一种铁还原固氮菌、利用铁还原促进固氮的方法及其应用

本发明涉及铁还原固氮微生物固氮，具体涉及一种铁还原固氮菌、利用铁还原促进固氮的方法及其应用。

背景技术：

1、在现代农业生产中，固氮作用至关重要，它能将大气中的氮气转化为植物可利用的氮化合物，从而显著提高土壤肥力和作物产量。现有的氮肥生产主要依赖于工业固氮转化为氨再进一步生产化学肥料，然而化肥的生产过程导致大量碳排放，且化学氮肥的广泛使用虽然在短期内提升了农业产量，但也引发了环境污染、产生温室气体氮氧化物等问题，进一步加剧全球变暖。因此，研发绿色低碳的固氮及氮肥技术，减少氮肥的使用是环境友好和可持续发展的必要条件。

2、铁是自然界中的一种主量元素，在自然界中广泛分布，铁的氧化还原过程在生态系统重发挥着重要作用，对多种元素循环和生物/微生物的代谢活动、营养循环等有重要影响。但铁的还原过程是否对固氮过程有促进作用以及这种促进作用的实际应用潜能还未知。

技术实现思路

1、为解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种铁还原固氮菌、利用铁还原促进固氮的方法及其应用，该菌能够耦合铁还原和固氮，并且通过铁的还原促进固氮，提升固氮效率，利用铁还原促进固氮的方法能够显著促进土壤肥力和植物生长，减少氮肥的施用。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、本发明提供了一种铁还原固氮菌，为克雷伯氏菌（

klebsiella grimontii） n7，于2025年3月20日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为cctcc m 2025550。

4、按上述方案，所述克雷伯氏菌（

klebsiella grimontii） n7具有固氮和铁还原能力、兼性厌氧，且耦合铁还原进行固氮。

5、第二方面，本发明提供了一种利用铁还原促进固氮的方法，包括如下步骤：

6、s1.选择具有铁还原功能和固氮能力、兼性厌氧的菌株，于无氧、含n2条件下在含有fe3+的无氮培养基中培养进行固氮。

7、s2.在fe3+被完全还原后于培养基中通入氧气，将fe2+氧化为fe3+；

8、s3.在fe3+完全被氧化、氧气消耗尽继续固氮， 通过铁的非生物氧化和微生物还原反复循环，实现持续固氮。

9、按上述方案，固氮方法还包括步骤s4:重复上述步骤s2和s3。

10、优选的，所述具有铁还原功能和固氮能力的菌株为上述的克雷伯氏菌（

klebsiella grimontii） n7。

11、按上述方案，fe3+源选自柠檬酸铁、氯化铁或硫酸铁中的至少一种，fe3+的浓度为0.2mm~1 mm，步骤s1中使用n2除氧使其形成无氧、含n2的环境条件，步骤s2中，氧气的通入量为顶空体积的5%~10%，通入的氧气将fe2+氧化为fe3+，待氧气消耗殆尽时细菌再次进行铁还原过程从而促进固氮。

12、按上述方案，所述无氮培养基的ph为7.0~7.2，培养温度为 20~40℃，步骤s1中培养时间均为2~7天，步骤s3中的培养时间为2~4天。

13、优选的，培养温度为28~30℃。

14、第三方面，本发明提供了上述克雷伯氏菌（

klebsiella grimontii） n7的以下任一应用：

15、ⅰ.制备微生物菌剂；

16、ⅱ.土壤固氮、提升土壤肥力；

17、ⅲ.提高作物产量和品质。

18、按上述方案，所述铁还原固氮菌以如下方法应用：将所述克雷伯氏菌（

klebsiella

grimontii） n7制备成菌剂，和铁肥施加在土壤中，以在土壤中固氮，提升土壤肥力。

19、按上述方案，所述铁还原固氮菌以如下方法应用：将所述克雷伯氏菌（

klebsiella

grimontii） n7制备成菌剂，在作物种植前和铁肥施加在土壤中，以常规方式进行作物的种植培养，以提高作物产量和品质。

20、第四方面，本发明提供了一种土壤中利用铁还原促进固氮的方法，将上述克雷伯氏菌（

klebsiella grimontii） n7制备成菌剂，将所述菌剂和铁肥施加在土壤中，以常规方式进行作物的种植培养，利用土壤中铁的氧化还原波动促进固氮。

21、按上述方案，所述菌剂以每亩不低于1.33×1013个活菌数的用量施加，所述铁肥的施加量为20~30公斤/亩。

22、按上述方案，施加菌剂和铁肥后，采用机械方式将菌剂、铁肥与表层土壤混合均匀，保持5~15天后，进行播种。

23、本发明的有益效果是：

24、1）本发明筛选得到一株铁还原固氮菌克雷伯氏菌（

klebsiella grimontii） n7，其能够耦合铁还原进行微生物固氮，无氧条件下，该菌株进行铁还原将fe3+还原为fe2+，并在铁还原过程中将氮气转化为生物可利用的氨，并进一步利用氨参与自身代谢，生成氨基酸或其他含氮有机物实现微生物的固氮，在培养基中外加fe3+后，相比不加fe3+，其固氮效率提升了26.67%；

25、2）本发明提供的利用铁还原促进固氮的方法，先利用铁还原固氮菌进行铁的微生物还原（fe3+→fe2+）促进微生物固氮，通入氧气进行铁的非生物氧化（fe2+→fe3+），氧化后的铁再次在无氧条件下进行微生物还原（fe3+→fe2+）促进微生物固氮，通过铁的氧化还原波动（非生物氧化和微生物还原反复循环）实现微生物的持续固氮，提高固氮效率；将克雷伯氏菌（

klebsiella grimontii） n7应用于该方法，在培养基中外加铁fe3+后，进行铁的氧化还原波动，相比不加fe3+，其固氮效率提升了95.58%；

26、3）本发明的克雷伯氏菌（

klebsiella grimontii） n7制备成微生物菌剂，和铁肥施用于土壤中，利用微生物的铁还原固氮作用在土壤中进行固氮，有助于提高土壤中作物可利用氮源的含量，改善土壤肥力，提高作物产量和质量，且可以减少化肥的施用，减少化肥的使用带来的环境问题（包括减少由于氮肥生产导致的碳排放，降低土壤和水体污染，减少氮氧化物的排放，从而减轻温室气体对气候变化的影响），降低生产成本并提高经济效益，实现农业的绿色、可持续发展。

1.一种铁还原固氮菌，其特征在于，为克雷伯氏菌（klebsiella grimontii） n7，于2025年3月20日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为cctcc m 2025550。

2.根据权利要求1所述的铁还原固氮菌，其特征在于，所述克雷伯氏菌（klebsiella grimontii） n7具有固氮和铁还原能力、兼性厌氧，且耦合铁还原进行固氮。

3.一种利用铁还原促进固氮的方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的利用铁还原固氮菌促进固氮的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

5.根据权利要求3所述的利用铁还原固氮菌促进固氮的方法，其特征在于，所述具有铁还原功能和固氮能力的菌株为权利要求1或2所述的克雷伯氏菌（klebsiella grimontii）n7。

6.根据权利要求3~5任一项所述的利用铁还原固氮菌促进固氮的方法，其特征在于，fe3+源选自柠檬酸铁、氯化铁或硫酸铁中的至少一种，fe3+的浓度为0.2mm~1 mm，步骤s1中使用n2除氧使其形成无氧、含n2的条件， 步骤s2中，氧气的通入量为顶空体积的5%~10%。

7.根据权利要求3~5任一项所述的利用铁还原固氮菌促进固氮的方法，其特征在于，所述无氮培养基的ph为7.0~7.2，培养温度为20~40℃，步骤s1中培养时间均为2~7天，步骤s3中的培养时间为2~4天。

8.权利要求1或2所述的铁还原固氮菌的以下任一应用：

9.一种土壤中利用铁还原促进固氮的方法，其特征在于，将权利要求1或2所述的克雷伯氏菌（klebsiella grimontii） n7制备成菌剂，将所述菌剂和铁肥施加在土壤中，以常规方式进行作物的种植培养，利用土壤中铁的氧化还原波动促进固氮。

10.根据权利要求9所述的土壤中利用铁还原促进固氮的方法，其特征在于，所述菌剂以每亩不低于1.33×1013个活菌数的用量施加，所述铁肥的施加量为20~30公斤/亩。