第十一章微生物的应用

1、 第十一章微生物的应用微生物学教案111第十一章微生物的应用本章提要：微生物不仅数量多，而且代谢类型多样，可以通过不同途径降解环境中的污染物(如以农药作为营养物加以利用或通过共代谢加以除解；利用加氧酶转化、除解烃类污染物等)，通过改变重金属存在形式而降低其对环境的污染,微生物在环境保护中占有重要地位，活性污泥法和生物膜，因其方便、实用、成本低、效果好，已成为污水处理的主要方法。在环境监测中，生物监测以其既能反映多种污染物的综合效应，又能反映环境污染的历史状况的独特作用，已成为环境监测的主要方法。植物的害虫和害虫的天敌是自然界生态平衡的一个片段，害虫的天敌也包括杀死害虫的微生物，杀虫微生物已报道

2、的有近一千七百种，包括细菌、真菌、病毒、立克次氏体和原生动物。任何一种杀虫微生物都有一定的专性，如果它对人、畜、植物和害无害，能对某些害虫有杀害能力，就有可能利用它防治害虫。至今，已经实用的杀虫微生物种类是很少的，还有一些正在发掘和研究中。按照杀虫微生物的主要特点，可以分为两大类，一类是含有杀死害虫的生物毒素，例如，苏云金杆菌等等，它们被敏感害虫吞食，或由其它途径侵入虫体后，敏感害虫中毒死亡；另一类是敏感害虫的传染性病原体，敏感害虫被感染后发病、致死，并且成为传染源，扩散开，成为敏感害虫的流行病害。例如，白僵茵(真菌)，金龟子乳状病杆菌(细菌)和各种昆虫病毒等等。害虫和杀虫微生物是自然界生态平

3、衡的一个片段，要应用杀虫微生物来防治害虫，就需要了解杀虫微生物杀死害虫的机制和条件，大量繁殖杀虫微生物，制成生物杀虫剂，按照最有效的方法，在最适宜的条件施用，消灭或削弱害虫的发展和为害，取得防治害虫的实效。微生物和外界环境关系十分密切，环境条件适宜时，微生物生长繁殖；环境条件不适宜时微生物代谢改变，生长繁殖受到抑制甚至引起死亡。反过来，微生物的生长繁殖也影响外界环境，对人类而言，微生物有其有益的方面也同时存在危害人类的方面。因此人类必须对环境中的有害微生物施加影响，控制其生长繁殖。一般来说，通过消毒、灭菌、防腐、化疗等手段可能达到消灭有害微生物的目的。本章重点和难点：微生物接种剂的特性和在农业

4、生产中的应用，微生物在生物防治中的作用，有机肥料积制的微生物学过程。11.1 微生物接种剂 11.1.1 接种剂的性质接种剂主要有两大类：一类是提高土壤供肥能力并提供植物养料；另一类是防治植物病虫害和消除杂草(也称为微生物农药)。利用有益微生物为植物提供有效养料和促进生长的微生物接种剂，简称菌剂(也称为细菌肥料或生物肥料)。菌剂同一般有机和无机肥料有很大区别，它在单位面积上的用量微少，所以菌剂不是直接作为植物的养料或药物，而是靠它们在土壤中或植物表面大量繁殖，进行旺盛的代谢作用，才有可能起到供肥的作用。所以接种剂这一术语较好地反映了它的一般性质和作用，它同其它肥料的区别是十分明显的。菌剂既然是

5、起接种的作用，很明显，作为接种剂的微生物必定是经过研究确定了它的性状后，才能用于商品生产。(要求有结瘤能力强、固氮效率高、竞争优势强的特性)。近20年来，我国生产且使用比较多的是根瘤菌接种剂，效果比较好。(如下表) 第十一章微生物的应用微生物学教案112紫云英施用根瘤菌接种剂的增产效果对照区产量 试验 鲜草产量(斤/亩) 增产量 增产率分级(斤/亩) 点数 对 照 接种剂 (斤/亩) (%) 2000以下 17 1102 3389 2287 207. 5220005000 55 3409 5377 1968 57. 71 5000以上 39 6187 7720 1531 24. 7411.1.

6、2 根瘤菌接种剂的应用目前推广应用根瘤菌接种剂存在以下几方面问题：菌种的退化问题；老区接种根瘤菌接种剂的效果问题；接种剂质量问题。1. 应用方法 根瘤菌的田间应用传统上有两种基本方法，即种子拌菌和土壤混菌。它们各有利弊，需要改进和完善。图11-1 根瘤菌结瘤的位置效应表11-1 大豆根瘤菌不同施用方法对共生效应的影响 固 氮 量 固氮率(植物含氮 产 量 施用方法 (kgN2/hm2) 量中来自大气的%) (t/hm2) 种子拌菌 40 30 4.6土壤混菌 66 47 5.0接种剂施于播种层 55 36 5.5接种剂施于播种层5cm以下 63 46 5.3不接种 - - 4.72. 应用时间

7、 为了方便，根瘤菌剂多在播种时施用，但也可以在播种前后施用，必要时施用几次，以提高接种效果。播种前 种子可以在播种前几个月或一年以上进行拌种，由厂家或种子公司做成丸衣化种子出售。播种时 在播种的同时施用根瘤菌是最常采用的方法，可以进行种子拌菌，也可以土壤混菌。播种后 播种后再接种根瘤菌剂只是作为一种补救办法，当结瘤不好时追施一、二次菌剂可以提高结瘤率。11.2 微生物农药(杀虫微生物)11.2.1 微生物农药的性质和种类植物的害虫和害虫的天敌是自然界生态平衡的一个片段，害虫的天敌也包括杀死害虫的微生物，杀虫微生物已报道的有近一千七百种，包括细菌、真菌、病毒、立克次氏体和原生动物。任何一种杀虫微

8、生物都有一定的专性，如果它对人、畜、植物无害，能对某些害虫有杀害能力，就有可能利用它防治害虫。至今，已经实用的杀虫微生物种类是很少的，还有一些正在发掘和研究中。按照杀虫微生物的主要特点，可以分为两大类，一类是含有杀死害虫的生物毒素，例如，苏云金杆菌等等，它们被敏感害虫吞食，或由其它途径侵入虫体后，敏感害虫中毒死亡；另一类是敏感害虫的传染性病原体，敏感害虫被感染后发病、致死，并且成为传染源，扩散开，成为敏感害虫的 第十一章微生物的应用微生物学教案113流行病害。例如，白僵茵(真菌)，金龟子乳状病杆菌(细菌)和各种昆虫病毒等等。要应用杀虫微生物来防治害虫，就需要了解杀虫微生物杀死害虫的机制和条件，

9、大量繁殖杀虫微生物，制成生物杀虫剂，按照最有效的方法，在最适宜的条件施用，消灭或削弱害虫的发展和为害，取得防治害虫的实效。 (利用自然界中某些生物控制虫害、病害及其它有害生物的方法称为生物防治，对有害生物起控制作用的生物称为天敌。微生物是天敌的一种类型。用它们防治害虫，称为以菌治虫；用它们来抑制植物的致病微生物或防治病害，称为以菌治菌或以菌治病。微生物农药即把经研究，筛选出的控制病虫害能力强，效率高，对人畜无害的优良菌种所制成的制剂(包括微生物杀虫剂和杀菌剂)。这类农药对人畜安全、对天敌无影响、不易引起防治对象产生抗药性、对环境不会带来污染。)11.2.2 微生物对害虫的防治1. 细菌杀虫剂目

10、前已发现的昆虫致病菌有已知的杀虫细菌有90多个种,大多数是芽孢杆菌,少数是无芽孢的细菌种类。如:苏云金杆菌、金龟子芽胞杆菌、缓死芽胞杆菌、球形芽胞杆菌、天幕梭菌、铜绿假单胞菌和金龟子立克次氏体等苏云金杆菌(B.T) A. 苏云金杆菌的形态、培养特征和分类 苏云金杆菌是G+的好气性芽孢杆菌,营养体大小1.0-1.23.0-5.0微米,两端钝圆,周生鞭毛,能运动,少数无鞭毛,它们单个或明或25个成链状。内生芽孢椭圆形或圆形,直径小于菌体的宽度,孢囊不膨大。在内生芽孢形成的同时,在孢囊内还形成伴孢晶体。苏云金形成伴孢晶体是它与蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)和其它近似种主要性状,也是苏

11、云金 杀虫的主要毒素成分。伴孢晶体具多种形态,典型的为梭状六面体,在显微镜下成菱形,也有四面体、圆形、方形和不规则形的。B. 苏云金杆菌的毒素和毒力 苏云金杆菌的主要毒素是伴孢晶体,又称d-内毒素。它是一种蛋白质晶体,完整的伴孢晶体并无毒性,当它被敏感昆虫的幼虫吞食有,在肠道碱性条件和酶的作用下,或单纯在碱性条件下,伴孢警惕能水解成毒性肽,毒性肽的分子量大小依变种的不同而不同。当敏感幼虫吞食含伴孢晶体和芽孢的混合制剂后在肠道中被水解产生的毒性肽,很快发生毒性,幼虫停止取食,麻痹,进一步作用使中肠的上皮细胞遭受破坏,芽孢侵入血腔,并在那里萌发和繁殖使幼虫患败血症,同时肠液也进入血腔使血淋巴pH值

12、上升,幼虫全身瘫痪,发黑,最终死亡。苏云金杆菌的一些变种除产生伴孢晶体毒素外,还分泌一种水溶性的苏云金素(thuringiensin)又称-外毒素,由于它能忍耐121(15分钟)的高温和对家蝇幼虫有毒性,故又称热稳定外毒素或蝇毒素。它是一种腺嘌呤核苷酸的衍生物。苏云金素是光谱毒素,对较多目的昆虫有毒性。此外苏云金杆菌还能产生卵磷脂酶、叶蜂毒素等多种毒效成分。虽然伴孢晶体能用生化、免疫等方法定量测定,苏云金素能用化学方法进行测定,要全面反映苏金杆菌培养物或制剂的毒力,需采用生物测定法,即在规定条件下,测定杀死供试昆虫数的一半所需培养物(或制剂)的浓度(半致死剂量LD50),来表示毒力的大小。LD

13、50值愈小,其毒力愈高；如猝倒亚种伴孢晶体对家蚕幼虫的LD50值为0.015g/幼虫,以色列亚种的伴孢晶体对埃及伊蚊幼虫LD50值为0.00019g/毫升。苏云金杆菌不同亚种,甚至同一亚种的不同菌株,对同一种昆虫或不同种昆虫的毒力是不相同的,可以用杀虫活性谱和毒力比表示菌株之间毒性的差异。C. 苏云金杆菌制剂的生产、应用和安全性 苏云金杆菌对营养的要求不严,能在常用的细菌培养基(如牛肉膏蛋白胨培养基)中生长快而旺盛、并形成芽孢和伴孢晶体。在以黄豆饼粉、棉子仁粉、玉米浆等农副产品为主要养料的深层发酵中进行大量培养,每毫升发酵液活芽孢数可达20150亿(大致有同等数量的伴孢晶体)。发酵液加填充料经

14、板框压滤浓缩后,用喷雾干燥法制成菌粉,或将发酵液浓缩(离心或真空减压浓缩)后,加助剂制成液剂、乳剂或油剂。苏云金杆菌制剂亦可用半固体发酵法进行生产。在农林、贮藏和环卫害虫中,大面积应用苏云金杆菌制剂防治取得显著效果的主要有：菜青虫、小菜蛾、稻苞虫、稻纵卷叶螟、棉造桥虫、玉米螟、茶毛虫、烟青虫、松毛虫、避债蛾、印度谷螟、米蛾、蚊和蚋等。不是任何苏云金杆菌亚种的制剂对它们都有效,要针对目标害虫选择不同种类的制剂。使用方法简便,喷雾、喷粉、撒毒土均可。必须注意的是在养蚕地区切忌对它们有毒的制剂污染到它们的生活环境和饲料中,以防蚕中毒死亡。 第十一章微生物的应用微生物学教案114迄今分离的苏云金杆菌的

15、各亚种和菌株对人、畜禽、水产无害,对植物无毒,是安全、无害、无残毒的杀虫剂,尤其适于飞机喷撒。 对苏云金杆菌毒素敏感的主要是鳞翅目、双翅目和鞘翅目的部分昆虫的幼虫，如菜青虫、小菜蛾、稻苞虫、棉造桥虫、松毛虫、米蛾、蚊等。其杀虫原理为：当敏感性昆虫的幼虫吞食这种伴胞晶体后，在其碱性肠道中晶体被水解成毒性肽，产生毒性，此时，幼虫停止取食，麻痹，进而破坏中肠的上皮细胞，肠道内含物渗入血腔，pH下降，幼虫全身瘫痪，得败血症而死亡。 金龟子芽胞杆菌和缓死芽胞杆菌是对鞘翅目害虫金龟子的幼虫-蛴螬有高度致病力的两种专性病原芽胞杆菌。当蛴螬吞食这种芽胞杆菌的芽胞后，芽胞萌发侵入血腔，并大量繁殖，使幼虫的血淋巴

16、呈乳状，死亡幼虫呈乳白色，故又称为乳状病。金龟子芽孢杆菌 金龟子芽孢杆菌(Bacillus popilliae),(图14-3)和缓死芽孢杆菌(Bacillus leatimor-tus)是芽孢杆菌属的 两个种,是一群对鞘翅目害虫金龟子的幼虫蛴螬有高度致病力的一类专性病原芽孢杆菌。它对50多种蛴螬有毒性,当金龟子的幼虫吞食金龟子芽孢杆菌的芽孢后,芽孢萌发侵入血腔,并大量繁殖,使幼虫的血淋巴呈乳状,死亡幼虫呈乳白色,故又称为乳状病。金龟子芽孢杆菌在常用培养基中不生长,在加富培养基中有些菌株能缓慢生长,却不能形成或很少形成芽孢。因此,商品制剂Doom、Japidemic和Milky Spore都是

17、采用幼虫活体培养的方法制备的。一般每头幼虫可产生2-5109芽孢。金龟子芽孢杆菌施用后,不仅在施用范围内,而且能蔓延到施用点的周围,成为持久的环境因子,产生持续性的效益,将害虫控制在底水平。球形芽孢杆菌 球形芽孢杆菌(Bacillus sphaericus)是一种在自然界广泛分布的芽孢杆菌,大多数菌株对昆虫 没有毒性,但从中发掘出了一些对蚊幼虫有高毒力的菌株。它的毒效成分在细胞内,不分泌到细胞外的培养液中。因此,只有昆虫吞食细胞后才显示毒性。 球形芽孢杆菌和苏云金杆菌一样,对营养要求不严,能在通常的培养基中生长,迅速繁殖并形成芽孢,它适于发酵罐大规模培养和制备。 球形芽孢杆菌毒性菌株和苏云金杆

18、菌以色类变种都正在积极地发展为消灭蚊蚋的生物杀虫剂。 有些杀虫剂是经济昆虫的病原细菌,除上面提到的苏云金杆菌能杀死家蚕和柞蚕外,幼虫芽孢杆菌(Bacillus larvas)和蜂房轧孢杆菌 (B.alvei)是蜜蜂的两种专性病原细菌。2. 杀虫抗生素-阿维菌素它是一种新型杀虫抗生素，是从除虫链霉菌的菌丝体中提取的。阿维菌素最初是用于防治家畜的寄生虫病，后来发现它还有很好的杀螨效果，现在我国农业生产中已大面积推广使用。概括起来说，阿维菌素有如下优点：具有广谱的杀螨杀虫活性；击倒速度快，持效期较长；消灭抗药性害虫效果明显；对人畜安全，不污染环境；使用成本低。3. 真菌杀虫剂 第十一章微生物的应用微

19、生物学教案115现在已知有五百多种真菌能寄生与昆虫和螨,导致寄主发病和死亡。杀虫真菌分属于卵菌、接合菌、子囊菌、担子菌和半知菌。在自然界,它们是害虫的天敌,如卵菌中的雕蚀菌属(Coelomonmyces)是水生专性病原细菌,多数种寄生于蚊幼虫。野外蚊群中,常有90-100%被这种真菌寄生,起着控制蚊虫种群的作用。接合菌中的虫霉目(Entomophthorales)是一群十分重要的杀虫真菌,它产生分生孢子易于传播,抗逆能力强,侵染快,在适合条件下能引起寄主害虫的大规模流行病。曾发现蝗虫霉(Entomophthora grylli)使蝗虫群中的死虫数高达95%。蚜霉(E.aphidis)能在多种蚜

20、虫叶螨和蚧类上寄生。冬虫夏草(虫草)是子囊菌中虫草菌属(C.ordyceps)寄生在寄主昆虫幼虫形成的。虫草菌属有一百多种,寄生于多种昆虫幼虫。例如中华虫草菌(C.sinensis)寄生于虫草蝙蝠蛾(Hepialus rmoricanus)幼虫、杀死寄主,并在寄主头部长出子囊座,形成死虫和真菌子囊座的复合体。虫草是名贵的中药材,除在野外采集外,人工培养蝉花虫草(C.sobolifera)和蛹虫草(C.militaris)均已获得成功。杀虫真菌的种类很多,在发展成为生物杀虫剂的长期努力中,迄今以成为商品的仅有白僵菌和绿僵菌。菌种特性白僵菌属(Beauveria)属于半知菌的丝孢霉目、丝孢霉科。白

21、僵霉属有球孢白僵菌(B.bassiana)、卵孢白僵菌(B.tenalla)和小球孢白僵菌(B.glo-bulifera)三个种。球孢白僵菌菌丝细长,无色透明,直径1.5-2.0m,有隔膜。菌落平坦呈绒毛状,后期呈粉状,表面白色至淡黄色分生孢子梗多次分叉,聚集成团,呈花瓶状。分生孢子着生于小梗的顶端,孢子呈球形(图11-2)。 图112球孢白僵菌的不同形态分生孢子梗和分生孢子白僵菌的生长温度5-35,22-26菌株生长最适宜。30和相对湿度25-50%有利于孢子的成熟。孢子萌发要求相对湿度95%以上。 治虫的基本原理在适宜条件下,分生孢子接触虫体后便萌发长出芽管,芽管伸长为菌丝,菌丝分枝顶端形

22、成筒形孢子,筒形孢子可直接形成新生菌丝,如此往复,虫体内充满菌丝,虫体僵死。菌丝从气门和节间伸出体外形成气生菌丝和分生孢子梗,顶端形成分生孢子。 （真菌主要从虫体表皮入侵，当真菌孢子散落到昆虫表面，遇有合适的温、湿条件后就很快萌发形成菌丝而侵入虫体内，并大量繁殖，破坏虫体各种组织。有的真菌还产生毒素，最终杀死昆虫。）白僵菌对营养要求不严,在以黄豆饼粉或玉米粉等为原料的半固体培养基中生长良好,并形成分生孢子。培养物干燥后制成白僵菌制剂。在液体培养中,白僵菌形成抗逆力差的芽生孢子。 白僵菌用于防治松毛虫,玉米螟效果好,尤其是用于防治松毛虫,白僵菌可作为环境因子,持续多年控制松毛虫的危害。在苏联,白

23、僵菌还用语防治马铃薯甲虫。 白僵菌的安全试验：除在菌剂生产中孢子萌发可能引起操作人员的过敏反应外,尚未发现其它对人体有害的作用。白僵菌的使用 a.喷液法 b.喷粉法 c.放活虫法 d.虫尸扩大11.2.3 微生物对植物病害的防治 在前面我们已讲过，微生物是人类和动植物病害的主要病源，但病源微生物也受其它微生物的抑制或毒害-拮抗关系。所以我们可以利用这种关系来防治动植物的病害，这为农业微生物的发展开辟了一个新的领域。1.抗生菌和抗生素产生抗生素的菌种称为抗生菌。 第十一章微生物的应用微生物学教案116抗生素是由抗生菌产生的某些种次生代谢产物的生理活性物质，它既不参与细胞结构，也不是细胞的贮存物质

24、，对抗生菌本身无害，但对敏感微生物有专性拮抗作用。抗生素的作用有选择性，各种抗生素的抗菌范围称为抗菌谱(有窄谱和广谱之分)。抗生素的种类很多，来源于不同的微生物类群，其化学结构、作用对象和作用机制都有不同。(如表11-2)抗生素对微生物的抗菌机制可概括为4种情况：阻碍菌体细胞壁的合成；影响菌体细胞膜的通透性；抑制核酸的合成；抑制菌体蛋白质的合成。2.应用抗生素防治植物病害各种抗生素一般都在很低的浓度下对病原菌产生作用，这是抗生素区别于其它化学杀菌剂的又一重要特点。(表11-3)11.3 微生物与农村有机废物处理堆肥制作的微生物学过程堆肥是指以植物性物质(如稻草、落叶、杂草等)为主，加入一定量的

25、粪尿和化学肥料等，经混合堆制而成的有机肥料。原材料经堆制后其物质的变化可归纳为以下几点：材料的物理性质起了深刻的变化，整个材料变成均匀一致、松散、软性的物质；植物的细胞组织彻底破坏；原材料中各种成分起了很大变化；C/N降低，原来的蛋白质变成微生物蛋白质和腐殖质氮；形成腐殖质；所含营养成分的有效性显著提高。1.堆肥的制作 原料的处理 碳氮比不能大于40:1。 水分和通气 堆制和泥封翻堆堆肥堆制的主要措施如下:原料的处理:植物秸秆类的原料,应先切碎并压裂,玉米秸可切成23厘米小段。切碎的目的有利于吸收水分和控制适宜的通气状况,微生物利用的养料也容易渗出,使微生物迅速生长。 禾本科秸秆原料的碳氮比过

26、大,加入人粪尿提高含氮量,微生物得到充足氮素养料,生长、繁殖、腐熟快,同时,氮素含量提高,积制成的腐熟堆肥质量也提高,放出二氧化碳的量也相应减少,因而提高了腐熟堆肥的总量。加一些磷肥以及石灰或草木灰也有利于促进微生物作用,加速堆肥腐熟。 水分、通气与保温:水分和通气是互相矛盾的两个条件,是影响堆肥腐熟的主要因素。只有水分充足,微生物的活动才能旺盛。堆肥材料最好先用水浸透再铺,或者铺一层,浇一层,浇匀浇透。材料切碎压碎,也有利于吸足水分。另一方面也保证适宜的通气状况,促进微生物的好气分解。秸秆不切碎,不能压实,过分通气,造成水分丧失过快,微生物活动因水而被抑制；相反,积水过多,微生物活动也会通气

27、不良而被抑制。 保温也是制造堆肥的重要措施,堆肥热源来自微生物分解有机物质产生的热,因此,在堆制的初期,要创造微生物旺盛繁殖的条件。堆肥中加入人畜粪尿在这方面起两个作用,一个是接种了大量微生物,提高微生物繁殖的起跑点,二是提供了速效氮源,促进微生物大发展。 泥封:材料堆好后,取湿土或池泥、河泥密封(34寸)是保水、保温的有效措施。泥封还有保肥的作用,防止雨水过多时养分淋洗损失,也能防止挥发性氮的损失。此外,还能避免堆制的初期招引苍蝇、滋生蝇蛆,从而保护环境。堆肥堆制的体积(面积和高度)是一项重要的堆积条件,休积大,保温、保水好,边缘不能充分腐熟的物质的比例也低。翻堆:堆肥堆制过程中,必要时应进

28、行翻堆。一般在堆温越过高峰开始降温时进行,翻堆可以使内层外层分解程度不同的物质重新混合均匀,如湿度不足可补加一些水分,然后再次泥封,堆温进入第二次高峰,促进堆肥的均匀腐熟。 第十一章微生物的应用微生物学教案1172.堆肥的微生物学过程发热阶段：堆肥堆制初期,微生物旺盛繁殖,分解有机质,释放出热,不断提高堆肥温度,叫做发热阶段。在这阶段中,堆肥物质的变化主要是在好气性条件下易分解的有机物质(如简单糖类、淀粉、蛋白质等)迅速分解,产生大量的热。产生的热不易散失。积累起来提高堆肥的温度。在发热阶段,堆肥中的微生物以中温好气性的种类为主。最常见的是无芽孢细菌,芽孢细菌和霉菌。随着温度的提高,好气性微生

29、物种类逐渐代替了中温性的种类而起主导作用,温度持续上升一般在几天之内即达50以上,进入高温阶段。高温阶段：在高温阶段,堆肥材料中复杂的有机物质如纤维素、半纤维素、果胶物质等也开始被微生物强烈分解。与此同时,堆肥内开始发展了与有机质分解相对立的另一过腐殖质的形成过程,开始出现了能溶解于弱碱中的黑色物质。这一阶段中好热性微生物占优势。包括好热性真菌.好热性放线菌和好热性细菌等。在温度上升到60时,好气性真菌几乎全部停止了活动,好热性放线菌,好热性芽孢杆菌和梭菌的活动占了优势。很多好热性的微生物(包括细菌、放线菌和真菌)是分解纤维素和果胶类物质量能力很强的种类,因此在高温阶段,纤维素、果胶类物质旺盛

30、分解。 由于微生物继续旺盛活动,热量积累,堆肥温度上升到处70以上。这时,大多数好热性微生物也大量死亡或进入休眠状态。由于刚刚死亡的微生物所含的各种酶的作用,有机物质的腐解作用仍能进行一段时间。但是,酶的作用很快衰退,产生的热量减少,当产生的热量小于堆肥散发的热量时,堆温即开始下降。然而,当温度下降到70以下时,处于休眠状态的好热性微生物又恢复了它们的生命活动,产热量又增加了,这样堆温就处于一个自然调节的延续较久的高温期,这对堆肥的快速腐熟起着很重要的作用。制造得法的快速堆肥,有相当长的高温期(维持在50以上),堆肥材料能够在几个星期或者23个月内达到适于施用的腐熟状态。堆肥不当的堆肥,或者只

31、有很短的高温期,或者根本达不到高温,因而腐败熟很慢,在半年或者很长时间内也还达不到半腐熟的状态。 降温阶段：当高温阶段持续一定时间后,纤维素、半纤维素、果胶物质大部分已经分解 腐熟保肥阶段：腐熟好的堆肥应具备P290表114中的特性。11.4 微生物与城市污水的处理11.4.1 自然水体的自净作用水体同土壤类似，本身也有一定的自净作用，这一概念对剖析水污染机理和理解水的生物处理有重要意义。当污水进入河流时，在污水流入点的水质就会恶化，但随着河水的向下游流动，水质以逐渐变好，这就是水的自净作用。(属于不完全的自净作用)。 第十一章微生物的应用微生物学教案11811.4.2 污水处理及微生物的作用

32、生活污水中含有杂质、有机污染物、病原微生物和有毒物质等，如任其排入天然水体中将会造成天然水源的污染和生态环境的恶化。因此，生活污水需要妥加处理，消除污染物，使水质达到一定的排放标准，然后排放入天然水源，保证水资源的循环使用。根据水体自净的原理，人们设计了各种污水生物学处理的方法。概括起来说，这些方法的基本原理就是通过微生物的旺盛代谢活动，分解有机污染物，使污水净化。根据对氧的需求不同，可将污水生物处理分为需氧处理和厌氧处理两大类。常用方法有：活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、厌氧消化法和土地处理法。曝气池和活性污泥：使污水流过曝气池，池内大量通气,供给充足氧气，经过曝气池的污水在高度氧化条件下分

33、解有机物。 活性污泥中的细菌大多数包埋在菌胶团内，易于绒絮化和沉降。在活性污泥处理中细菌量可达108109/毫升，除细菌外，还有多种霉菌和原生动物。活性污泥中原生动物的旺盛发展是优质、高效的指标之一。污水进入曝气池后，有机成分迅速被吸附到活性污泥中，原生动物的吞食作用。生物膜：生物膜法实际是不采取曝气法的活性污泥净水法。由于充分供给污水中有机物而形成的菌胶附着在载体上，形成生物膜，生物膜是富含多种微生物的净化体系（旺盛矿化各种有机物质的生物群体）。化粪池：独立建筑物的生活污水（包括排泄物）的净化处理常采用简单的化粪池法。挖一底下粪池，通过下水管道收集生活污水，在池水有机物通过自然发酵（厌氧发酵

34、为主），消除病原生物，净化水在较高处的排水管中排到土壤或河渠中去。污水的处理分为一、二级处理，有时还有三级处理。一级处理是活性污泥法的预处理，其功能是除去砂、浮渣、浮油和部分悬浮物。二级处理是利用需氧微生物除去水中的有机物，其作法是让经过一级处理的污水与回流污泥混合后流入曝气池，曝气3-8h；这时污水的一部分有机物作为活性污泥微生物的营养源和/或能源而被除去，另一部分则随污泥进入二级沉淀池而沉淀(2-3h)；污泥沉淀后，固液分离，清液流出，沉淀的污泥小部分回流再生，在部分为剩余排出池外。(流程图)P294在污水处理过程中，微生物是以活性污泥的形式存在并起作用的。所谓活性污泥就是以需氧性细菌为主

35、体的微生物与水中的悬浮物质、胶体物质聚集在一起形成的肉眼可见的絮状颗粒，也称絮凝体。颗粒大小约0.05-0.5mm，表面积为20100cm2/ml ,比重约1.0021.006，具有良好的沉降性能，静置时能立即凝聚成较大的绒粒而沉淀。活性污泥中的微生物类群非常多，但其中的主要成员是细菌，特别是异养细菌占优势。11.5 污染物的生物治理P29511.5.1 改善微生物生活的环境条件11.5.2 降解微生物的应用11.5.3 耐水树木和根圈微生物在生物治理中的作用（非天然有机物的分解 A.合成农药的微生物降解；B.偶氮化合物的分解；C.氰和腈。由于石油化学工业的发展，含有机腈化物（如丙烯腈）和无机

36、氰化物的废水排放量很大。在低浓度下，多种微生物都有分解腈和氰的能力，D.自然分解的临界值。微生物不仅数量多，而且代谢类型多样，可以通过不同途径降解环境中的污染物(如以农药作为营养物加以利用或通过共代谢加以除解；利用加氧酶转化、除解烃类污染物等)，通过改变重金属存在形式而降低其对环境的污染,微生物在环境保护中占有重要地位，活性污泥法和生物膜，因其方便、实用、成本低、效果好，已成为污水处理的主要方法。在环境监测中，生物监测以其既能反映多种污染物的综合效应，又能反映环境污染的历史状况的独特作用，已成为环境监测的主要方法。 第十一章微生物的应用微生物学教案119）11.6微生物肥料 微生物肥料,简称菌

37、肥，是生物性肥料，是利用微生物的生命活动，将土壤中一些化合物不能利用的物质转化或可被植物吸收利用的营养物质，从而改善作物的营养条件，提高产量，是一项农业现代化的新技术。 11.6.1菌肥的分类目前同内外推广的菌肥大致可分五类： 1.增加土壤氮素和作物营养的菌肥。如：根瘤菌肥，固氮菌肥，固氮兰藻。 2.分解土壤有机质的菌肥，例如有机磷，综合性肥料。 3.分解土壤中难溶性矿物质的菌肥 ，无机磷菌肥料。 4.刺激植物生长的菌肥：如5406抗生菌肥。 5.增加作物根吸收营养能力的菌肥，例如菌根菌肥料。 11.6.2菌肥生产过程 菌肥用菌种活化及大量繁殖 斜面菌种菌种扩大固体培养洗刷菌苔液体扩大培养二级

38、扩大培养吸附剂的准备 吸附剂原料 压碎 干 过筛灭菌吸附剂菌种和吸附剂的拌合调整菌液（含菌数） 拌菌 菌肥成品成品菌肥的要求： 1 菌肥中的菌种是有效的（活菌和有效菌，固氮菌必需是有效固氮菌）； 2 不污染； 3 适当含水量（过高过低则影响菌）； 4 适当的pH（菌种生活最适pH）； 5 恰当的贮期（贮存期一般3-6月）； 6 含菌量大（在单位重量产品内，所含活菌数越多越好）。 11.6.3菌肥的使用 1作种肥：沟施、穴施、拌种。拌种要避开直射阳光，播完覆土（UV影响）； 2单用或混用：混用使用可以增效； 3配合农艺措施施用。要正确合理使用才能发挥菌肥作用，如注意田间的pH、通气情况、与有机、

39、无机肥料一齐施用等。 4菌肥原则上不能与农药混用（如农药对该菌肥无抑制作用可混用）。 11.6.4菌肥介绍 5406菌肥 5406菌肥是一种好气放线菌接种剂：中国科学院1953年从陕西泾阳地区苜蓿根分离获得。“5”代表西北地区；“4”代表苜蓿根土；“06”代表苜蓿根土第6号菌株。它是一种是有多种作用的菌肥，属于全肥型微生物型菌肥，施到土壤中就象一个能生产N、P、K和抗菌素、生长素的综合性的化肥厂，施用后一般增产10%，肥效长，但不是速效肥料。 5406菌肥作用：1.具有抗病驱虫作用，对多种病虫害有一定作用，能产生两种抗菌素，一种抗真菌，一种抗细菌，但易失效，必须及时使用。能防治

40、水稻烂秧，水稻纹枯病，白叶枯病及玉米等多种病害。 2.刺激作物生长，能分泌一种新型刺激素，对光热碱却较稳定，刺激细胞分裂，又能使植物细 第十一章微生物的应用微生物学教案1110胞纵横生长，还能促使生根长叶，促使多种作物提前成熟，打破马铃薯休眠，加速土壤和有机饼肥中速效性氮、磷养料转化，同时能固氮，促使难溶性氮转化成可溶性氮。 5406菌肥施用方法： 1、基肥：作苗肥、种肥，须防太阳晒。 2、作追肥：200斤/亩（结合中耕除草进行）。3、浸种（防烂种）：浸根蘸根。 固氮菌肥 固氮菌肥是应用生物工程创造的新型肥料，它主要利用微生物（固氮肥）将空气中的游离氮转化成NH3，并产生其它代

41、谢产物，供应植物生长的需要。空气中含有80%的氮，一亩地上空就有5300吨氮气，如何使非豆科植物尤其是水稻和小麦具有固氮功能，把空气中游离的氮素转化成无机盐类以供植物吸收利用，这是世界上不惜耗费巨资苦苦追求而未获成功的重大课题。 固氮菌肥使用方法：拌种和醮根。 喷施或追施于根部,只花几元线,一年可至少节省30%化肥，每茬只施用一次。 根际菌肥 根际菌肥是中国高技术研究成果，如水稻耐氨固氮菌（广东微生物所研制），曾经1989年在广东示范区面积25万亩，平均增产7.43%,平均增30公斤。 根际菌肥使用方法：谷芽接种法。 每亩大田用量10毫升，在播种当天将已催芽的谷种放入稀释药液（

42、525公斤/20毫升溶液）中浸泡13小时，捞起晾干即可播入秧田，或在插秧时用药液浸泡秧根。 11.7微生物激素在农业上的应用 许多微生物分泌激素物质，其中有部分对植物具有刺激生长作用，已在农业上推广应用的有“九二O” 和“七二”。 11.7.1赤霉素（九二O） 赤霉素（九二O）是真菌赤霉菌分泌激素物质，在30年代由日本人最先从水稻徒长病中分离获得。 赤霉素（九二O）产生菌的有性世代为腾仑赤霉菌（子囊菌亚门），无性世代为串珠镰孔菌，属半知菌亚门。 “九二O”的作用是非常奇妙的，作用也无专一性，对各种作物果蔬等有刺激作用。1957年，USA有学者用之处理育成了5米高巨大甘兰，USSR也有学者用之处

43、理育成4米高的烟草。 赤霉素（九二O）主要作用： 1、促使呼吸作用。 2、加速植物光合作用。 3、增强酶活性。 4 、促使核酸蛋白质的合成。 5、促使细胞分裂和伸长，抑制衰老，打破休眠，促进发芽和侧芽生长，促使瓜单性结实，使葡萄形成无子果实等。 赤霉素（九二O）使用方法： 1、点滴（九二O溶液涂于顶端生长点，花朵的幼果或其他部分）。 2、喷雾。 3、浸种。 4、注射树木。 赤霉素（九二O）使用注意事项：不能与碱性物质混合使用（否则中和失效）,使用温度60以下,局部施用,并增施有机肥料。 11.7.2“七二O”（核酸降解物）“七二O”主要采用白地霉（半知菌亚门）真菌的核酸降解物，其成分主要是核苷

44、酸，以及有核苷酸生成的腺嘌呤衍生物，对植物有刺激生长作用，属于激动素。 “七二O”作用： 1、诱导控制植物核酸和蛋白质合成。 2、控制植物器官的分化与形成。 3、促进开花、种子发芽。 第十一章微生物的应用微生物学教案11114、控制韧皮部组织的运输和代谢化合物运转；5、防止果实及蔬菜叶子老化。使用浓度是1040PPM。 11.8微生物在发酵饲料上的应用 11.8.1青贮饲料 青芽（青饲料）洗干净或晒过后 装罐或装木桶 加盖并压实（加石块）进行乳酸发酵 青贮饲料。装罐或装木桶 加盖并压实（加石块）原因：有利于乳酸菌和酵母菌的发育而不利于好气性的霉菌和杂菌的生长，同时由于乳酸大量繁殖使汁液很快变酸

45、（pH下降）从而抑制了腐败菌如丁酸细菌，肠道杆菌等活动。青贮饲料关键：1、选好原料是关键，不用烂叶烂草青贮；2、搭配幼嫩多汁的原料：使发酵有足够的糖类；3、加进食盐：使菜叶里的汁液漏出来作乳酸菌、酵母菌的液体培养基。 腌茄子 赤褐色（不加锈铁钉） 茄子加盐装罐、缸压盖乳酸发酵 青紫色（加锈铁钉） 赤褐色道理：茄子里的Delphindin（翠雀汀）色素乳酸变成赤色，但锈铁钉的铁离子与翠雀汀反应变成青色色素 11.8.2糖化饲料利用人工接种微生物，将粗饲料及少量精饲料在一定温湿度和通气条件下，通过微生物作用使饲料中不易消化吸收的成分，转化成为容易吸收，并适合家畜口味的营养料。 接种的微生物：细菌：

46、乳酸杆菌、醋酸杆菌 真菌（霉菌）：木霉、根霉、曲霉、酵母菌。 11.9微生物与农业生产关系 11.9.1有益作用 1、 提高土壤肥力：土壤中有机质分解，矿物质转化，腐质质形成，都是微生物作用。因此微生物是构成土壤肥力的主要因素； 2、 扩大肥源、能源：沼气是甲烷细菌分解有机物的生物气，沼气渣也是良好的肥源，地壳中深处蕴藏着大量的天然气，天然气形成过程中就有微生物作用。同时，微生物促使有机肥料的分解，（有机肥料的堆积利不开微生物变作用） 3、促使作物生长：微生物除了对土壤肥力和肥料质量有影响外，还有直接营养植物的作用，如根际微生物分解根周围土壤中复杂的有机质，使之成为植物营养的有效成分，供给植物

47、必需的养料。到目前止，已发现有2000多种植物菌根、菌根菌也能分解有机质供给植物可以吸收的养料。 4、防除病虫杂草：微生物农药可以抑制，杀死病原微生物，有些微生物能寄生于杂草上致杂草死亡。 5、改善饲料品质：如青贮饲料，糖化饲料，微生物将其中的粗饲料转化成可吸收的养料，改善适口性，或者提高营养价值，微生物本身合成的蛋白质 、维生素、胡萝卜素等可直接作为家畜的精料。 6、保护环境：一些微生物可改变某些化学药品及因工厂产品污染的生活环境和耕作土壤。苯环物质是人类有毒物，如大于0、1%对微生物有毒，但当含量低于0、05%则是一些微生物的养料，把工业污水稀释到微生物能够水解利用的浓度，可使毒物质作为微生物的养料而分解掉。氰化物（氢氰酸、氰化钾氰化钠等）高浓度有毒，低浓度作微生物养料分解进入碳素循环而降解。 7、 有机肥料堆积：使有机物腐熟。 11.9.2有害作用微生物引起动植物病虫害造成极大损失，估计我国每年由于微生物引起的病害损失总产量在30%左右，有些有毒微生物则产生有毒物质而抑制作物生长，有些微生物寄生于家畜体内，引起流行病，有些微生物产生毒素污染食物及引起人畜中毒等。 附：01.根土比：