枯草芽孢杆菌在生物菌肥中的应用

山东农业大学学士学术论文1枯草芽孢杆菌在生物菌肥中的应用作者：2007级生物工程4班陈聪指导教师：马传营技术员摘要：介绍了生物菌肥的种类和特点，分析了菌肥在提高土壤肥力、协助营养吸收、促进矿质营养释放、改善品质及增产和减少病虫害等方面的作用。分析了生物菌肥相对于化肥的优势以及国内外对生物菌肥的研究情况，并对其发展进行了展望。枯草芽孢杆菌作为一种具有研究、应用和商业价值的微生物菌种在生物菌肥的研究中起到了重要作用，近年来国内外对枯草芽孢杆菌的研究应用有了很大的进展，利用其对玉米小斑病菌的拮抗作用可研发生产有效防治玉米小斑病的生物菌剂。关键词：生物菌肥；枯草芽孢杆菌；玉米小斑病菌；拮抗作用；生物防治TheapplicationofBacillussubtilisinbio-fertilizerAbstract:Describesthetypesandcharacteristicsofbio-fertilizer,analysesthefunctionoffertilizertoimprovesoilfertility,helpnutrientabsorption,promotethereleaseofmineralnutrients,improvecropquality,increasecropproductionandreducepestsanddiseasesetc.AnalysestheadvantagesofthebiologicalfertilizercomparedtothechemicalfertilizersandtheresearchsituationinChinaandabroad,alsodiscusseditsdevelopmentinthefuture.Bacillussubtilisasakindofmicrobialstrainshasplayedanimportantroleinthestudyofbio-fertilizerbecauseofitsresearch,applicationandcommercialvalue,inrecentyears，theresearchandapplicationofBacillussubtilisinChinaandabroadhasgainedagreatprogress,usingitsantagonisticmechanismonBipolarismaydiscanproducenewbiologicalagentstoeffectivelypreventthesouthernleafblightofcorn.Keywords:bio-fertilizer;Bacillussubtilis;Bipolarismaydis;Antagonism;BiologicalControl枯草芽孢杆菌在生物菌肥中的应用21引言1.1生物菌肥的发展长期以来，由于我国在农业生产中大量使用化学肥料，使得所施肥料的利用率低，致使土壤板结、土壤微生物区系发生变化、食品质量不安全，还造成大量的经济损失和环境恶化等一系列的社会问题，由于化学农药的大量使用，使病虫产生了抗药性，化肥农药的残留严重危害了人类健康。在当前农业可持续发展的形势下，开辟微生物肥料部分替代化肥日益受到重视[1]。生物菌肥是近年来发展起来的一种新型肥料，它是一种多元素肥料，主要由固氮菌、解钾菌及多种微量元素和腐殖酸组成。由于含有大量的微生物，生物菌肥主要以微生物生命活动的产物来活化土壤，改善作物营养条件和生长环境，另外，生物菌肥还具有改良土壤、抗旱、培肥地力、促早熟、抵抗病虫害等功效，还能解决土壤化肥农药残留等问题，从而发挥土壤的潜在肥力，提高农产品的产量和品质。枯草芽孢杆菌是芽孢杆菌属的一种。是一种好氧型、内生抗逆孢子的杆状细菌，广泛存在于自然界中如土壤、湖泊、海洋和动植物的体表，自身没有致病性。该菌作为植物病害生防细菌之一，具有较强的防病作用，在极端的条件下，还可以诱导产生抗逆性很强的内源孢子[2].由于该菌能产生耐热的芽孢，既易于生产，进行剂型加工，又易于存活，定殖与繁殖[3]。枯草芽孢杆菌的批量生产工艺简单，成本较低，施用方便，储存期长，而且其制剂的稳定性，与化学制剂的相容性和在不同植物、不同年份防治效果的一致性方面均优于不产生芽孢的细菌和真菌生防菌株，是一种较理想的生防微生物。1.2生物菌肥的种类及特点狭义的生物肥料，是通过微生物生命活动，是农作物得到特定的肥料效应的制品，它本身不含营养元素，不可替代化肥。广义的生物肥料既含有作物所需的营养元素，又含有微生物制品，是生物、有机和无机的结合体，也可以说是利用高科技手段将野外环境中筛选出来的微生物经诱变、复壮后，再经工业发酵精加工而成的一种高含菌量的生物制品。1.2.1生物菌肥的分类生物菌肥从作用上可分为：生物固氮菌剂；分解土壤有机物菌剂（有机磷细菌肥、综合细菌肥）；分解土壤难溶性矿物质的菌剂（硅酸盐细菌肥料、无机磷细菌肥料）；抗病与刺激作物生长的菌剂（抗生菌肥料）。从成分上可分为：单纯生物肥和有机-无机-生物复合肥。单纯生物肥只富含微山东农业大学学士学术论文3生物，单独使用不能给农作物供给充足的营养，需与化肥或者有机肥混合使用；有机-无机-生物复合肥综合了各类肥料的特点，可以提供较为全面的营养需要。1.2.2生物菌肥的特点生物菌肥作为一种生物制剂与化学肥料相比具有以下特点：①不破坏土壤结构，保护生态，不污染环境，对人、牲畜和植物无毒无害；②肥效持久；③提高作物产量和改进作物产品品质；④成本低廉；⑤有些种类的生物菌肥对作物具有选择性；⑥其效果往往受到土壤条件（如养分、有机质、水分、酸碱度等）和环境因素（如温度、通气、光照等）制约；⑦一般不能与杀虫剂、杀菌剂（杀真菌或杀细菌）混用；⑧易受紫外线的影响，不能长期暴露于阳光下照射[4]。1.3生物菌肥的作用1.3.1促进土壤形成微生物在土壤形成过程中起到了至关重要的作用，土壤中含有的有机质和微生物的活动使土壤中含有丰富的矿物质元素，从而可以培养农作物，生物菌肥含有大量的微生物，进一步提高了土壤培养农作物的能力。1.3.2提高土壤肥力水平微生物在生命活动中，不断分解土壤中的有机质，产生多种有机酸（如腐殖酸），增强土壤的保肥能力。在改善土壤物理性质、化学性质和生物性质的同时，生物菌肥的使用也很大程度提高了土壤的全氮量，使得土壤全量养分的含量提高。另外，生物菌肥使土壤养分可以重复利用，如氮、钾、磷等，提高了土壤养分的有效性。1.3.3提高作物产量调查结果显示：生物菌肥在于化肥结合使用下，比传统化肥施用方式增产5%-10%，占增产报道总数的30.8%，增产10%-15%的占到22.0%，增产15%-20%的占13.8%，报道增产20%以上的占20.8%。1.3.4增加作物抗性在生物菌肥进入土壤之后，一方面有益菌在植物根际大量繁殖，在植物根区形成优势种群，同时有益菌在生长繁殖过程中，还会分泌出多种有机酸和抗生素等物质，从而抑制病原菌等有害菌的繁殖；另一方面，有些有益菌群在植物根部形成一道生物屏障，以阻止有害菌的入侵和定殖[5]。1.3.5减少环境污染化肥的滥用、污水灌溉造成环境污染、土壤质量下降、农产品质量下降等问题，枯草芽孢杆菌在生物菌肥中的应用4而生物肥料不会带来着这些负面影响，反而会帮助解决工业垃圾和生活废弃物的处理，增加土壤肥力，降解土壤中残留农药化肥，减少环境污染。1.3.6提高作物品质国内外大量研究和实验证明，生物菌肥的科学使用不尽能够提高作物产量，减少成本，保护环境，而且能够明显提高农产品的品质，如蛋白质、糖、维生素等物质的含量均有所提高，在有些情况下，改善产品品质比提高产量的好处更大。1.4生物菌肥中的有效微生物自然界中不少微生物（病毒、细菌、真菌和线虫）具有杀虫、杀菌、除草及植物生物调节活性。此类微生物具有很高的专一性，其对靶标害物具有极高的选择性，而对其他生物却十分安全。利用微生物的这种特性生产的菌肥分为细菌肥料、放线菌肥料、真菌类肥料、光合细菌肥料、复合菌剂肥料等。枯草芽孢杆菌作为细菌的一种，也具有作为有效生物菌肥菌种的潜质。1.4.1枯草芽孢杆菌在农业中的应用随着科学技术的发展，人们对微生物的研究更加深入。由于生物防治对环境生态和人类健康无毒害的优点而备受重视，从而得到了越来越广泛的应用。枯草芽孢杆菌作为一种有效恢复土壤活性及防治害虫的优良菌种，具有较悠久的研究历史，目前在全球范围内有数百株野生型枯草芽孢杆菌记录保存，该细菌可以产生40余种抗菌物质，其中很多具有优良性状的菌株已应用于生产实践，例如，美国的GEO3、MBI600、QST713和B.subtilis.var.amyloliquefaciens,澳大利亚开发的B.subtilisA213,日本东京技术研究所的B.subtilisRB-14,中国研发的B916、B908、B3、B903、XM16等[6]。1.4.2枯草芽孢杆菌国内研究概况国内对枯草芽孢杆菌的研究主要包括大田作物的叶部病害、果实病害和土传病害等。枯草芽孢杆菌可以从植物体内分离出来，研究表明植物内生菌对植物生长具有促进作用，内生菌可增进宿主植物对N、P等营养元素的吸收，对宿主植物的生长起促进作用[7]。不同菌株的作用机理存在很大的差异。现已从作物的根际土壤、根表、植株及叶片上分离筛选出多株可以拮抗不同作物病害的枯草芽孢菌株，并对这些菌株进行了发酵条件的研究，对其中分离处得抗菌物质进行了特性研究，同时开展了温室和大田试验。国内已成功开发并投入生产的枯草芽孢杆菌商品制剂有麦丰宁、纹曲宁、依天山东农业大学学士学术论文5得、百抗、根腐消等。其中麦丰宁对小麦纹枯病田间防效达50％~80％，它主要产生一种抗菌物质来一直病原菌菌丝的生长、菌核形成及萌发。纹曲宁是100亿活芽孢／ml枯草芽孢杆菌水剂和2.5％井冈霉素的复混制剂。“百抗”已在多个省推广使用。百抗对水稻纹枯病防效70％以上，其作用机制为位点占领、营养竞争等。根腐消主要防治三七根腐病。枯草芽孢杆菌为细菌性植物保护剂，是多种植物病原菌的竞争性抑制剂。它通过竞争性生长繁殖占据生存空间的方式来阻止植物病原菌的生长，能在植物表面迅速形成一层保护膜，使农作物免受病原菌为害。枯草芽孢杆菌还能分泌抑菌物质，抑制病菌孢子发芽和菌丝生长。下表1列出了国内研发的主要枯草芽孢杆菌制剂。枯草芽孢杆菌在生物菌肥中的应用6表1我国已注册的枯草芽孢杆菌菌剂产品[8]Table1BacillussubtilisbacteriumagentproductsregisteredinChina产品名公司有效成分剂型主要防治对象文曲宁江苏农业科学院植保研究所B.subtilisB916+井冈霉素水剂水稻纹枯病、稻曲病百抗云南农业大学，中国农业大学和云南星耀生物制品厂B.subtilisB908可湿性粉剂水稻纹枯病，三七、烟草、花卉、小麦、白菜等土传病害台湾宝光华化工股份有限公司B.subtilis可湿性粉剂白粉病、灰斑病、炭疽病等疾病麦丰灵南京农业大学B.subtilisB3粉剂小麦纹枯病亚宝香港经纶全汛有限公司B.subtilis可湿性粉剂水稻纹枯病、稻瘟病、甘蓝黑斑病枯草芽孢杆菌BS-208杀菌剂武汉天惠生物有限公司B.subtilisBs-208可湿性粉剂，水剂黄瓜白粉病、草莓白粉病和灰霉病、番茄灰霉病、棉花黄萎病、枯萎病和立枯病等增产剂中国农业大学植物生态工程研究所与上海农乐生物工程为制品厂Bacillus.spp可湿性粉剂，水剂活体微生物生长调节剂，对作物具有壮苗、抗病及增产作用威绿达浙江大学生物技术研究所B.subtilis+绿色木霉+毛壳酶菌肥有效防治猝倒病、根瘤病、立枯病、枯萎病等病害，促进作物生长，增加作物产量山东农业大学学士学术论文71.4.3枯草芽孢杆菌国外研究概况二十世纪四十年代，枯草芽孢杆菌被证明具有防止植物病害的作用。自此之后，对枯草芽孢杆菌的研究成为各国的研究热点。枯草芽孢杆菌可以防治水稻等作物的多种土传真菌病害、豌豆根腐