微生物在农业中的应用

第九章微生物在农业中的应用一、微生物在畜禽水产养殖业中的应用二、微生物在植物保护中的应用三、微生物在肥料中的应用一、微生物在畜禽水产养殖业中的应用1、微生态制剂定义：1974年首先被美国学者R•E•Parker称之为Probiotics，目前国内把这个词又译为促生素、益生素、生菌素、促菌生、活菌制剂、微生态制剂等。1989年，Fuller重新定义为“一种可以通过改善肠道菌群平衡而对动物施加有利影响的活微生物饲料添加剂”。（不太准确：除整肠以外，还会有促生长作用）作用机理保持动物肠道内微生态平衡补充营养成分防止有害物质的产生提高机体免疫功能功能上：调整和治疗因肠道微生态失调症、促生长生产工艺固体发酵：生料发酵（以麸皮、粕类为主）和熟料发酵（麸皮、淀粉、蛋白胨、酵母膏）生料发酵：菌量少（约5-30亿/克），杂菌多熟料发酵：菌量高（可高达300-400亿/克），杂菌少液体发酵：斜面→摇瓶→种子罐→发酵罐→离心浓缩→喷雾干燥（或吸附干燥、或低温干燥、或冷冻干燥）液体发酵产品稳定性、外观、流动性要好于固体发酵产品，但在实际应用时因为去除代谢物而效果差于固体发酵产品。市售产品芽孢杆菌类：枯草、地衣、纳豆、蜡样乳酸菌类：嗜酸乳杆菌、乳酸链球菌、干酪乳杆菌、粪链球菌、植物乳酸菌、双歧杆菌酵母类：啤酒酵母、假丝酵母曲霉类：黑曲霉、米曲霉新型微生态制剂乳酸芽孢杆菌酪酸菌微生态制剂状况及发展趋势目前，微生态制剂在国内销售量约为3万吨（不连水质净化剂，以200亿/克计。来自广东海大集团），主要为枯草、地衣及其复合菌剂；目前研发主要针对仔猪腹泻、具有整肠作用的新型微生态制剂开发；剂型研究。2、微生物酶制剂种类：淀粉酶非淀粉酶：木聚糖酶（小麦、米糠日粮）、β-葡聚糖酶（大麦日粮）、甘露聚糖酶（豆粕日粮）、纤维素酶（秸秆类）、杂粕酶（α-半乳糖苷酶）其它：植酸酶（替代磷源）、蛋白酶、脂肪酶、果胶酶等作用：促进营养物的消化吸收，消除营养不良和减少腹泻的发生。主要是对于早期幼小畜禽来讲主要是其内源酶分泌不足。一般在常规日粮饲料中添加以淀粉酶、蛋白酶为主的复合酶。消除饲料原料中的抗营养因子及降解难于消化的成分。饲料中的抗营养因子是植酸盐和非淀粉多糖，包括β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、纤维素、果胶，而消除这些抗营养因子的酶制剂就是：植酸酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶、果胶酶、α-半乳糖苷酶。生产固体发酵：麸皮、粕类和一些无机盐为培养基，菌种一般为木霉类。液体发酵：斜面→摇瓶→种子罐→发酵罐→超滤浓缩→喷雾干燥（或吸附干燥、或低温干燥、或冷冻干燥）目前，国内菌种一般采用基因工程菌巴斯德毕赤酵母来表达（如植酸酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、脂肪酶）；纤维素酶采用农杆菌介导技术的里氏木霉；木聚糖酶也有通过农杆菌介导技术的长枝木霉来分泌的。固体发酵：酶活较液体发酵低，但酶系较多；液体发酵：酶活高，但酶系单一。饲用酶的应用模式畜禽等的喂养方式是以粉料或颗粒的方式来喂养的。当使用粉料时，酶可以直接先加到预混料，混合好，均匀混合进去。水产料要高温制粒，为了避免饲料制粒的活性损失，可采用稳定化技术（物理包埋、化学修饰、点突变）和制粒后喷酶技术（采用液体酶通过喷雾系统，将酶均匀地涂布到还保持余热的颗粒饲料表面，利用余热加水分蒸发。均匀性要注意）饲用酶制剂研发趋势提高生物发酵效价，大幅度提高酶活性。集多种酶有同一微生物生产。研制能耐高温的酶。酶的应用方面，研究酶与日粮成分的相互作用，以确定所需酶的种类；同时研究酶在肠道内的作用方式，和不同日粮状况下酶的最佳组成，以及加酶后哪些氨基酸和微量元素或矿物质可以不加或少加。所有这些将带来较高的经济效益。3、其它兽药（如吉他霉素、多粘菌素、杆菌肽锌、新型抗菌肽和溶菌酶）、疫苗（灭活疫苗、抗体疫苗）发酵饲料：发酵豆粕、发酵秸秆发酵床技术（应用技术非常关键）水质调节剂：EM、光合细菌、硝化细菌、净水剂（应用技术非常关键）二、微生物在植物保护中的应用阿维菌素(avermectin)是杀线虫和节肢动物(特别是螨类)的抗生素。它能增加虫体内的γ-氨基丁酸，后者对神经有抑制作用。Streptomycesavermitilis球孢白僵菌(Beauveriabassiana)的菌丝长出金龟甲尸体表面球孢白僵菌杀死松毛虫、蝗虫和家蚕松毛虫僵蚕(家蚕幼虫感染白僵菌而致死的干燥带菌虫体)棉铃虫幼虫的环节处被核型多角体病毒感染.80%的昆虫病毒都是农林业中常见的鳞翅目害虫的病原体，因此是害虫生物防治的巨大资源库。微生物农药的特点研发的选择余地大，开发利用途径多无公害、无残留，安全环保特异性强，不杀伤害虫天敌及有益生物，维持生态平衡不易产生抗药性环境相容性好生产工艺简单见效慢、稳定性差、易受环境影响微生物杀虫剂微生物杀菌剂微生物除草剂微生物植物生长调节剂微生物农药的种类微生物杀虫剂——细菌杀虫剂（bacterialinsecticide）（主要为芽孢杆菌）是利用对某些昆虫有致病或致死作用的杀虫细菌，及其所含有的活性成分制成，用于防治和杀死目标害虫的生物杀虫制剂。作用机制是胃毒作用，通过肠细胞吸收，进入体腔和血液，使之得败血症导致全身中毒死亡全世界约有30多个国家100多家公司生产细菌杀虫剂，品种可达150多个，并已逐渐应用于蔬菜、林业、园艺、卫生害虫等领域的害虫防治中。研究最多的是鳞翅目的昆虫。苏云金杆菌（Bt）伴孢晶体是苏云金芽孢杆菌赖以杀虫的主要毒素，又称δ-内毒素。其次还有β-外毒素，对伴孢晶体毒素敏感的昆虫种类主要有鳞翅目、双翅目和鞘翅目的部分昆虫的幼虫。用途最广、开发时间最长、产量最大、应用最成功占生物防治剂总量的95％以上，已有60多个国家登记了120多个品种美国用以防治蔬菜害虫和玉米害虫的面积分别占总面积的80％和50％，销售额从80年代末的4000万美元上升到90年代的5亿多美元。我国于1959年引进Bt杀虫剂，1965年在武汉建成国内第一家Bt杀虫剂生产企业我国目前已登记的Bt杀虫剂粉剂有l6种，液剂l2种，生产厂家达76家，年产量达2.0×108kg-3.0×108kg由我国构建的高效杀虫重组苏云金杆菌，已于2000年底通过了安全评价，并获准进行商品化生产世界上已记载的杀虫真菌约有100属，800多种。各国应用研究最多的是白僵菌，其次是绿僵茵。此外，还有赤僵菌、虫生藻菌等。微生物杀虫剂——真菌杀虫剂1）白僵菌(Beaurevriabassiana)研制较早，普及面积大、应用最广。美国已经产业化的两种白僵菌制剂，即：B.bassianoStrainTBl，Bb147和CHA，以及B.brongniar。菌株Bb-147是从被感染的玉米螟幼虫体上分离得到，其生产工艺由INRA研制而成。菌株TBI由美国的一家研究中心从墨西哥棉铃虫体内获得被用于防治螫草等地下害虫、天牛等蛀干害虫以及苹果食心虫，并且对蚊子幼虫也有效。最近，由我国研制的绿僵菌农药，虽速效性较低，但7-9天可使蝗虫集中大量死亡，能有效控制蝗虫种群数量。药后持效期15天以上2）绿僵菌(Metarhiziumanisopliae)3）其它玫烟色拟青霉Paecilomycesfumosoroseus：广州大学与广东省农科院植保所联合研制。主要作为对付抗性小菜蛾、粉虱、蚜虫等刺吸式口器害虫的真菌杀虫剂而被研究和开发淡紫拟青霉Paecilomyceslilacinus:厦门大学研制，防治线虫。目前，已有30多个国家和地区，开展病毒防治害虫工作，20多个国家的30多种病毒杀虫剂已进行登记、注册、生产应用。病毒杀虫剂宿主特异性强，能在害虫群内传播形成流行病。也能潜伏于虫卵，传播给后代，持效作用长。缺点是施用效果受环境影响大，宿主范围窄已知的昆虫病毒有1600多种，其中60％为杆状病毒，可引起1100种昆虫和螨类发病，可控制近30％的粮食和纤维作物上的主要害虫。在昆虫病毒研究领域中，我国已发现报道的昆虫病毒近220种，约250株，其中，110株为我国首次分离得到。目前，已有20多种昆虫病毒进入大田试验推广，针对农牧业害虫的有l2株微生物杀虫剂——昆虫病毒杀虫剂1993年。国内第一个昆虫病毒杀虫剂—棉铃虫核型多角体病毒(HaNPV)完成了产品注册登记，标志着我国昆虫病毒杀虫剂的研究开始从实验室走向实用化斜纹夜蛾NPV(虫瘟一号)、茶尺蠖NPV、茶毛虫NPV、黄地老虎GV及菜青虫GV杀虫剂杀虫抗生素－阿维菌素阿维菌素是一种新型杀虫抗生素，它是从除虫链霉菌的菌丝体中提取的，属于大环内脂类抗生素。阿维菌素产生的γ－氨基丁酸对昆虫或螨的神经系统能产生抑制作用，使它们麻痹而死亡。微生物杀菌剂是一类控制植物病原菌的制剂，主要有农用抗生素、细菌杀菌剂、真菌杀菌剂和病毒杀菌剂等类型。微生物杀菌剂主要抑制病原菌能量产生、干扰生物合成和破坏细胞结构。内吸性强、毒性低，有的兼有刺激植物生长的作用。如放射土壤杆菌、荧光假单胞杆菌、木霉等。目前，生产上应用的微生物杀菌剂，包括有井冈霉素、公主岭霉素、赤霉索、春雷霉素、农抗120、农抗5102、中生菌素、武夷菌素、浏阳霉素、万隆霉素、荧光假单胞菌、多粘芽孢杆菌等·微生物杀菌剂微生物除草剂真菌、细菌和病毒，及其代谢产物等。链霉菌产生的双丙氨膦，链格孢产生的毒素。微生物植物生长调节剂真菌、细菌的代谢产物，如赤霉素等。微生物农药面临的问题发展速度缓慢推广周期长，至少要六、七年时间；品种也不齐全，在农药中所占比例不到10％开发力度小投资太少，导致新产品开发的后劲不足，上市的微生物农药品种也不够齐全；生产结构不合理、企业生产规模小、研究开发与生产衔接不力科研成果转化率低广泛推广应用的主要是井冈霉素、阿维菌索和赤霉素3种三、微生物在肥料中的应用大豆根瘤生长期为6个月的松树幼苗A:没有接种菌根；b：接种菌根1.微生物肥料的含义是将某些有益微生物经大量人工培养制成的生物肥料，又称菌肥、菌剂、接种剂。其原理是利用微生物的生命活动来增加土壤中的氮素或有效磷、钾的含量，或将土壤中一些作物不能直接利用的物质，转换成可被吸收利用的营养物质，或提高作物的生产刺激物质，或抑制植物病原菌的活动，从而提高土壤肥力，改善作物的营养条件，提高作物产量.能将空气中的惰性氮素转化为作物可直接吸收的离子态氮素。属于这一类的有根瘤菌肥料、固氮菌肥料、固氮蓝细菌肥料等能分解土壤中的有机质，释放出其中的营养物质供植物吸收的微生物制品能分解土壤中难溶性的矿物，并把它们转化成易溶性的矿质化合物，从而帮助植物吸收各种矿质元素的微生物制品。其中主要的是硅酸盐细菌肥料和磷细菌肥料2.微生物肥料的种类对某些植物的病原菌具有拮抗作用，能防治植物病害，从而促进植物生长发育的微生物制品，如某些芽孢杆菌制剂（侧孢芽孢杆菌）和抗生菌肥料等菌根菌肥料。使用的菌种主要是内囊菌科的一些种类形成的丛枝状菌根，此外还有部分担子菌和少数子囊菌形成的外生菌根微生物腐熟剂（堆肥）①微生物一微量元素复合肥料②联合固氮菌复合肥料③固氮菌、根瘤菌、磷细菌和钾细菌复合生物肥料④有机－无机生物复合肥料⑤多菌株、多营养生物复合肥料复合生物肥料微生物肥料主要是提供有益的微生物群落，而不是提供矿质营养养分合格的微生物肥料对环境污染少微生物肥料用量少，每亩通常使用500～1000克微生物菌剂微生物肥料作用的大小，容易受到微生物生存环境的影响，例如：光照、温度、水分、酸碱度、有机质等；微生物肥料有它的有效期限，通常为半年至一年3.微生物肥料的特点增加作物营养固氮细菌、解磷细菌、腐解细菌改良土壤有益微生物能产生糖类物质，占土壤有机质的0．1％，与植物粘液，矿物胚体和有机胶体结合在一起，可以改善土壤团粒结构，增强土壤的物理性能和减少土壤颗粒的损失，在一定的条件下，还能参与腐殖质形成4.微生物肥料的作用增强作物抗性在根部附近区域大量繁殖，变为优势种群，抑制或减少了病原微生物的繁殖，有些还有拮抗病原微生物的作用，减少了有害病原的危害；菌种活动区