第三章微生物与农业.ppt

一、一、微生物肥料微生物肥料二、二、生物农药生物农药三、三、食用菌食用菌四、四、微生物饲料微生物饲料（一）微生物肥料的概念及主要作用（一）微生物肥料的概念及主要作用国际上对于广泛用于农业生产的菌肥称为国际上对于广泛用于农业生产的菌肥称为生物肥科生物肥科(Bio-fertilizer)，我国称之为我国称之为微生物肥料微生物肥料(Microbial fertilizer)。我国微生物肥料的研究应用和国际上一样，是从豆科植物应用根瘤菌接种剂开始的。起初只称为大豆或花生根瘤菌剂。联合国粮农组织(FAO)和一些生物固氮组织近二十年来发展并推广这项技术，取得了十分好的效果。从土壤肥力而言，根瘤菌肥料还有增加土壤氮素提高土壤肥力的作用，这是其它非豆科植物所没有的，因此豆科植物与根瘤菌共生固氮在农业和牧草生产上有重要意义。细菌与豆科植物的共生细菌与豆科植物的共生根瘤菌根瘤菌形态特征形态特征 一般生理特征一般生理特征根瘤菌与宿主的共生特性根瘤菌与宿主的共生特性根瘤根瘤根瘤形成过程的主要步骤根瘤形成过程的主要步骤豆血红蛋白豆血红蛋白 根瘤菌的形态特征：根瘤菌的形态特征：在分类上归属于变性杆菌门的根瘤在分类上归属于变性杆菌门的根瘤菌目。细胞呈杆状，常内含许多折光性菌目。细胞呈杆状，常内含许多折光性聚聚羟基颗粒（贮藏性物质），使细胞羟基颗粒（贮藏性物质），使细胞染色不均匀，有时呈环节状。能与豆科染色不均匀有时呈环节状。能与豆科植物共生，形成根瘤并固定空气中的氮植物共生，形成根瘤并固定空气中的氮气。气。在生活史中表现出多形态，存在于根瘤中的根瘤菌在形态和功能上都同培养基上生长的根瘤菌有很大的区别，形态不规则，这些变形的菌体称为类菌体，具有固氮功能。在根瘤中菌体常呈棒状、T形和Y形。但不同形状的类菌体，受寄主细胞的制约，如花生根瘤中呈球形，蚕豆根瘤中常呈梨形或膨大杆状，大豆根瘤中主要以稍大有杆状存在。形态上高度分化的成熟类菌体一般不能再分裂繁殖（只有形态上分化不明显的类菌体大部份在培养基上可以再分裂繁殖，如大豆），它们将随着根瘤的衰败而解体，释放到土壤中，呈小杆状、球状。一般生理特性：一般生理特性：化能有机营养型能利用化能有机营养型能利用NO3-、NH4+，但培养基中含，但培养基中含植物性氮素物质（豆芽汁、酵母汁等）时大多数根瘤菌植物性氮素物质（豆芽汁、酵母汁等）时大多数根瘤菌生活得更好。需要多种灰分元素：生活得更好。需要多种灰分元素：P素的要求尤其高；素的要求尤其高；铁是合成豆血红蛋白和铁蛋白的必要元素。当缺少某些铁是合成豆血红蛋白和铁蛋白的必要元素。当缺少某些二价阳离子（二价阳离子（Ca2+、Mg2+）时生活力显著下降；钼是固）时生活力显著下降；钼是固氮酶的成分；钴用于合成维生素氮酶的成分；钴用于合成维生素B12，并能防止，并能防止Ni和和Cu的毒害作用。适合中性和微碱性条件，适合的的毒害作用。适合中性和微碱性条件，适合的pH在在6.5-7.5，适合的温度，适合的温度25-30。据根瘤菌在酵母汁甘露醇培养基上生长速度可分为快生型和慢生型：快生型快生型在含甘露醇或其他碳水化合物的培养基上产酸，代时2-4h；慢生型慢生型在含甘露醇或其他碳水化合物的培养基上产碱，代时6-8h；也存在中间类型。根瘤菌与宿主的共生特性：根瘤菌与宿主的共生特性：侵染侵染性、专一性和有效性。性、专一性和有效性。侵染性侵染性：根瘤菌能进入豆科植物根内，在其中繁殖，并形成根瘤。专一性专一性：根瘤菌的各个种和菌株只能感染一定的豆科植物种类。有效性：有效性：（类菌体）的高效的固氮能力。但并不是能够结瘤的菌株都能固氮，据它们在根瘤中是否固氮而分为有效菌株和无效菌株，它们形成的根瘤分别称为有效根瘤和无效根瘤。许多无效根瘤的结瘤能力比有效根瘤强。互接种族互接种族：从一个属植物根瘤中分离的根瘤菌能够在其它属植物上结瘤，人们将这种能相互利用同一根瘤菌菌株形成共生体系的豆科植物称为“互接种族”。如：大豆族只有大豆一属植物；豇豆族包括豇豆、花生、绿豆、赤豆、猪屎豆和胡枝子等许多植物。表表2 根瘤菌根瘤菌-豆科植物互接种族豆科植物互接种族Root Nodule Bacteria and Symbiosis with legumesSoybean root nodulesUnnodulated soybeanNodulated soybeanCK Spr4-5 根瘤根瘤 根瘤形成过程的主要步骤根瘤形成过程的主要步骤：特定的根瘤菌与相应的豆科植物相互辩认使根瘤菌特异地吸附在根毛上 二者相互作用使根毛变形，主要表现卷曲或分枝 细菌进入根内 形成侵入线 侵入线发展，进入根皮层后导致一部份细胞转化为分生组织，细胞分裂和分化，根瘤开始发育 根瘤菌从侵入线内释放到根瘤细胞中繁殖，而后转化成类菌体形态 豆血红蛋白出现，固氮作用开始。根瘤的的寿命较寄主植物短得多，在植物成熟之前根瘤就开始衰败，表现为类菌体周膜破坏，类菌体裂解，根瘤内部由浅红色变为绿褐色。Rhizobium nodules on a pea root2.2.固氮菌菌剂固氮菌菌剂 自生和联合固氮微生物的固氮能力比自生固氮的自生和联合固氮微生物的固氮能力比自生固氮的根瘤菌要少得多，而且在使用过程中更易受到环境根瘤菌要少得多，而且在使用过程中更易受到环境条件中氮素含量的影响。但在实践中发现，它们对条件中氮素含量的影响。但在实践中发现，它们对作物的作用除了固氮外，更重要的是它们能够产生作物的作用除了固氮外，更重要的是它们能够产生多种植物激素类物质。多种植物激素类物质。19911991年年CopplaCoppla等从圆褐固氮等从圆褐固氮菌细胞浸出液中发现了植物刺激物质；菌细胞浸出液中发现了植物刺激物质；19741974年年BareaBarea等用雀稗固氮菌培养物处理几种植物的幼苗等用雀稗固氮菌培养物处理几种植物的幼苗和根部，均有根、叶增重的结果。和根部，均有根、叶增重的结果。3.3.解磷微生物菌剂解磷微生物菌剂 能分解土壤中难溶态磷的细菌制成的解磷能分解土壤中难溶态磷的细菌制成的解磷细菌肥料，使解磷细菌在作物根际形成一细菌肥料，使解磷细菌在作物根际形成一个磷素供应较为充分的微区，因磷细菌在个磷素供应较为充分的微区，因磷细菌在生长代谢过程中能够产生一些有机酸和如生长代谢过程中能够产生一些有机酸和如植酸酶的酶类，使土壤中的难溶性磷形成植酸酶的酶类，使土壤中的难溶性磷形成作物能够吸收利用的可溶性磷，供作物吸作物能够吸收利用的可溶性磷，供作物吸收利用。目前生产上应用较多的菌种为巨收利用。目前生产上应用较多的菌种为巨大芽孢扦菌。大芽孢扦菌。4.4.硅酸盐微生物菌剂硅酸盐微生物菌剂 分解土壤中难溶的磷、钾等营养元素，并在生长、代谢过程中分泌可以刺激作物生长的激素类物质，在植物根际形成优势种群，可抑制其它病原菌的生长，因而达到增产效果。5.5.光合细菌菌剂光合细菌菌剂 光合细菌是地球上最早的光合生物，广泛分光合细菌是地球上最早的光合生物，广泛分布于海洋、江河、湖泊、沼泽、池塘、活性污布于海洋、江河、湖泊、沼泽、池塘、活性污泥及水稻、水葫芦、小麦等根际土壤中。它能泥及水稻、水葫芦、小麦等根际土壤中。它能促进土壤中放线菌、固氮菌等微生物的生长促进土壤中放线菌、固氮菌等微生物的生长，增强农产品的耐贮性和提高品质，降解土壤中增强农产品的耐贮性和提高品质，降解土壤中残留的农药及其它有毒物质。与生产应用关系残留的农药及其它有毒物质。与生产应用关系密切的光合细菌主要是红螺菌科中的一些种、密切的光合细菌主要是红螺菌科中的一些种、属。属。7.7.促生菌剂促生菌剂 指指通通过过接接种种在在植植物物根根际际增增殖殖且且具具有有促促进进生生长长作作用用的的土土壤壤细细菌菌称称为为植植物物促促生生根根际际细细菌菌（PGPRPGPR）。作作用用机机理理:分分泌泌植植物物促促生生物物质质；改改善善植植物物根根际际的的营营养养环环境境。加加强强了了土土壤壤中中有有机机物物的的分分解解，促促进进了了植植物物营营养养元元素素的的矿矿化化，增增强强了了对对作作物物营营养养的的供供应应；对对作作物物病病害害的的生生物物控控制制作作用用,主主要要是是能能够够产产生生抗抗生生素素、胞胞外外溶溶解解酶酶、氰氰化化物物和和铁铁载载体体，还还有有可可能能是是改改变变根根际际微微环环境境平平衡衡，促促进进作作物物生生长长；对对污污染染物物的的降降解解；对对豆豆科科植植物物结结瘤的促生作用。瘤的促生作用。6.6.菌根菌剂菌根菌剂 使用的菌种包括由多数内囊霉科属或种形使用的菌种包括由多数内囊霉科属或种形成的泡霉成的泡霉丛枝状菌根丛枝状菌根,简称简称AMAM真菌。目前真菌。目前的土法生产已能够解决小批量生产问题，的土法生产已能够解决小批量生产问题，用于名贵花卉、苗木、药材，有较好的应用于名贵花卉、苗木、药材，有较好的应用前景。用前景。应用菌根菌的增产效果应用菌根菌的增产效果CK菌根菌剂8.8.抗生菌肥料抗生菌肥料 指用分泌抗生物质和刺激素的微生物制成的指用分泌抗生物质和刺激素的微生物制成的肥料产品，使用菌种通常是放线菌，如细黄链肥料产品，使用菌种通常是放线菌，如细黄链霉菌（霉菌（Streptomyces jingyangesisStreptomyces jingyangesis）。）。我国我国应用多年的应用多年的“5406”“5406”即属此类，应用后不仅有即属此类，应用后不仅有肥效作用而且能抑制一些作物病害，刺激和调肥效作用而且能抑制一些作物病害，刺激和调节作物生长。节作物生长。9.9.复合微生物肥料复合微生物肥料 是由两种或两种以上的微生物或一种微生物是由两种或两种以上的微生物或一种微生物与其它营养物质复配而成的一种新型肥料。与其它营养物质复配而成的一种新型肥料。应用根瘤菌肥料的增产效果应用根瘤菌肥料的增产效果CKSpr2-9Spr2-9+0.3%钼应用菌根菌和根瘤菌双接种的增产效果应用菌根菌和根瘤菌双接种的增产效果菌根菌剂菌根菌+根瘤菌 二、微生物农药二、微生物农药 利用利用微生物微生物或其或其产物产物来防治植物病虫害和来防治植物病虫害和杂草危害的一类杂草危害的一类微生物制剂微生物制剂。当这些病原体和。当这些病原体和拮抗微生物或其代谢产物为昆虫吞食、接触或拮抗微生物或其代谢产物为昆虫吞食、接触或病菌感染后，通过微生物的活动、毒素的作用病菌感染后，通过微生物的活动、毒素的作用而使害虫和病原菌的新陈代谢受影响，破坏其而使害虫和病原菌的新陈代谢受影响，破坏其机体器官，影响其发育繁殖或变态，从而达到机体器官，影响其发育繁殖或变态，从而达到灭菌防病的目的。灭菌防病的目的。1微生物农药的种类微生物农药的种类 细菌杀虫剂细菌杀虫剂真菌杀虫剂真菌杀虫剂病毒杀菌剂病毒杀菌剂农用抗生素农用抗生素微生物除草剂微生物除草剂1微生物农药的特点微生物农药的特点：对对脊椎动物和人类脊椎动物和人类无害无害,不污染环境；不污染环境；对对植物植物无毒害；无毒害；能保护能保护害虫天敌害虫天敌；昆虫不易产生昆虫不易产生抗药性抗药性；自然自然传播感染传播感染能力能力:有些昆虫病原微生物有些昆虫病原微生物,可可在昆虫群落中自然传播感染成流行病；在昆虫群落中自然传播感染成流行病；容易进行大量容易进行大量生产生产。三、食用菌三、食用菌食用菌资源十分丰富，全世界可供食用的食用菌资源十分丰富，全世界可供食用的真菌有真菌有2000多种多种。常见栽培品种有常见栽培品种有双孢蘑菇、草菇、金针菇、双孢蘑菇、草菇、金针菇、平菇、香菇、猴头菌、木耳、银耳、灵芝、平菇、香菇、猴头菌木耳、银耳、灵芝、和茯苓和茯苓等。等。原料：主要是农副产品下脚料原料：主要是农副产品下脚料。原料广原料：主要是农副产品下脚料农业下角料525106t工业下脚料50106t畜、禽粪便250106t还有大量野草资源 我 国约年产再生资源食用菌转化优质菌体蛋白不争人地力、效快益高食用菌人争粮粮争地地争肥农争时不与生效快生长期短理想短、平、快项目效益高:投入产出比一般为1：2返回本节如7500 kg稻草/hm2土地3750kg鲜平菇约含75kg优质蛋白质约合1065kg大米的蛋白质含量每亩秸草生产食用菌的产值每亩秸草生产食用菌的产值约是粮食的约是粮食的2倍倍人工栽培的金针菇人工栽培的金针菇菌类成本（元）产量(kg)纯效益（元）双孢菇8001000100030003200草菇7405002260平菇370035007000表绪4 几种食用菌的效益分析（100m2）市场广阔鲜菇消费量（kg/人、年)香港:4.8日本:3.0 美国:1.5 中国:0.5食物结构变化营养型保健型、功能型动物蛋白菌类蛋白、植物蛋白属于供不应求的紧俏品有潜在的巨大市场四、四、微生物饲料微生物饲料（一）微生物饲料的概念及主要微生物（一）微生物饲料的概念及主要微生物 微生物饲料微生物饲料是利用微生物的新陈代谢和个体的繁殖来生产和调制是利用微生物的新陈代谢和个体的繁殖来生产和调制的饲料。的饲料。大体上分为两大类：大体上分为两大类：一类一类主要是利用微生物的发酵作用改变饲料主要是利用微生物的发酵作用改变饲料原料的理化性状，如增加适口性，提高消化率及营养价值，或解原料的理化性状，如增加适口性，提高消化率及营养价值，或解毒、脱毒和积累有益的中间代谢产物。包括乳酸饲料、粗饲料发毒、脱毒和积累有益的中间代谢产物。包括乳酸饲料、粗饲料发酵、担子菌发酵饲料、禽畜粪便发酵饲料等；酵、担子菌发酵饲料、禽畜粪便发酵饲料等；另一类另一类，是利用来源广泛的工农业废弃物、矿物、，是利用来源广泛的工农业废弃物、矿物、纤维素及糖类资源培养的微生物菌体蛋白质，如纤维素及糖类资源培养的微生物菌体蛋白质，如饲料酵母、石油蛋白、光合细菌饲料、发酵血粉饲料酵母、石油蛋白、光合细菌饲料、发酵血粉等。微生物发酵饲料和菌体蛋白两者密不可分，等。微生物发酵饲料和菌体蛋白两者密不可分，因为发酵饲料中包含着营养丰富的菌体蛋白，而因为发酵饲料中包含着营养丰富的菌体蛋白，而菌体蛋白又包含有菌体之外的其它成分。菌体蛋白又包含有菌体之外的其它成分。饲料微生物饲料微生物与微生物饲料生产与调制有关，能提供菌与微生物饲料生产与调制有关，能提供菌体蛋白和有益代谢物，具备解毒、脱毒功体蛋白和有益代谢物，具备解毒、脱毒功能的有益微生物，称为饲料微生物。主要能的有益微生物，称为饲料微生物。主要有细菌、酵母菌、担子菌和单细胞藻类等有细菌、酵母菌、担子菌和单细胞藻类等（二）单细胞蛋白（二）单细胞蛋白（SCP）单细胞蛋白是通过培养单细胞蛋白是通过培养单细胞生物单细胞生物作为动物作为动物饲料蛋白质来源的酵母、细菌、放线菌、霉饲料蛋白质来源的酵母、细菌、放线菌、霉菌、藻类和高等真菌等微生物的干细胞。这菌、藻类和高等真菌等微生物的干细胞。这些菌体细胞含有大量的蛋白质、糖类、脂肪、些菌体细胞含有大量的蛋白质、糖类、脂肪、维生素和无机盐等营养成分。维生素和无机盐等营养成分。目前，国内外用于目前，国内外用于SCP工业化生产的工业化生产的微生物微生物主要有主要有酵母、小球藻、螺旋藻和丝状真菌等。酵母菌由于酵母、小球藻、螺旋藻和丝状真菌等。酵母菌由于对营养的要求低，适应性强，蛋白含量高，氨基酸对营养的要求低，适应性强，蛋白含量高，氨基酸的种类齐全，富含维生素与微量元素，并能在动物的种类齐全，富含维生素与微量元素，并能在动物体内表现较高的酶活性，因而广泛应用于体内表现较高的酶活性，因而广泛应用于SCP生产。生产。其其主要原料包括农副产品主要原料包括农副产品（如麦麸、米糠、饼粉（如麦麸、米糠、饼粉 等）、工业废液（糖厂、淀粉厂、纸厂废液等）和等）、工业废液（糖厂、淀粉厂、纸厂废液等）和石油化工产品（石蜡、烷烃和醇类等）石油化工产品（石蜡、烷烃和醇类等）（三）青贮饲料（三）青贮饲料青贮饲料青贮饲料是指将新鲜的青饲料切短装入密封的容是指将新鲜的青饲料切短装入密封的容器里，经过器里，经过微生物发酵微生物发酵，形成一种具有特殊的芳，形成一种具有特殊的芳香气味、营养丰富的香气味、营养丰富的多汁饲料多汁饲料。它具有能够长期。它具有能够长期保存青绿多汁饲料的特性，扩大饲料资源，保证保存青绿多汁饲料的特性，扩大饲料资源，保证家畜营养均衡。青贮饲料具有气味酸香、柔软多家畜营养均衡。青贮饲料具有气味酸香、柔软多汁、颜色黄绿、适口性好等优点。汁、颜色黄绿、适口性好等优点。1.青贮的原理青贮的原理青贮发酵是一个青贮发酵是一个复杂的微生物活动复杂的微生物活动和生物化学变化和生物化学变化过程。青贮过程是为青贮原料上的过程。青贮过程是为青贮原料上的乳酸菌乳酸菌生产繁殖生产繁殖创造有利条件，使乳酸菌大量繁殖，将青贮原料中创造有利条件，使乳酸菌大量繁殖，将青贮原料中可溶性糖类变成乳酸，当达到一定浓度时，抑制了可溶性糖类变成乳酸，当达到一定浓度时，抑制了有害微生物的生长，从而达到保存饲料的目的。有害微生物的生长，从而达到保存饲料的目的。2.青贮的原料青贮的原料1).玉米秸杆玉米秸杆 玉米秸杆是最好的青贮原料，也是玉米秸杆是最好的青贮原料，也是不易青贮和不能青贮植物的最佳混配原料。青贮不易青贮和不能青贮植物的最佳混配原料。青贮时可铡碎，也可全株青贮。时可铡碎，也可全株青贮。2).豆科作物秸杆豆科作物秸杆 如青绿的大豆、蚕豆、豌豆及如青绿的大豆、蚕豆、豌豆及杂豆的茎叶，以及花生秧，它们与豆科牧草一样，杂豆的茎叶，以及花生秧，它们与豆科牧草一样，糖分含量低，蛋白质含量较高。豆科作物秸杆不糖分含量低，蛋白质含量较高。豆科作物秸杆不宜单一品种青贮，但可与富含碳水化合物的植物宜单一品种青贮，但可与富含碳水化合物的植物混合青贮，或外加淀粉、糖浆等，也可生产出很混合青贮，或外加淀粉、糖浆等，也可生产出很好的青贮产品。好的青贮产品。3).树叶树叶 树叶一般含粗纤维较少，蛋白树叶一般含粗纤维较少，蛋白质含量较高，一般春夏季节修剪树木质含量较高，一般春夏季节修剪树木时的幼嫩枝叶可作青贮原料，秋末凋时的幼嫩枝叶可作青贮原料，秋末凋落的树叶可与其它原料混合青贮。如落的树叶可与其它原料混合青贮。如杨、柳、榆、桑、葡萄、苹果、桃、杨、柳、榆、桑、葡萄、苹果、桃、杏、枣等树木的叶子和嫩枝。杏、枣等树木的叶子和嫩枝。4).栽培牧草栽培牧草5).其它其它 不含有毒有害的野生杂草、菜叶、水葫芦、水不含有毒有害的野生杂草、菜叶、水葫芦、水花生、甘蔗渣、饴糖渣及啤酒渣等，都可单独或花生、甘蔗渣、饴糖渣及啤酒渣等，都可单独或与其它原料混合制成青贮饲料与其它原料混合制成青贮饲料