chap4農(nóng)業(yè)微生物技術(shù)2

上節(jié)課回顧微生物農(nóng)藥-----微生物殺蟲劑細(xì)菌殺蟲劑：重點(diǎn)講述蘇云金芽胞桿菌殺蟲劑真菌殺蟲劑病毒殺蟲劑二、微生物除草劑全世界廣泛分布的雜草有30000種，每年約1800種對作物造成不同程度的危害。每年因雜草危害造成的農(nóng)作物減產(chǎn)高達(dá)9.7％。近百年來采用化學(xué)除草劑有效地控制了許多雜草。但化學(xué)藥劑的大量使用也引發(fā)了一系列的問題，諸如除草劑抗性雜草植株的出現(xiàn)、土壤污染、水質(zhì)的退化、以及對非雜草生物(特別是人、畜)的危害等等。微生物除草劑主要是利用活體生物或其代謝產(chǎn)物來殺滅雜草。從20世紀(jì)60年代起,在國外就已經(jīng)開始研究微生物除草劑,截至2006年報道的有除草潛能的微生物類型包括:真菌、細(xì)菌、病毒、放線菌和線蟲。截至目前已制劑化并登記的商品只有5個。它包括4個真菌制劑:美國2個(Devine)和(Collegeo),加拿大1個(BioMal),中國1個(魯保一號);1個細(xì)菌制劑:日本的Campelyo。Devine是1981年在美國被注冊登記為第一個生物除草劑，是從莫倫藤死體中分離出的一種棕櫚疫霉的真菌制劑，現(xiàn)在美國被用于防治柑桔園中的莫倫藤，防治效果達(dá)95％以上，且持效期可達(dá)2年。生物防治雜草實(shí)例“魯保一號”是寄生在菟絲子上的一種無毛炭疽菌，我國山東省農(nóng)科院植保所于1963年在濟(jì)南田間自然死亡的菟絲子上分離得到。本劑是一種真菌除草劑，?；詮?qiáng)，專門用于防治菟絲子。殺草機(jī)理：是引起菟絲子發(fā)生真菌病害而導(dǎo)致枯死。將這種病原真菌制劑配成懸浮液，噴灑到菟絲子上，真菌孢子吸水萌發(fā)，使菟絲子感病，逐漸死亡。因農(nóng)作物不感染此病，故對作物安全。

三、農(nóng)用抗生素農(nóng)用抗生素系指微生物產(chǎn)生的，可用于防治農(nóng)業(yè)有害生物的微生物次級代謝產(chǎn)物。我國對農(nóng)用抗生素的研究始于20世紀(jì)50年代，經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，目前從事農(nóng)抗研發(fā)的單位已有40多家。我國登記注冊的農(nóng)抗類品種24種，其中防病農(nóng)抗15種，殺蟲農(nóng)抗5種，除草農(nóng)抗1種，植物生長調(diào)節(jié)劑農(nóng)抗3種。目前我國農(nóng)用抗生素年產(chǎn)制劑量已超過8萬t。

從產(chǎn)值來看，已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的最大品種是阿維菌素，其次是井岡霉素和赤霉素。據(jù)不完全統(tǒng)計，2005年，阿維菌素年產(chǎn)值達(dá)到13億多元，井岡霉素年產(chǎn)值達(dá)到5億多元，赤霉素年產(chǎn)值達(dá)到3億多元；其他品種：包括硫酸鏈霉素、農(nóng)抗120、多抗霉素、寧南霉素、中生菌素等的年產(chǎn)值達(dá)2億多元。農(nóng)用抗生素的年總產(chǎn)值已超過23億元，約占農(nóng)藥總產(chǎn)值的8%左右，占生物農(nóng)藥總產(chǎn)值的90%左右。20世紀(jì)70～80年代，國內(nèi)逐步開始建立自己的篩選模型，同時相繼研究開發(fā)成功井岡霉素、多效霉素、公主嶺霉素、農(nóng)抗120、武夷菌素、中生菌素等。農(nóng)用抗生素分為殺菌劑、殺蟲劑、殺螨劑、除草劑和植物生長調(diào)節(jié)劑。1.殺蟲劑2.殺菌劑3.植物生長調(diào)節(jié)劑1.殺蟲劑

阿維菌素作用特點(diǎn)：

1）阿維菌素對螨類和昆蟲具有胃毒和觸殺作用，不能殺卵。2）干擾神經(jīng)生理活動，刺激釋放γ-氨基丁酸，而氨基丁酸對節(jié)肢動物的神經(jīng)傳導(dǎo)有抑制作用。螨類成蟲、若蟲和昆蟲幼蟲與阿維菌素接觸后即出現(xiàn)麻痹癥狀，不活動、不取食，2～4天后死亡。因不引起昆蟲迅速脫水，所以阿維菌素致死作用較緩慢。3）阿維菌素對捕食性昆蟲和寄生天敵雖有直接觸殺作用，但因植物表面殘留少，因此對益蟲的損傷很小。4）阿維菌素在土內(nèi)被土壤吸附不會移動，并且被微生物分解，因而在環(huán)境中無累積作用，可以作為綜合防治的一個組成部分。5）調(diào)制容易，將制劑倒人水中稍加攪拌即可使用，對作物亦較安全，按介紹的方法使用不會發(fā)生藥害。

適用作物

蔬菜、柑橘、棉花等。

防治對象

對抗性害蟲有特效，如小菜蛾、潛葉蛾、紅蜘蛛等。農(nóng)藥大量使用，小菜蛾的抗藥性急劇增強(qiáng)柑桔潛葉蛾

注意事項

1．阿維菌素殺蟲、殺螨的速度較慢，在施藥后3天才出現(xiàn)死蟲高峰，但在施藥當(dāng)天害蟲、害蛾即停止取食、危害。

2．阿維菌素對魚類高毒，因此施藥時不要使藥液污染河流、水塘，不要在蜜蜂采蜜期施藥。2.殺菌劑

(1)井岡霉素

井岡霉素內(nèi)吸作用很強(qiáng)，當(dāng)水稻紋枯病菌的菌絲接觸到井岡霉素后，能很快被菌體細(xì)胞吸收并在菌體內(nèi)傳導(dǎo)，干擾和抑制菌體細(xì)胞正常生長發(fā)育，從而起到治療作用。主要用于防治水稻紋枯病，兼治麥類、玉米紋枯病、棉花和瓜類立枯病等。已成為我國農(nóng)藥中最安全、有效、廉價的主要品種。劑型有粉劑、水劑、水溶性粉劑等。主要生產(chǎn)廠家有浙江錢江生物化學(xué)股份有限公司、江西農(nóng)藥廠、桐鄉(xiāng)市農(nóng)藥廠、宜興生物化學(xué)廠等。

“井岡霉素”之父----沈寅初沈寅初在上世紀(jì)60年代從復(fù)旦大學(xué)畢業(yè)后，進(jìn)入當(dāng)時剛剛成立的上海市農(nóng)藥研究所。因?yàn)橛羞^餓肚子的切身體會，他下定了搞農(nóng)業(yè)科研的決心。水稻紋枯病是水稻的重要病害，每年發(fā)病面積上億畝，是我國水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的嚴(yán)重障礙，而且當(dāng)時沒有特效農(nóng)藥。找到對付水稻紋枯病的農(nóng)藥，成為擺在沈寅初及其同事們面前的一個難題。沈寅初和實(shí)驗(yàn)人員跑遍全國各地，到鄉(xiāng)間田頭提取土壤樣本，經(jīng)過幾萬次的失敗后，最終在井岡山的土壤中發(fā)現(xiàn)了這種微生物，它的產(chǎn)物能防治水稻紋枯病，于是取名為“井岡霉素”。

生物農(nóng)藥“井岡霉素”不會帶來任何污染，即使過量也不要緊，用沈寅初的話說，“農(nóng)婦想用這個來自殺，肯定喝不死。”而且用量很少，一畝地只要3~5克就行，價格便宜，農(nóng)民們都買得起。由于它的高效安全，“井岡霉素”很快風(fēng)靡全國。更重要的一點(diǎn)是，“井岡霉素”不會產(chǎn)生耐藥性，所以至今沒有被取代。30多年來，種水稻的農(nóng)民幾乎都知道“井岡霉素”，老百姓吃的大米幾乎都用過“井岡霉素”，全國有30多家工廠生產(chǎn)“井岡霉素”，每年產(chǎn)量可供2億畝水稻田使用。(2)春雷霉素作用特點(diǎn)：

是放線菌產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物。具有內(nèi)吸治療作用；滲透性強(qiáng)，耐雨水沖刷；對人畜安全，對作物無藥害?？梢院投喾N農(nóng)藥混用，但不能與堿性農(nóng)藥混用

主要用于防治水稻稻瘟病，對高粱炭疽病也有較好的防治效果3.植物生長調(diào)節(jié)劑

（1）赤霉素（GA）發(fā)現(xiàn)：水稻惡苗病的赤霉菌中分離1935年日本科學(xué)家分離概念：指具有赤霉烷骨架，刺激細(xì)胞分裂和伸長的一類化合物總稱。種類：（A1、A2、A3、A4等）種類最多的植物激素，1998年已發(fā)現(xiàn)121種同一植物可有多種赤霉素生理效應(yīng)促進(jìn)莖的伸長促進(jìn)整株植物生長作用>離體器官促進(jìn)節(jié)間伸長不存在超最適濃度的抑制作用誘導(dǎo)開花打破休眠（代替光照、低溫打破種子休眠）促進(jìn)雄花分化（與生長素、乙烯相反）其他效應(yīng)：延緩葉片衰老；促進(jìn)細(xì)胞分裂和分化抑制不定根形成（2）脫落酸（ABA）發(fā)現(xiàn)：1961年研究棉鈴脫落，“脫落素”1967年在第六屆國際植物生長物質(zhì)會議正式命名脫落酸概念：指能引起芽休眠、葉脫落和抑制生長等生理作用的植物激素棉鈴

分布：都有，脫落或休眠器官和組織較多

合成：主要是根冠和萎蔫葉生理效應(yīng)促進(jìn)休眠使旺盛生長枝條進(jìn)入休眠促進(jìn)氣孔關(guān)閉，降低蒸騰抑制生長具可逆性，除去ABA后，枝條、種子可重新萌發(fā)。促進(jìn)脫落

增加抗逆性逆境中，ABA迅速增加，抗逆性增加北京奧運(yùn)會期間，北京全市的百萬盆鮮花，均有施加脫落酸，以保證花盛開的狀態(tài)．

第五節(jié)、微生物肥料1.肥料的種類和概念2.微生物肥料的發(fā)展過程3.微生物肥料的種類4.微生物肥料的作用5.生物固氮6.磷細(xì)菌肥料7.細(xì)菌鉀肥8.其他微生物肥料1.肥料的種類及概念化學(xué)肥料有機(jī)肥料微生物肥料化學(xué)肥料：也稱無機(jī)肥料，是通過化學(xué)合成方式或?qū)⒛承┖蟹柿铣煞值牡V物質(zhì)，經(jīng)過粉碎、精選、加工制成的肥料。有機(jī)肥料：農(nóng)家肥，它們多是動植物殘體或人畜糞便以及生活垃圾等制成的一種自然肥料，由于其含有豐富的有機(jī)物，因此被稱作有機(jī)肥料。微生物肥料：是指用特定微生物菌種培養(yǎng)生產(chǎn)的具有活性微生物的制劑。它無毒無害、不污染環(huán)境，通過特定微生物的生命活力能增加植物的營養(yǎng)或產(chǎn)生植物生長激素，促進(jìn)植物生長。2.微生物肥料的發(fā)展過程

20世紀(jì)初，歐美的一些國家開始根瘤菌劑的商品生產(chǎn)；30年代，美國、蘇聯(lián)等國對自生固氮菌進(jìn)行了多次試驗(yàn)和推廣應(yīng)用；70年代中期，巴西及中國學(xué)者先后在玉米根系上發(fā)現(xiàn)了聯(lián)合固氮體系；中國對菌肥的研究和應(yīng)用

1950年，根瘤菌60年代，自生固氮菌劑70年代，根際聯(lián)合固氮菌90年代，聯(lián)合固氮菌肥、硅酸鹽菌劑、光合細(xì)菌菌劑、PGPR制劑(植物根圍促生菌)和有機(jī)物料（秸稈）腐熟劑2001年至今（1）基本形成了微生物肥料產(chǎn)業(yè)（2）產(chǎn)品種類繁多（3）微生物肥料使用菌種種類不斷擴(kuò)大（4）使用效果逐漸被農(nóng)民等使用者認(rèn)可（5）質(zhì)量意識開始深入人心（6）少數(shù)產(chǎn)品開始進(jìn)入國際市場3.微生物肥料的種類

按其制品中特定的微生物種類分為:細(xì)菌肥料（如根瘤菌肥、固氮菌肥），放線菌肥料（如抗生菌類），真菌類肥料（如菌根真菌）按其作用機(jī)理分:根瘤菌肥料，固氮菌類肥料，解磷菌類肥料，解鉀菌類肥料根據(jù)微生物肥料對改善植物營養(yǎng)元素的不同:

根瘤菌肥料能在豆科植物根上形成根瘤，可同化空氣中的氮?dú)?，改善豆科植物氮素營養(yǎng)，有花生、大豆、綠豆等根瘤菌劑;固氮菌肥料能在土壤中和許多作物根際固定空氣中的氮?dú)?，為作物提供氮素營養(yǎng)；又能分泌激素刺激作物生長，有自生固氮菌、聯(lián)合固氮菌等;磷細(xì)菌肥料能把土壤中難溶性磷轉(zhuǎn)化為作物可以使用的有效磷，改善作物磷素營養(yǎng)。種類有磷細(xì)菌、解磷真菌等;

硅酸鹽細(xì)菌肥料能對土壤中云母、長石等含鉀的鋁硅酸鹽及磷灰石進(jìn)行分解，釋放出鉀、磷與其他灰分元素，改善植物的營養(yǎng)條件。有硅酸鹽細(xì)菌、其他解鉀微生物等;

復(fù)合菌肥料含有上述兩種以上有益的微生物，他們之間互不拮抗并能提高作物一種或幾種營養(yǎng)元素的供應(yīng)水平，并含有生理活性物質(zhì)。

4.微生物肥料的作用

增進(jìn)土壤肥力

制造和協(xié)助農(nóng)作物吸收營養(yǎng)

增強(qiáng)植物抗病和抗旱能力

增進(jìn)土壤肥力這是微生物肥料的主要功效之一。施用微生物肥料能改善土壤物理性狀,有利于提高土壤肥力。它可使長期使用化肥帶來的土壤板結(jié),抗?jié)晨购的芰巴寥婪柿ο陆档纫幌盗斜锥说靡愿靖淖?。舉例：各種自生、聯(lián)合或共生的固氮微生物肥料，可以增加土壤中的氮素來源；多種溶磷、溶鉀的一些微生物，如一些芽胞桿菌、假單胞菌的應(yīng)用，可以將土壤中難溶的磷、鉀分解出來，轉(zhuǎn)變?yōu)樽魑锬芪绽玫牧?、鉀化合物。制造和協(xié)助農(nóng)作物吸收營養(yǎng)

微生物肥料中最重要的品種之一是根瘤菌肥，其中的根瘤菌可以侵染豆科植物根部，在根上形成根瘤，生活在根瘤里的根瘤菌類菌體利用豆科植物寄主提供的能量將空氣中的氮轉(zhuǎn)化成氨，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成谷氨酰胺和谷氨酸類植物能吸收利用的優(yōu)質(zhì)氮素，供給豆科植物一生中氮素的主要需求。VA菌根是一種土壤真菌，它與多種植物根系共生，其菌絲可以吸收更多的營養(yǎng)供給植物吸收利用，其中以對磷的吸收最明顯。菌根對在土壤中活動性差、移動緩慢的元素如鋅、銅、鈣等元素也有加強(qiáng)吸收的作用。許多用作微生物肥料生產(chǎn)的微生物種類還產(chǎn)生大量的植物生長激素（包括根瘤菌在內(nèi)），能夠刺激和調(diào)節(jié)作物生長，使植物生長健壯，營養(yǎng)狀況改善。增強(qiáng)植物抗病和抗旱能力有些微生物肥料的菌種在作物根部大量生長繁殖，成為作物根際的優(yōu)勢菌，除了它們自身的作用外，還抑制或減少了病原微生物的繁殖機(jī)會，有的還有抗病原微生物的作用，起到了減輕作物病害的功效。菌根真菌則由于在作物根部的大量生長，菌絲除了吸收有益于作物的營養(yǎng)元素外，還有增加水分的吸收，利于作物的抗旱能力。5.生物固氮氮素吸收的形式：植物所吸收的氮素主要是無機(jī)態(tài)氮，即銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，也可以吸收利用有機(jī)態(tài)氮，如尿素等。固氮的方式：什么是固氮：N2NH3工業(yè)固氮高能固氮(閃電)生物固氮8×107t4×108t什么叫做生物固氮？固氮微生物將大氣中的N2還原為NH3的過程。共生固氮微生物自生固氮微生物固氮微生物的分類：共生固氮微生物自生固氮微生物根瘤菌→豆科植物放線菌→非豆科植物藍(lán)藻→水生蕨類等圓褐固氮菌（好氧）梭菌（厭氧）魚腥藻等為代表的固氮藍(lán)藻指與一些綠色植物互利共生的固氮微生物。5.1共生固氮微生物概念：根瘤菌舉例：根瘤菌固定的氮素占自然界生物固氮總量的絕大部分根瘤菌形態(tài)：棒槌形、“T”形或“Y”形結(jié)構(gòu)：原核單細(xì)胞生理特點(diǎn)：代謝類型是異養(yǎng)需氧型互利共生(具種屬特異性)但固氮需嚴(yán)格的低氧環(huán)境大豆根瘤苜蓿根瘤根瘤豌豆根瘤根瘤的形成：根瘤菌進(jìn)入植物根部→繁殖→刺激根部薄壁細(xì)胞分裂→該處組織膨大→形成根瘤。意義：豆科植物從根瘤中獲得的氮素。衰老的根瘤破潰后，里面的根瘤菌和含氮化合物仍遺留在土壤中。指在土壤中能夠獨(dú)立進(jìn)行固氮的微生物。概念：

桿菌、短桿菌，單生或?qū)ι??！?”字形排列，外面有莢膜。形態(tài)：常見類型：圓褐固氮菌（應(yīng)用最多）5.2自生固氮微生物圓褐固氮菌生理特點(diǎn)：異養(yǎng)需氧型生長在土壤表層制成菌劑，施用到土壤中，可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。應(yīng)用：能分泌生長素鐵蛋白鐵鉬蛋白e+H+ATPADP+PiN2固氮酶C2H2NH3C2H45.3生物固氮過程固氮酶的特點(diǎn)：1）固氮酶由兩種蛋白質(zhì)構(gòu)成分別是鐵蛋白和鐵鉬蛋白，只有兩種蛋白質(zhì)同時存在，固氮酶才具有固氮作用。2）固氮酶具有底物多樣性的特點(diǎn)即N2→NH3，乙炔→乙烯N2、e、H+、ATP和酶生物固氮需要哪些條件？生物固氮的反應(yīng)式：N2+e+H+

+ATPNH3

+ADP+Pi固氮酶N2+8e+8H+

+C2H2+16ATP2NH3

+C2H4+16ADP+16Pi固氮酶具有固氮能力的生物，本身就是一座小化肥廠。這個化肥廠的原料來自空氣，取之不盡，這種化肥廠不需要廠房和設(shè)備，不污染環(huán)境；能源則是用之不竭的太陽能。大氣中的N2氮素化肥NH3NO3-NO3-尿素及動植物遺體5.4自然界中的氮循環(huán)氮循環(huán)

構(gòu)成氮循環(huán)的主要環(huán)節(jié)是1）生物體內(nèi)有機(jī)氮的合成：動物直接或間接以植物為食物，將植物體內(nèi)的有機(jī)氮同化成動物體內(nèi)的有機(jī)氮

2）氨化作用：動植物的遺體、排出物和殘落物中的有機(jī)氮被微生物分解后形成氨

3）硝化作用：在有氧的條件下，土壤中的氨或銨鹽在硝化細(xì)菌的作用下最終氧化成硝酸鹽

4）反硝化作用：在氧氣不足的條件下，土壤中的硝酸鹽被反硝化細(xì)菌等多種微生物還原成亞硝酸鹽，并且進(jìn)一步還原成分子態(tài)氮，分子態(tài)氮則返回到大氣中

5）固氮作用：大氣中的分子態(tài)氮被還原成氨

新開墾的農(nóng)田和未種植過豆科作物的土壤，選擇與該種豆科植物相適應(yīng)的根瘤菌進(jìn)行拌種。提高豆科作物產(chǎn)量的有效措施是什么？5.5生物固氮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用飼養(yǎng)家畜，再將家畜的糞便還田豆科植物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有何應(yīng)用？制作綠肥---直接耕埋或堆漚如：田菁、苜蓿、紫云英等。將固氮細(xì)菌體內(nèi)的固氮基因轉(zhuǎn)移到非豆科糧食作物的細(xì)胞內(nèi)，在固氮基因的調(diào)控下，讓非豆科糧食作物的細(xì)胞內(nèi)合成出固氮酶并且固氮，這是解決非豆科糧食作物自行固氮的一條重要途徑，這一途徑叫做固氮基因工程。固氮基因工程：5.6生物固氮研究前景美國康乃爾大學(xué)和法國巴斯德研究所的科學(xué)家成功地將肺炎克氏桿菌(原核微生物)的固氮基因轉(zhuǎn)移到酵母菌(真核微生物)中。酵母菌雖然是單細(xì)胞微生物，但它更接近于高等植物，因此，這一成功標(biāo)志著生物固氮的基因工程大大地向前邁了一步。我國華中農(nóng)業(yè)大學(xué)一課題組，成功地實(shí)現(xiàn)了大豆根瘤菌的基因轉(zhuǎn)移，獲得了“高效固氮大豆基因工程根瘤菌“HN32”新菌株，在大豆的大面積試驗(yàn)中顯示出良好的增產(chǎn)效果。將固氮細(xì)菌整體導(dǎo)入細(xì)胞，使其具有固氮能力的固氮細(xì)胞工程也有了很大的發(fā)展。近幾年來，國內(nèi)外科學(xué)家采用生長素和酶處理方法直接將根瘤菌導(dǎo)入非宿主細(xì)胞，以建立共生固氮新體系。1987年，國外科學(xué)家應(yīng)用一種新根瘤菌處理水稻、小麥等7科非豆科作物，均能結(jié)瘤固氮。我國科學(xué)家應(yīng)用植物生長素引導(dǎo)根瘤菌進(jìn)入小麥等作物根部，也形成根瘤并有較低的固氮能力練習(xí)

農(nóng)田的表層土壤中，自生固氮菌的含量比較多。將用表土制成的稀泥漿，接種到無氮培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng)。在這種情況下，只有自生固氮菌才能生長繁殖。用這種方法，可以將自生固氮菌與其他細(xì)菌分離開來。

根據(jù)固氮微生物與非固氮微生物的特點(diǎn)，

思考如何將自生固氮微生物與土壤中的其

他細(xì)菌等微生物分離？6.磷細(xì)菌肥料

分解有機(jī)磷化合物的細(xì)菌：解磷巨大芽胞桿菌解磷珊瑚紅賽氏桿菌節(jié)桿菌屬中的一些種

分解有機(jī)磷釋放出無機(jī)磷酸鹽轉(zhuǎn)化無機(jī)磷化合物的細(xì)菌：假單胞菌屬中的一些種