微生物在农业中的应用

微生物在农业中的应用 第一节 微生物肥料 第二节 微生物杀虫剂 第三节 微生物在环境处理中的应用

微生物肥料 第一节 Growth promotion with PGPR. Legumes shown were sown with [right] and without [left] PGPR.

                                                                                                                    Scanning electron micrograph of wheat root-colonizing Pseudomonas fluorescens OE 28.3

大豆根瘤                                                                                                                    

田菁茎瘤

Frankia-induced actionrhizal nodules in Ceanothus (Buckbrush).                                                                                                                     Frankia-induced actionrhizal nodules in Ceanothus (Buckbrush).

Ectomycorrhizae as found on roots of a pine tree                                                                                                                     Ectomycorrhizae as found on roots of a pine tree

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 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。 原理：利用微生物的生命活动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，或提高作物的生长刺激物质，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。

2. 微生物肥料的种类 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

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 复合生物肥料：

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

3. 微生物肥料的特点 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 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 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 e．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； 细菌有期限、微生物肥料有它的有效期限，通常为半年至一年

4. 微生物肥料的作用 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

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；菌种活动区能增加水分吸收，提高作物抗旱能力 减少资源和环境的污染 可以减少不台理使用化肥造成的水体污染，有利于发展生态农业和保护环境

5. 我国微生物肥料的现状 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

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

6. 我国微生物肥料的研制应用中存在的问题 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

7. 我国微生物肥料研制的发展趋势 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

第二节 微生物农药 Engineering resistant corn. Following the insertion of a gene from the bacteria Bacillus thuringiensis, corn becomes resistant to corn borer infection. This allows farmers to use less insecticides.

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。 Streptomyces avermitilis 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。

球孢白僵菌(Beauveria bassiana)的菌丝长出金龟甲尸体表面 松毛虫 球孢白僵菌杀死松毛虫、蝗虫和家蚕

(家蚕幼虫感染白僵菌而致死的干燥带菌虫体) 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 。

近20年来，利用昆虫病毒防治农作物害虫已成为国内外生物防治的一个重要发展方向。HaSNPV是棉铃虫特异性病原病毒，由武汉病毒所分离，自70年代起被用于棉铃虫的防治。在武汉病毒所和兄弟单位的协助之下，该病毒在1993年被登记注册为我国的第一个病毒杀虫剂，目前年产200～400吨，年应用面积达 200万亩次，在国际上具有较大的影响。我国许多地方都开展了不同规模的田间治虫试验，其中面积较大的有赤松毛虫质型多角体病毒（CPV），棉铃虫和油桐尺蠖核型多角体病毒（NPV）和菜粉蝶颗粒体病毒（GV）等病毒杀虫剂，而且取得了较好的防治效果。

1.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

2.微生物农药的种类 微生物杀虫剂 微生物杀菌剂 微生物除草剂 微生物杀鼠剂 微生物植物生长调节剂

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

1）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

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2.0×108kg-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

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700g~50g。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200~300m， 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

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 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

2）其他细菌 青虫菌、乳状芽胞杆菌、球形芽孢杆菌、金龟子芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、枯草杆菌、放射形土壤杆菌、洋葱球茎病假单胞菌、荧光假单胞菌、丁香假单胞菌、灰绿链霉菌

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 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

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

1）绿僵菌(Metarhizium anisopliae) 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

微生物杀虫剂 ——昆虫病毒杀虫剂 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1 600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

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杀虫剂已商品化。

20世纪80年代，我国引进昆虫病原线虫优良品种，并通过固体培养进行大量生产，90年代进行液体发酵生产昆虫病原线虫，也获得成功。 微生物杀虫剂 ——线虫杀虫剂 20世纪80年代，我国引进昆虫病原线虫优良品种，并通过固体培养进行大量生产，90年代进行液体发酵生产昆虫病原线虫，也获得成功。 斯氏线虫：已在田间用于防治小菜蛾、桃小食心虫、地老虎、蝇蛆、天牛等害虫 异小杆线虫 “泰山1号”：已正式生产，防治蜡螟等害虫，效果良好

微生物杀虫剂 ——微孢子杀虫剂 微孢子杀虫剂：是原生动物，它是经宿主口或卵或皮肤感染，并在其中增殖，使宿主死亡。当前用于农林防治的微孢子杀虫剂有3种，即：行军虫、云杉卷叶蛾和蝗虫微孢子虫 1986年，从美国引进的蝗虫微孢子虫(Nosema locustae)在防治草原蝗虫方面取得了显著效果，在短时间内迅速降低虫口密度，引起虫病流行，达到长期防治的目的。并通过研究建立大盆增殖微抱子虫的生产技术，年产制剂可供防治3×10 hm 草原蝗虫。1994年，防治面积超过1×10 hm ，虫1=1减退率在55％以上，并可有效降低蝗虫第二代种群密度

微生物杀菌剂 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·

微生物除草剂 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

微生物植物生长调节剂 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

3.微生物农药的使用方法 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

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

4.微生物农药面临的问题 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

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 微生物在环境处理中的应用 德国城市家庭花园中的垃圾堆肥

1. 应用效果 改善土壤结构，增加土壤肥力 垃圾堆肥施入土壤后，可在一定程度上提高土壤的毛细管持水量、田问持水量、饱和持水量和渗透速度 每公顷土地施用300 t垃圾堆肥后，中粘性土壤的毛细管持水量、田问持水量、饱和持水量和渗透速度可分别提高30.29％、13.58％、50.84％和3.06倍

提高作物产量和品质 研究了垃圾堆肥对黄棕壤、潮土和红壤上种植的小麦的影响，结果表明，3种土壤施用适量垃圾堆肥后均有增产效果，其中以红壤的增产效果最好(增产146％） 棕红壤地块施用垃圾堆肥后，油菜籽粒中蛋白质含量显著增加；潮土地块随着垃圾堆肥用量的增加，大豆籽粒中的蛋白质含量也增加

保护耕层土壤 利用生活垃圾堆肥进行地毯式草皮生产，既能使生活垃圾得到充分有效地利用，减少环境污染，又能使草皮拥有优质的生长基质，并且不至于破坏原有土壤

用作园艺栽培基质 Castillo等运用生活垃圾堆肥作为番茄的移栽基质，结果表明，充分腐熟泥炭(65％)+生活垃圾堆肥(30％)+珍珠岩(5％)组成的基质，与标准的基质配方即腐熟泥炭(65％)+新鲜泥炭(30％)+珍珠岩(5％)，在作为番茄的移栽基质上具有同等的效果

2. 关键技术 控制腐熟时间，保证堆肥质量 自然状态下为6个月，机械化堆肥为80天左右 配合施用化肥。保证养分平衡 一般情况下都被用作基肥，不能完全代替化肥 合理施用添加剂，减少重金属污染 施用垃圾堆肥后，土壤中重金属含量均有不同程度的提高

控制堆肥用量，避免土壤盐化 生活垃圾含有大量的餐厨垃圾，盐分较高；堆制过程中盐分将大量累积，土壤全盐含量也将随着垃圾堆肥用量的增加而随之上升，这样极易造成土壤盐化，导致作物产生盐害 切忌长期施用堆肥，避免土壤砂化 普遍存在腐殖质含量低、砾石含量高等问题，长期施用易导致土壤砂化

微生物对重金属的吸附 环境保护，去除环境中污染的重金属 回收昂贵或战略性的稀有金属

胞外沉淀 H2S沉淀镉 CLIFFORD L. WANG APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY Oct. 1997

胞内沉淀 PNAS，24， 1999 电镜，晶体衍射和能谱图

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

氧化塘法 优点：工艺流程简单、管理方便、投资省、运行费用低、工艺稳定性高 原二级氧化塘和水生植物系统(图中的圆环本来是用来种水葫芦等植物,但由于一级氧化塘的效率太低,这些植物都被毒死) 优点：工艺流程简单、管理方便、投资省、运行费用低、工艺稳定性高

A/O工艺 较好的除磷脱氮效果而逐渐应用于城市污水处理之中

序批式反应器（SBR）法 自动化控制

曝气生物滤池法（BAF） 占地面积小，基建投资省，出水水质高的特点

固定化微生物曝气生物滤池IBAF

THE END 人与自然和谐发展 河南中广集团.天义生物谷