微生物在农业生产中的作用

微生物的特点：个体微小，um为单位繁殖速度快:一般几十分钟繁殖一代种群多样性代谢多样性:代谢底物广泛，代谢途径多样遗传多样性球菌链球菌链杆菌杆菌螺旋菌青霉(Penicillium)曲霉(Aspergillus)根霉(Rhizopus)土壤真菌一、土壤是微生物的大本营土壤圈是地球系统的组成部分，它处于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈的界面，同其它生物圈交互作用，是具有生命活动的体系和微生物生活的良好环境。微生物既是土壤形成过程的作用者，又是土壤的重要组成部分。土壤中微生物种类繁多、数量巨大，这是其他它任何生态系统不可相比的。为什么土壤中存在如此众多的微生物？1、土壤为微生物提供了良好C,N营养。微生物生长需要最多的营养就是C，其次是N来源：植物的根系分泌物20-30%的光合产物以分泌物的形式释放到土壤脱落的根毛、表皮组织植物的枯枝落叶植物死亡后的残体农业生产中——施肥2、土壤为微生物提供无机盐、微量元素土壤本身含有各种无机盐，微量元素农业生产中的施肥，P,K肥等，微肥等土壤具有保水性，特别是腐殖质含量高的土壤，而且微生物比植物对水分的要求低，植物能生长的土壤，其水分肯定能满足微生物的要求3、土壤满足了微生物对水分的要求4、土壤pＨ值范围5.5－8.5之间，能满足大多数微生物的要求。而且微生物的适应性广，酸性和碱性土壤中也有适应的种群存在5、土壤中温度变化小——昼夜，季节性变化小（相对于大气、水体而言）6、土壤是不均匀介质，土壤颗粒空隙间充满着空气-好气微生物；颗粒内部厌氧-厌氧微生物8、土壤能保护微生物不受烈日的曝晒，从而可使微生物免受各种射线的伤害7、适宜的渗透压。二、土壤微生物的数量细菌（bacteria）：107-9/g土放线菌（actinomyces）：106-7/g土真菌(fungi)：103-4/g土藻类(algae):５万个／克土原生动物(protozoon):３万个／克土上述微生物数量是可培养微生物的数量土壤中的微生物绝大多数是不可培养的（＞95%）不可培养微生物（unculturedmicroorganisms）三、土壤中微生物的分布1、土壤微生物的垂直分布表层土中（20~30cm）含量最高，越往下，总的微生物数量越少，但厌氧微生物数量下层土壤中多地表土受阳光直接照射，其中微生物含量较低。但藻类在表层。2、植物根际土壤与微生物分布植物根际土壤的微生物数量高于根外土壤根际土壤——离根5mm以内的土壤根际微生物——rhizobacteria根/土比（R/S)：根际微生物数量和根外微生物数量之比R/S通常为几到几十为什么？禾本科植物的根际分布着较多的需要碳水化合物（有机酸和糖类）的微生物，豆科植物的根际分布着较多的要求氨基酸微生物根际微生物特点：数量多于根外土壤，但多样性小于根外土壤------为什么？根表的微生物分布是不均匀的，以微菌落形式存在，根尖数量少，而成熟区较多，很多存在于根的裂隙中3、根表的微生物分布ScanningelectronmicrographofamicrocolonyofPseudomonasfluorescensstrainWCS365ontomatorootAmixtureoftwoWCS365derivativesexpressingeithercyanfluorescentprotein(redcells)oryellowfluorescentprotein(greencells)isshownAmixtureofthreeWCS365derivatives主要存在于裂隙4、土壤团聚体与微生物的分布土壤包含矿物质、有机质和各种生物，它们相互结合和作用使土壤具有结构性，特别是土壤团聚体(团粒)，它是土壤肥沃的重要因素团聚体表面的主要是好氧的微生物，而且微生物之间竞争较激烈，数量和组成常有变化。生活在团聚体内部的微生物主要是厌氧的微生物，而且数量和组成相当稳定。以微菌落形式存在。（一）、分解土壤有机物，为植物提供矿质营养植物是有机质的制造者微生物是有机质的分解者——这是微生物最主要、最重要的作用如果没有微生物，地球上的C循环就不能进行四、微生物在农业生产中的作用商品有机肥作物秸秆动物粪便大分子有机物无机N,P,K等小分子有机物微生物分解供植物利用大分子有机物只有经过微生物分解才能为植物提供养料影响有机质矿化的因素有机残体的特性土壤水分和通气状况温度土壤特性C/N比值最适水势－0.1～－0.03Mpa0～35℃OM、pH、Eh值等(2)、C/N比***新鲜程度——新鲜的容易分解破碎程度——越碎越容易分解紧实程度——松散的容易分解1、有机残体的特性(1)、物理状态表2-2一些有机物质的碳、氮含量及其C/N比有机物质C%N%C/N云杉锯屑硬木锯屑小麦秸秆玉米禾茎甘蔗渣黑麦草（开花期）草坪禾草黑麦草（营养期）成熟苜蓿干草腐烂畜肥堆肥嫩苜蓿干草毛叶苕子城市淤泥土壤微生物细菌放线菌真菌土壤有机质软土Ap层老成土A1平均B层50463840404040404041404040315050505652460.050.10.50.70.81.11.31.51.82.12.53.03.54.510.08.55.04.92.35.1600/1400/180/157/150/137/131/126/125/120/116/113/111/17/15/16/110/111/123/19/1细菌细胞的C／N平均约为5／l，由于组成1份碳，平均约需4份碳氧化产生能量，供合成细胞物质和其他生命活动的需要。因此，细菌在生长繁殖过程中，需要从外界吸收利用有机质的C／N大致为25／l。不是所有微生物在任何条件下，恰恰都是按C／N为25／1进行的。25／1是从试验中得出的经验数值，是微生物种群生活在一起的总估算。有机质的碳氮比（C/N）对其分解速度影响很大C/N=25或30：1时,N能满足微生物生长的需求，物质降解快，但没有多余的N释放到土壤中。C/N＜25或30：1时，N能满足微生物生长的需求，物质降解快，而且有多余的N释放到土壤中。C/N＞25或30：1时，由于N不足，分解慢，而且微生物要从土壤中吸收N，和作物争NC／N很大的稻草、麦秆等还田时需要配施N肥，否者会引起作物的缺N现象。用C／N大的秸秆制作堆肥时，常需加入一些含N量高的人畜粪尿，有利于微生物的生长繁殖，从而加快堆肥的腐熟。2、水分和通气性水分：微生物生长离不开水分，土壤水分少抑制所有微生物的生长，从而抑制有机质分解；但水分过多，造成通气不良，好气微生物的生长受抑制，有机质降解慢，而且有中间产物积累。最适湿度：土壤持水量的50-80%通气性通气不良有机质分解慢，通气良好有机质分解快所以，水田的有机质含量高于旱田3、温度最适宜温度为25-30℃温度高，分解快4、土壤特性（1）、质地粘粒含量越高，通气差，有机质分解慢，有利于有机质积累。（2）、pH值6.5-7.5。（3）、肥力肥沃的土壤，微生物数量多，有机质分解快（二）、微生物在改善土壤团粒结构中的作用土壤具有团粒结构，它是土壤质量的重要指标微生物在土壤团聚体形成中的作用主要有两个方面:一是微生物主要是真菌和放线菌借助它们的菌丝将土壤颗粒彼此机械地缠绕在一起而形成团聚体;另一作用是依靠微生物的代谢产物(胞外多糖和其它有机多聚物)对土壤颗粒的胶结作用而形成稳定性团聚体。由菌丝缠绕形成的团聚体在土壤中的持续时间是比较短暂的。一旦菌丝被其它微生物分解,团聚体随之而解体,因而这是一种不稳定的团聚体.不同的微生物连结土粒的能力是不同的,一般情况下,微生物类群在团聚体形成中的作用是:真菌放线菌酵母菌和细菌。此外,微生物细胞作为一种带负电荷的胶体物质,也可以借助其静电引力促使土壤颗粒彼此连结在一起.很多微生物产生胞外多糖除多糖以外,其它有机质对土壤团聚体的形成虽然也有一定的作用,但是团聚体的形成量与土壤有机碳含量之间并不呈直线关系。而且有机质只有在微生物的作用下才具有团聚土粒的能力。试验证明,在灭菌的土壤中加人灭过菌的有机质,并不能增加土壤颗粒的团聚作用,而在未灭菌的土壤中,有机质的团聚作用则明显增强。这充分证明,微生物是形成土族团聚体的一个不可缺少的因素。（三）、促进作物生长微生物中有许多是植物生长促生菌（plantgrowth-Promotingrhizobacteria，PGPR）促生机理直接促生作用1.产生植物激素类物质促进作物生长许多微生物可产生植物激素类物质,能刺激和调节作物生长,使植物生长健壮,营养状况得到改善。细胞分裂素、赤霉素、吲哚乙酸2、产生维生素类、氨基酸类小麦根系中合成生长素的菌株的百分比生长素根面根际土壤硫胺素53.055.3生物素22.011.5维生素B1231.021.3泛酸77.058.2核黄素83.060.2节杆菌素13.012.6一种或多种维生素83.070.83、增加植物对营养元素的吸收PGPR菌刺激作物根系生长，增加了吸收面积。许多PGPR菌可直接增加植物的营养元素的供应如固氮菌——增加N素供应解磷菌——增加P素供应解钾菌——增加K素供应间接促生作用主要有：(1)产抗生素类物质抑制病原菌的生长；(2)螯合根际周围的铁元素；(3)产生溶真菌的酶类物质；(4)诱导植物产生系统抗性（四）、提高土壤肥力1、微生物对土壤有机质的转化提高了土壤有效养分的供应量2、固氮微生物固氮直接提高了土壤的N素含量3、微生物对难溶性矿物质的溶解提高了有效矿物质含量4、微生物对土壤腐殖质的形成具有重要作用对腐殖质的合成途径，尽管各研究者的看法也不一致，但有以下的共同认识：（1）木质素的降解产物可以是腐殖质合成的前体；（2）腐殖质的前体也可以来自除木质素以外的其它物质；（3）以芳香族化合物为主的前体聚合为大分子的腐殖质（4）在聚合过程中还可将含氮化合物结合进去，构成腐殖质的多肽和杂环成分，（5）在整个复杂的合成过程中，微生物和来自微生物的酶类起着重要作用。土壤腐殖质的形成是一个复杂的过程，大致可分为两个阶段。第一阶段：有机残体在微生物分解作用下，其中一部分彻底矿化，最终生成CO2、H2O、NH3、H2S等无机化合物。另一部分转化为较简单的有机化合物（多元酚）和含氮化合物（氨基酸、肽等），提供了形成腐殖质的材料。第二阶段：上述土壤腐殖质的组成部分，在微生物的作用下经缩合形成腐殖质的基本单元，然后基本单元再进一步缩合成原始腐殖质。（五）微生物肥料微生物肥料是是活的生物体，是通过微生物的活动发挥作用。有时候称微生物接种剂。用量少的称为接种剂用量大的称为微生物肥料微生物肥料的主要特点有：1、微生物肥料主要是提供有益的微生物，而不是提供矿质营养养分；2、人们无法用肉眼观察微生物，所以微生物肥料的质量人眼不能判定，只能通过分析测定；3、微生物肥料的作用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。4、微生物肥料有它的有效期限，通常为半年至一年。1、固氮菌肥料（1）、根瘤菌菌剂根瘤菌肥是含有大量根瘤菌活菌体的生物制剂，接种于豆科植物种子上，在土壤条件适宜情况下，根瘤菌侵入豆科植物根部结瘤，固定空气中的氮素为NH3。根瘤菌肥料是迄今为此世界上研究最早、应用时间最长、生产量最多、应用最广泛和效果最稳定的微生物肥料之一。在新种植豆科植物的地方增产特别显著。在老种植区，虽然土壤中有土著根瘤菌，但根瘤菌肥料中的根瘤菌都是结瘤效率、固氮效率比较高的优良菌株，所以在老种植区也有增产效果SoybeanrootnodulesUnnodulatedsoybeanNodulatedsoybean专一性：只能感染一定的豆科植物，有的只感染一种豆科植物，有的感染多种豆科植物互接种族：可以相互利用其根瘤菌形成根瘤的一组豆科植物。同一互接种族内的植物，可以互相利用其根瘤菌形成根瘤，而不同互接种族植物间不能互接形成根瘤——应用时特别要注意这一点苜蓿族可接种于苜蓿属、草木樨属、胡卢巴属。三叶草族只可接种于三叶草属的若干种。豌豆族