路径起源于微藻。蓝藻产生的植物激素主要是生长素和细胞分裂素, 这两类物质在植物细胞中的功能和代谢已经基本清楚, 但对于蓝藻的相关信息较少。Žižková等分析了20种微藻的内源性细胞分裂素和生长素, 结果表明两者的代谢和活性调控路径复杂, 与维管束植物差异明显。

Boopathi等研究发现在红树 (Rhizophora apiculata) 植物根部定殖的固氮蓝藻——席藻 (Phormidium sp.) MI405019可以生产IAA, 提高盐度可使IAA产量升高。用该藻的培养液处理可使烟草 (Nicotiana tabacum) 种子萌发率提高40%, 并诱导烟草愈伤组织产生多重根。在细胞分裂素方面, Hussain等发现从水稻根部分离的内共生念珠藻能累积和释放细胞分裂素。敲除其合成限速酶——异戊烯基转移酶基因后, 突变株玉米素急剧下降 (80%) , 在水稻和小麦根部的定殖能力也显著降低。这说明细胞分裂素合成是内共生念珠藻在植物根部定殖和产生促生作用的手段之一。

生物肥料

从经济和环保角度来看, 在农业生产中应尽量减少价格较高和对环境不利的物质投入, 特别是在当前我国要求农药化肥“双减”的背景下, 化肥的减量化是必然趋势。温室大棚和大田试验结果表明长期施用生物肥料的积极影响大于其负面效应。

固氮蓝藻固定的氮通过分泌、细胞破裂和降解等途径为植物提供氮, 可以促进植株生长和提高产量, 因此, 具有替代化学氮肥的潜力。同时, 固氮蓝藻还可以改善土壤结构, 并在吸收和封存大量CO2实现碳减排和增加土壤有机质方面发挥重要作用。因此, 有人认为藻生物肥料的工业化势在必行。近年国内外既有盆栽试验研究报道, 也有大田试验研究报道, 在固氮蓝藻规模化生产、接种技术优化等方面都做了有益的探索。

抗病虫害

由于固氮蓝藻可以产生大量性质各异的次级代谢物, 已有部分藻源化合物在医学方面得到商业化应用, 可以预期商业开发蓝藻化合物在除草和病虫害防治方面的应用价值。

Prasanna等研究发现2种鱼腥藻与堆肥及蛭石混合处理可显著降低枯萎病病菌 (Fusariumwilt) 在土壤中的数量, 并抑制其迁移能力, 并且能增加土壤有机碳和氮、促进番茄植株的生长、提高产量和品质、增加氮磷锌含量及增强番茄植株与抗病机制相关酶的活性。Abdel-Hafez等研究发现普通念珠藻的胞外分泌物使洋葱紫斑病病原葱链格孢菌 (Alternaria porri) 的菌丝生长减少20.37%, 分析分泌物成分发现包含高浓度的酚类物质和生物碱, 其中, β-紫罗酮是最主要的化合物, 含量达7.21%, 其次是去甲哈尔满 (7.08%) 。温室实验条件下, 施用藻培养滤液可使植株发病程度降低55.1%~66.5%。

农业生态环境保护

在中国西北地区固氮蓝藻以生物结皮的方式被用于荒漠化土壤治理中, 并获得了不错的效果。近年研究表明沙漠生物土壤结皮中的蓝藻多糖在沙面稳定和土壤营养保持方面具有重要作用。

Colica等在库布齐沙漠的试验中, 大规模混合接种两种固氮蓝藻3~8年后形成了生物土壤结皮。这种结皮的导水率显著低于底层裸露的土壤, 且与其碳水化合物含量呈显著负相关。其水分持留和对结构的保护能力则与结皮中总碳水化合物和高分子碳水化合物的含量存在显著正相关。说明土壤结皮的胞外多糖在沙质土壤中对水分的吸收和保持发挥关键作用, 能够减少水的渗透, 防止土壤侵蚀。

本文转自：中国藻人