微生物在农业中的应用(定).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 微生物在农业中的应用,第一节,微生物肥料,微生物杀虫剂,第二节,生物修复,第三节,第九章 微生物在农业中的应用,大豆根瘤,第一节,微生物肥料,田菁茎瘤,生长期为,6,个月的松树幼苗,A:,没有接种菌根；,b,：接种菌根,又称生物肥料，是利用微生物的生命活动及代谢产物的作用，改善作物养分供应，向农作物提供营养元素、生长物质，调控其生长，达到提高其产量和品质，减少化肥使用，提高土壤肥力的目的。,微生物肥料的定义,按微生物的种类分：,细菌肥料：根瘤菌、固氮菌、磷细菌、钾细菌、光合细菌,放线菌肥料：抗生菌类,真菌类肥料：菌根真菌类,三、微生物肥料的种类,根据作用机理分：,根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷菌肥料、解钾菌类肥料；,按肥料的组成划分：,分为单一的微生物和复合微生物肥料（包括多种微生物类群的复合和微生物类群与有机物无机物的复合）,初步形成了微生物肥料产业，具有一定的规模和水平。目前，我国已有几百家企业生产各种微生物肥料，年产量超过,100,万,t,。但是，就总体而言，无论是生产设备，还是生产工艺都与国外先进水平存在较大的差距,产品种类繁多。我国生产的微生物肥料不仅有传统的根瘤菌，而且有联合固氮菌、芽孢杆菌、光合细菌、解磷解钾细菌等。剂型主要有液体、固体、颗粒剂型以及冻于剂型等,四,.我国微生物肥料的现状,使用范围不断扩大，产品稳定性逐步提高。经过多年的推广，各种微生物肥料已经在绝大多数作物上得到应用，使用效果初步得到了广大农民的认可，有些微生物肥料还出现了供不应求的局面,行业管理初步形成，质量意识逐渐深入人心。目前，微生物肥料已经纳入农业部“一肥两剂”检验登记管理范围，已经发布,5,个行业标准,基础研究力度不够，科研人员相对不足,菌株目标效能不稳定，配伍不尽合理，抗逆性差,生产工艺落后，产品质量不稳,微生物肥料产品质量标准有待进一步完善,五、,我国微生物肥料研制应用中存在的问题,由豆科作物接种剂向非豆科用肥方面发展,由单一菌种向复合菌种方面发展,由单功能向多功能方面发展,由无芽孢菌转向芽孢菌种,六、,我国微生物肥料研制的发展趋势,七、常见微生物肥料的介绍,1、,根瘤菌肥料,根瘤菌菌肥是推广最早，效果显著的一种高效菌肥，可使豆科植物增产并提高土壤中的氮素含量。,目前生产根瘤菌肥料的菌种有花生根瘤菌、大豆根瘤菌、苜蓿根瘤菌等。,在植物根上形成根瘤，生活在根瘤里的根瘤菌类菌体利用豆科植物宿主提供的能量将空气中的氮转化为氨，进而转化成谷氨酸和谷氨酰胺类等植物能吸收利用的优质氮素，供给豆科植物一生中氮素主要需求（50%60%）,（一）,细菌肥料,固体培养基上：短杆状细菌，端生或周生鞭毛，能运动，革兰氏染色阴性，无芽孢。,侵入根部后：为短小杆状，无鞭毛；,随着根瘤的增大：菌体停止分裂，逐渐延长变大，形成一端膨大的棒状或分叉变形；,培养特性：为好气菌，最适生长温度为2528,，最适pH值为6.5,7.5，需碳素营养（葡萄糖、蔗糖、甘露醇）、氮素营养（氨基酸、铵盐、硝酸盐）、矿物元素（磷、硫、钾、钙、镁和铁等）和B族微生素。,注意：,（1）一种根瘤菌剂只能用于相应的豆科植物。,（2）根瘤菌剂是用来拌种的，不能撒施做基肥或追肥。,（3）常温保存，易在傍晚或阴天撒播。,（4）不要与农药、过磷酸钙一起拌，会杀死根瘤菌。,2、,磷细菌肥料,磷细菌肥料是一类促使土壤中不能被作物利用的有机态或无机态磷化物转化为有效磷，从而改善作物的磷素营养，促使作物增产的菌肥。,按其对磷的转化作用分为两类：,（1）通过细菌产生的酸使不溶性磷矿物溶解为可溶性的磷酸盐，称为无机磷细菌，如氧化硫硫杆菌；,（2）通过某些细菌，如巨大芽孢杆菌和蜡状芽孢杆菌等产生的一类酸性物质，如乳酸、柠檬酸和植物酶类物质，使土壤中难溶性磷素和磷酸铁、磷酸率以及有机磷酸盐矿化，形成作物能够吸收利用的可溶性磷，称为有机磷细菌。,培养特性：有机质丰富、中性或微酸性、水分充足和通气良好。最适温度为3037,。,菌苔白色，边缘整齐，表面光滑。,使用方法：,（1）拌种或浸种：把菌肥加水调成浆，拌入种子，稍晾干后即播种。也可用原菌液直接浸种12h，阴干后播种。,（2）蘸根：把菌肥与少量草木灰混匀，加水调成泥浆，作物移栽时用于蘸根。,（3）基肥：每公顷用菌肥22.575kg，混入有机肥料中施用。,（4）追肥：开花前施于作物根部，保持土壤湿润。,提高磷细菌肥效的几项措施：,（1）无机磷细菌菌肥和有机磷细菌菌肥混合使用。,（2）磷细菌肥和固氮菌肥混合使用。,（3）早施磷细菌肥料,3、,固氮菌肥料,除了根瘤菌以外的固氮菌，有自生固氮菌和联合固氮菌。,4、,钾细菌肥料,又称生物钾肥、硅酸盐菌剂，是,用,人工选育的高效硅酸盐细菌经过工业发酵而成的 一种生物肥料。主要有效成分是活的硅酸盐细菌。如胶质芽孢杆菌和环状芽孢杆菌等。,具有分解磷灰石并释放磷、钾矿物中的磷、钾元素的作用，促进农业增产，提高农产品品质。,5,、光合细菌肥料,光合细菌是一类将光能转化成微生物代谢活动能量的原核微生物，如荚膜红假单胞菌、球红假单胞菌等，有固氮、为植物根系分泌氨基酸和核酸、提高作物抗病性的作用。,（二）,抗生菌肥料,是一种能分泌抗菌物质和刺激素的放线菌饼粉和土（1：10）发酵而成。具有成本低、肥效高、抗病害、对作物无害等优点。,使用菌种通常都是放线菌，如细黄链霉菌。,“5406”抗生菌肥即属此类。,（三）,复合微生物肥料,将两种或两种以上的微生物菌（复合）或一种生物菌与其他营养物质复配（复混）而成的肥料。,（四）,PGPR 类制剂,所谓的PGPR(plant growth-promoting rhizobacteria)即一群定殖于植物根际、与植物根密切相关的根际细菌，当接种于植物种子、根系、块根、块茎或土壤时，能够促进植物生长,PGPR的直接促生机理,1、提供植物营养物质,A、生物固氮作物,B、提高植物根际养分的可利用性,C、增强其他有益的共生作用,PGPR可以在很多情况下，作为“助手”细菌协同其他有益共生关系。,D、复合促生作用（combination of modes of action）,2、产生植物生长调节物质（phytostimulators）,多种PGPR通过产生植物激素、ACC脱氨酶、挥发性物质等促进植物生长。并且能促进植物根生长、改变根形态、增加根长度、根毛数、侧根数、根质量及根表面积。常见的产物为：,A、生长素（indole-3acetic acid),B、细胞分裂素（cytokinin）,C、赤霉素（gibberellin）,D、ACC脱氨酶,E、挥发性物质,F、辅因子（PQQ）,PQQ是一种植物生长促生剂，在植物体内可以作为一种抗氧化剂,G、其他生长调节物质,PGPR可以增加根呼吸速率促进根系生长,3、植物根际生物修复剂（rhizoremediators）,细菌对土壤污染物的降解面临的最大问题是：很难适应非根际土壤环境。目前开发了一种解决方法：根际生物修复系统（rhizoremediation）：筛选降解污染物根际细菌，以便其利用植物根际分泌物作为主要营养。目前获得一株能高效利用根际分泌物，又能降解根际污染物萘的恶臭假单胞菌PCL1444，保护植物免受萘伤害。,4、环境胁迫调节剂（stress controller）,目前研究的多得是ACC脱氨酶，其可以降低植物体内乙烯水平。并可解除植物病原细菌、多环芳烃碳氢化合物、重金属Ni2+和Ca2+、盐、干旱及淹水等生物和非生物压力对植物的危害,微生物农药是利用微生物及其基因产生或表达的各种生物活性成份，制备出用于防治植物病虫害、环卫昆虫、杂草、鼠害，以及调节植物生长的制剂的总称。,EPA,：微生物、转微生物基因的工程植物。,第二节 微生物农药,一、跟化学农药相比及其特点,微生物杀虫剂对人畜要安全的多,有选择性，可有效的利用天然的保护,不易产生抗药性,经济有效，即可工业化生产，也可用简易的 固体发酵法进行生产，便于农村推广,不污染环 境，有利于改善环境和保护水资源,生产原料主 要为农副产品和副产物，便于就地取材生产和应用,二、微生物农药优点,无污染，不积累,微生物农药对防治对象不产生抗性,对害虫天敌危害小,持效期长,刺激植物生长,取材容易，费用低廉,操作简单，安全可靠,三、微生物农药缺点,药效发挥缓慢,制剂成分复杂，活性成分易分解,批量生产原材料难以保证,有些微生物农药的活性成分存在于生物的特殊部位或特殊地域环境,四、为何使用微生物农药？,防止农药污染已成为当前世界上很多国家关切的环境问题。农药的使用和农业、林业、牧业等关系密切，因而，农药对土壤的污染是重要的环境问题之一。另外，杀菌，杀虫，除草等功能有较高的效率。,为何使用微生物农药？,五、微生物农药的分类,包括细菌，真菌，病毒，原生动物，线虫等，主要是前三者。,1、微生物杀虫剂,细菌杀虫剂,真菌杀虫剂,病毒杀虫剂,微孢子杀虫剂,线虫杀虫剂,2、微生物杀菌剂,农用抗生素,细菌杀菌剂,真菌杀菌剂,3、微生物除草剂,球孢白僵菌,(,Beauveria bassiana,),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,),性味和功用 辛、咸，平。归肺、肝、胃经。祛风解痉，化痰散结。用于肝风头痛眩晕，惊风抽搐，咽喉肿痛，中风失音，喉痹，痰热结核，齿痛，瘰疬，风疮丹毒作痒。常用量,5,10,克。,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。,（一）,微生物杀虫剂 细菌杀虫剂（bacterial insecticide）,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,六、,微生物农药,简介,苏云金杆菌（,Bt,）,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,BT,=,Baciluss thuringiensis,=,苏云金芽孢杆菌,BT,杀虫机理,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,16,种，液剂,12,种，生产厂家达,76,家，年产量达,2.010,8,kg-3.010,8,kg,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,Bt,应用的剂型：,油悬剂,是指一类用经过试验可以作为菌剂助剂且不污染作物的油类作为载体的一种剂型。油类包括植物油或矿物油。作为稀释剂，要求油类本身具有良好的帖着性和展着性。容易附于蜡质或光滑的叶面。所以油悬剂具有粘着性和展着性好、抗雨冲刷能力强等优点,湖北省农业科学院生物农药工程研究中心,对棉铃虫的田间防效达,85.3,96.0,微囊剂,是指将有效成分包在囊壁物质中制成几微米至儿百微米的微小球体。靠改变囊壁厚度和孔径大小控制药物释放速度,苏云金芽胞杆菌微胶囊制剂已开发了,3,种类型，一种是可喷洒性制剂，加水后形成的悬液可以直接用常规喷雾器喷洒；另一种是传统的颗粒饵剂，经过干、湿过程后颗粒之间仍保持相互分离；第三种是粘着性颗粒剂，与水接触后会发生部分膨胀，干燥后仍可粘着在作物叶片上,漂浮块剂,是缓释剂的一种类型。主要用于蚊虫幼虫的防治。苏善强等用粘合剂、凝结剂和松散剂按一定比例混合，加热溶解、搅拌、冷却后按所需剂量加入苏云金杆菌,H14,粉剂，压缩成边长,1.5cm,的正立方体块状缓释剂。,现场毒杀埃及伊蚊幼虫的实际效果显示，按剂量,0.0005,投药后,1,个月，室内幼虫密度布雷图指数从投药前的,123.26,降至,2.56,；投药后,3,个月，室外布雷图指数从投药前的,136.11,降至,3.33,，灭蚊持效时问达,3,个月以上,油烟雾剂,烟雾载药技术防治植物病虫害具有工效高、用药经济、使用方便、收效快等优点，尤其适用于交通不便、水源困难、山坡陡峭、林木高大的林区病虫害防治,能直接对家蚕致死,火箭抛撒剂型,将苏云金芽胞杆菌工业菌粉进行复配后，装入火箭弹头，装菌量,700g50g,。弹头将菌粉带到空中爆炸抛撤落粉，分布在防治目标的叶面上。弹头射高,100,150m,。射距,200300m,，抛撒散落直径大于,30m,，抛撒环境温度低于,65,。经检测，抛撒后菌粉对马尾松毛虫的毒力效价不但没有下降，而且还因复配改良的原因有所上升。结果表明。这一抛撒方式有利于保护苏云金芽胞杆菌的生物活性，爆炸抛撒对菌粉芽胞也无不良影响,紫外线防护剂型,苏云金芽胞杆菌制剂直接与适量化学紫外线吸收剂混合，即可取得防护效果,苏云金杆菌制剂中加入木质素及蔗糖溶液，可以防止紫外线的伤害，提高残效期,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,（二）,微生物杀虫剂 真菌杀虫剂,1,、,白僵菌(,Beaurevria bassiana,),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.bassiano Strain TBl,，,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(,Metarhizium anisopliae,),微生物杀菌剂是一类控制植物病原菌的制剂，主要有农用抗生索、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。,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、浏阳霉素等,（三）,微生物杀菌剂,除草剂双丙胺磷,具有强烈的广谱杀草活性，能防治一年生和多年生的杂草，同时具有很高的杀螨活性,1963,年，我国首次将真菌用于杂草的生物防治，利用炭疽病“鲁保一号”防治大豆菟丝子。,1966,年以后，生物除草剂“鲁保一号”推广到全国,2O,多个省、市、自治区，防治效果稳定在,80,以上,（四）,微生物除草剂,植物生长调节剂中的品种有细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、多聚寡糖（,oligosaccharins,）和超敏蛋白（,Harpinprotein,）,巾国农业科学院，于,20,世纪,5O,年代发现“,5406”,，其活性有效成分为玉米素和激动素，在浙江嘉善微生物农药厂实现产业化生产，现已广泛用于蔬菜、柑桔、茶叶、烟草、人参等多种植物上,国内植物生长调节剂发酵罐单罐生产最大吨位已达到,50t,，最小吨位也达,20t,赤霉素,（五）,微生物植物生长调节剂,科学保管,必须保存于闭光、低温、通风、干燥的地方,看天用药,气温在,10,27,在,5,9,月的阴天或晴天下午,对症选用农药,应用范围相对较窄,适当提前用药,提前,3,5,天,七、,微生物农药的使用方法,浓度适宜，科学间隔,细菌性杀虫剂一般每,hm2,用活孢子数在,100,亿克上的菌粉,2200,2500g,。虫口量大、世代重叠、虫龄不齐、单位面积一次用药量大，间隔期短；苏云金杆菌防治小菜蛾、大菜粉蝶间隔,10,15,天；防治三化螟间隔,5,6,天,喷洒均匀,一般以胃毒为主，均匀喷施可提高防效,正确配方，混合使用,农药混配可扩大应用范围，提高药效,技术落后,多为发酵制作，生产工艺停留在自然筛选上，导致成本偏高,价格偏高,生产企业规模小、设备差、缺乏资金和技术落后,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,八、,微生物农药面临的问题,农药市场比较混乱,假冒伪劣农药充斥市场,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,产品质量不稳定,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,第三节 生物修复,生物修复,利用特定的生物，包括微生物（土著微生物或外源微生物）、植物、动物，在一定的条件下进行去除或富集环境污染物，从而达到对污染环境进行恢复或改良的生物过程。,一、生物修复的特点,生物修复的产生尽管只有,30,多年的历史，但其发展势头是其他修复技术无可比拟的。与传统或现代的物理、化学修复方法相比，生物修复技术具有以下优点。,优,点,可以现场进行，节省了很多治理费用；,环境影响小；,最大限度地降低污染物浓度；,可以同时处理受污染的土壤和地下水。,局,限,性,耗时长；,条件苛刻；,并非所有的污染物都能被生物利用；,特定生物只能降解特定类型的化学物质。,修复土壤、同时绿化周围环境,;,属原位修复,对环境扰动少；,使地表稳定,控制风蚀水蚀,减少水土流失,有利于生态环境的改善和野生动植物的繁衍；,使土壤有机质含量和土壤肥力增加,被植物修复的土壤适合多种农作物的生长,;,费用仅,0.02-1.0$/m,2,.,1、植物修复的特点,周期长，效率低,;,易受病虫害的影响；,针对不同污染物种类、污染程度的土壤选择不同的植物,;,用于重金属吸附的植物器官往往会通过腐烂、落叶等途径使重金属重新返回土壤。,（二）,重金属污染土壤的植物修复,以植物忍耐和超量富集某种或某些化学元素的理论为基础，利用植物及其共存微生物体系清除环境中污染物的一门环境污染治理技术。,2、重金属污染植物修复原理与方法,重金属不同于有机物，它不能被生物所降解，只能通过生物的吸收得以从土壤中去除。,植物具有生物量大且易于后处理的优势，因此利用植物对金属污染位点进行修复是解决环境中重金属污染问题的一个很有前景的选择。,（1）植物修复的原理,植物固定,污染物浓度低时也有较高积累速率,;,能在体内积累高浓度的污染物；,同时积累几种金属；,生长快，生物量大；,抗虫抗病能力,（2）植物修复的方法,植物挥发,植物吸收,三、超富集植物,部分植物可在高浓度重金属条件下正常生长发育，并在体内累积大量的重金属，其浓度为普通植物的,100,倍以上，同时该植物的地上部分重金属含量与根系重金属含量应当,1,。,目前，已经发现超富集植物约,400,种，广泛分布于植物界的,45,个科，但大多数属于十字花科植物，以超量富集镍的植物最多，但能同时富集,Cd,、,Co,、,Cu,、,Pb,、,Zn,的植物比较少。,微生物与石油污染,石油的摇瓶微生物降解,废水的微生物处理研究,1,、什么是微生物肥料？,2,、微生物肥料的类别、所用的菌种、主要作用和主要用途各是什么？,3,、微生物菌剂通常放入吸附剂中保存。常用的吸附剂有哪几类？使用最广泛的是什么？,4,、微生物肥料的使用方法有哪些？,5,、什么是植物根圈促生细菌,(PGPR),？种类有哪些？,6,、,PGPR,的作用有哪些？,11,、什么是微生物农药？有哪,3,类？,12,、以苏云金芽孢杆菌,(Bt),为例说明它的杀虫原理及杀虫对象。,14,、白僵菌的杀虫靠什么完成的？主要用于防治什么虫？在哪些地区禁止使用白僵菌？,15,、什么是生物修复？,16,、,植物修复的特点,17、超富集植物,人与自然和谐发展,