含有有益微生物的稻壳生物炭:一个有前途的农业素和土壤改良

Shohei Ebe和Takashi Ano从Kindai大学的研究进入微生物和稻壳Biochar（RHB）的关系，表明后者是有益微生物的活化剂，可用于打击植物致病微生物。患有孤立的新型脂肽产生芽孢杆菌这些研究对农业如何从生物技术中获益以及如何利用不可避免的农业废弃物来创造可持续的和环境友好的农业方法有着很有前景的见解。

根据英国皇家园艺学会的研究，将木材燃烧产生的灰烬等废弃物用于堆肥或直接用于地面，对土壤有益。它的好处来自于它所含的钾和微量元素，以及它作为石灰剂的作用，可以帮助修复酸性土壤。放弃使用化学肥料和杀虫剂的努力已经得到了推广，以转向环境友好的耕作方法。对植物有害的生物被称为植物致病菌。土壤中的这些微生物组成了现有微生物群落的一部分，称为微生物组。它们是植物疾病的病原体，据估计，这些植物病原体的存在使世界各地主要作物的收成减少了高达10%。为了尽量减少这种损失和减少农药的使用，可以通过应用有益微生物来保护作物。

稻壳生物炭
水稻是许多国家最常见的粮食作物之一。因此，当大米从稻谷中分离出来时，作为不可避免的农业废弃物，全世界生产了超过1.5亿吨稻壳。“稻谷”一词来源于马来语“padi”，意为“水稻”。有效利用稻壳对解决农业废弃物问题和创造可持续农业都很重要。

稻壳生物炭(RHB)是由稻壳低温热解产生的，在日本一直被用作土壤改良剂。生物质热解是在无氧条件下产生气体、焦油和焦的热降解过程。产物分布取决于热解条件，从升温速率和峰值温度到颗粒大小。RHB被认为是通过改善土壤结构和改善养分吸附来提高作物生产力的。这些效应只能通过物理和化学性质来解释。

有效利用稻壳对解决农业废弃物问题和创造可持续农业都很重要。

最近，研究人员发现生物炭也会影响农业土壤中的生物学特性。例如，他们报道了生物炭在菌根真菌和植物之间的炭疽结合形成的形成和根系相关酵母数量增加trichoderma.SPP。此外，生物炭应用增强了丰富，改变了氨氧化微生物的组成。然而，Biochar对纯培养的有益微生物纯文化的直接影响尚未发现。Shohei Ebe和Takashi Ano的研究旨在阐明Biochar对使用RHB有益微生物的影响。

芽孢杆菌菌株IA.

为了分离RHB促进生长的微生物，在添加RHB的琼脂平板上，IA菌株的生长面积比在不添加RHB的平板上的生长面积大。根据16S rRNA基因序列，IA属芽孢杆菌．芽孢杆菌众所周知，物种可以产生抗真菌脂肽，如surfactin, iturin和fengycin。脂肽是附着在多肽上的脂质，其中许多是由细菌产生的，发挥抗生素或细胞受体的作用，促进分子进出细菌细胞。在抗真菌活性测试中，IA菌株强烈抑制植物病原真菌的生长辣椒这向研究人员表明IA菌株可能产生抗真菌脂肽。IA菌株的抗真菌活性表明它能保护植物免受土壤中植物病原真菌的侵害。其中的一个芽孢杆菌物种,芽孢杆菌amyloliquefaciens，已被用于农业、水产养殖和水培，以对抗各种根病原体。IA菌株可作为一种农业生物防治细菌。

为检测RHB的作用，将IA菌株置于含RHB的液体培养基中培养。结果表明，IA菌株的细胞数和孢子数均比未添加RHB的培养基增加。的芽孢杆菌众所周知，物种在环境中低水平的营养条件下会形成孢子。这些孢子可以在很少或没有营养的条件下存活很长一段时间，并在营养物可用的情况下恢复生命。由于这些原因，具有孢子形成能力的IA菌株在施用RHB的土壤中有望增加细胞数量并存活到需要的时候。随着细胞数量和孢子数量的增加，IA菌株产生的抗生素在含RHB的液体培养基中被促进，并强烈抑制了细菌的生长R. Solani.K1。根据活性化合物的分析，菌株IA产生强烈的抗真菌脂肽Iturin A，其抑制了植物致病性真菌种类的生长。当向培养基中加入rHB时，菌株Ia的Iturin A的产率高达八倍于没有RHB的培养基。

在农业土壤上施用RHB可降低植物病害水平。

RHB的主要成分促进IA菌株的代谢
研究人员决定探讨rhB的哪些组分参与促进菌株Ia代谢。RHB的主要成分是碳（C）和二氧化硅（SIO₂)．为此，IA菌株在含有活性炭(AC)或鳞状二氧化硅(SS)的培养基中培养，鳞状二氧化硅是一种人工合成的二氧化硅，作为C和SiO的标准材料₂,分别。结果表明，在两种培养基中均未促进其生长和产孢。而只有在有SS的培养基中，iturin A的产生才会被促进，这表明二氧化硅是促进IA菌株代谢的因素之一。接下来，研究人员重点研究了RHB所含的微量元素，如Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, Ti和P。为了测试这些元素的促进效果，将每个元素添加到培养基中，并在培养基中培养IA菌株。只含有锰离子(Mn)的介质^{2 +})表现出促产孢子和促产iturin A的作用。因此，促进IA菌株代谢的另一个因素是Mn^{2 +}．菌株IA在含有鳞状二氧化硅(SS)和锰离子(Mn)的培养基中培养^{2 +})．在RHB培养基中，生长、产孢和iturin A产量均达到与RHB培养基相同的水平。根据这些结果，二氧化硅(SiO₂)和锰离子(Mn^{2 +})是被认为参与促进代谢的化合物，这将有助于菌株IA的生长、孢子形成和抗生素iturin A的产生。进一步的实验表明，RHB中所含的二氧化硅吸收了代谢抑制剂(s)，促进了菌株IA产生iturin A。代谢抑制剂(s)的吸附表明，在土壤中施用RHB可使土壤成为微生物舒适的生活场所。

农业中rhB的潜力
Ebe和Ano成功地发现了IA菌株，在RHB存在的情况下，IA菌株的生长、孢子形成和抗生素iturin A的产生等微生物活性都得到了促进，并明确了参与促进IA菌株活性的RHB成分。RHB促进抗生素生产的发现可能适用于生产抗生素的各种微生物。因为有益的微生物，比如假单胞菌，链霉菌属和trichoderma.，是存在于土壤中，并参与保护植物免受植物病原体的侵袭，在农业土壤中施用RHB可降低植物病害水平。RHB已被用作土壤改良剂，以改善排水性能和空气渗透性。Ebe和Ano的研究支持提高农业生产力，并发现了土壤微生物与RHB之间关系的新领域。

结论
迫在眉睫的气候变化和粮食不安全威胁对全球农业产生了影响。当农业领域的人们努力寻找有害化学物质的替代品和适应土壤微生物群落的变化时，这些问题的解决方案基本上就在我们眼前。全世界水稻种植的普及和稻壳的出现为利用农业废弃物提供了机会。这种研究决不能局限于发现芽孢杆菌它的抗生素生产是由RHB促进的，但也必须为当今农业问题提出可持续的解决方案。