第9章微生物的应用

第9章

微生物在农业上的应用

一、微生物肥料二、生物农药三、食用菌四、微生物饲料

第一节微生物肥料微生物肥料的概念：是一类含有活的微生物的特定制品，应用于农业生产中，能够获得特定的肥料效应。在这种效应的生产中，制品中的活的微生物起关键作用，符合上述定义的制品均应归入微生物肥料。——陈华癸教授，华中农业大学第一节微生物肥料微生物肥料的概念：微生物肥料是指一类含有活的微生物并在使用后能获得特定肥料效应，能增加植物产量或提高产品质量的微生物制剂。微生物肥料又称细菌肥料、生物肥料，有些国家称为接种剂或拌种剂。在我国，有些人将特殊效能的微生物（如根瘤菌、解钾细菌、解磷菌）经发酵技术生产扩大培养后与草炭等载体混合，且使用量很少的称为接种剂、拌种剂。而将微生物和有机物（畜禽粪便、草炭等）或微生物与无机肥料混合，经过加工制成的用于底肥、追肥，且使用量较大的称为微生物肥料。发展微生物肥料的必要性首先：化肥使用量逐年增加，化肥利用率和增产效益下降；我国单位面积施用化肥量是日本的2倍，美国的2.4倍，加拿大的4.4倍，澳大利亚的8.2倍，俄罗斯的9.0倍！化肥利用率仅为30%！应用化肥引起水质和环境污染。发展微生物肥料的必要性第二，土壤肥力下降，土壤退化荒漠化逐渐加剧；第三，土壤生态环境恶化，土壤生态功能下降；第四，中国化学肥料资源严重不足，这对农业的可持续发展构成了严重的挑战。开发和应用微生物肥料的意义土壤肥力的改良；节约能源，保护环境：

1、提高化肥的利用率，即提高了能源利用率；2、本身无毒害作用，不污染环境；3、减少土壤营养流失和富营养化的产生。4、可以此实现固体废弃物资源化_堆肥。可持续发展的要求。实践证明，微生物肥料在绿色有机食品生产、农业生态环境保护以及高产、优质、高效农业的持续发展中发挥着重要作用。目前，微生物肥料逐步成为中国国家生态示范区、绿色和有机农产品基地等肥料的主力军，正在农业生产中发挥着越来越明显的经济效益、社会效益和生态效益。我国微生物肥料的研发历程50年代：从国外引进自生固氮菌、磷细菌和硅酸盐细菌制剂。

从豆科植物上应用根瘤菌接种剂开始，起初只有大豆和花生根瘤菌剂。我国微生物肥料的研发历程60年代推广使用放线菌制成的“5406”抗生菌肥料和固氮蓝绿藻肥。70—80年代中期，开始研究VA菌根，以改善植物磷素营养条件和提高水分利用率。我国微生物肥料的研发历程80年代中期—90年代，农业生产中又相继应用联合固氮菌和生物钾肥作为拌种剂。微生物肥料研制单位相继推出联合固氮菌肥、硅酸盐菌剂、光合细菌菌剂、PGPR制剂和有机物料(秸秆)腐熟剂等适应农业发展需求的新品种。微生物肥料的主要功效与机理一、增加土壤肥力，促进植物对营养元素的吸收1、氮磷钾大量元素营养：根瘤菌、自生和联合固氮菌；硅酸盐细菌的解钾作用。2、土壤中大量微生物的活动使土壤有机质转化形成腐殖质，促进土壤团粒结构的形成，提高土壤肥力，改善土壤理化形状，增强土壤保肥、保水能力，从而提高作物的产量和品质。二、分泌多种生理活性物质刺激调节植物生长：

大量研究表明，微生物活动产生的植物生长调节物质以及维生素都不同程度地刺激和调节植物的生长。1、分泌植物激素生长素、赤霉素、脱落酸、乙烯和酚类物质；2、酸类物质的产生：有机酸的作用。微生物肥料的主要功效与机理三、对有害微生物起到生物防治作用：通过在植物根际大量生长繁殖成为作物根际的优势菌，与病原微生物争夺营养物质，在空间上限制其它病原微生物的繁殖机会，对病原微生物起到挤压、抑制作用，从而减轻病害。这类微生物也叫做根圈促生细菌（PGPR）。微生物肥料的主要功效与机理四、产生抗病和抗逆作用，间接促进植物生长：1、产生多种抗病物质：抗生素2、提高植物的抗逆性：由于微生物肥料的施用，其所含的菌种能诱导作物产生超氧化物歧化酶，在植物受到病害、虫害、干旱、衰老等逆境时，消除因逆境而产生的自由基来提高作物的抗逆性，减轻病害。微生物肥料的主要功效与机理第二节微生物肥料的种类微生物肥料按作用机理分：固氮菌类肥料（根瘤菌肥料、自生固氮菌肥、固氮蓝藻等）解磷菌类肥料解钾菌类肥料（硅酸盐细菌）

抗生菌肥料PGPR菌肥堆肥菌剂和发酵菌剂复合微生物肥料1.固氮菌肥_根瘤菌肥料根瘤菌肥料是含有大量根瘤菌活菌体的生物制剂，接种于豆科植物种子上，在土壤条件适宜情况下，根瘤菌能在豆科植物根际进行活跃的生命活动，并侵入豆科植物根部结瘤，固定空气中的氮素为NH3或NH4+。

1.固氮菌肥_根瘤菌肥料根瘤菌肥料是用人工选育出来的高效根瘤菌株经大量繁殖用载体吸附制成的，是迄今为此世界上研究最早、应用时间最长、生产量最多、应用最广泛和效果最稳定的微生物肥料之一。

根瘤菌与豆科植物间的共生------形成根瘤共生体根瘤菌固定大气中的气态氮为植物提供氮素养料；豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生长，同时，还为根瘤菌提供保护和稳定的生长条件。RootNoduleBacteriaandSymbiosiswithlegumes豆类SoybeanrootnodulesUnnodulatedsoybeanNodulatedsoybean生物固氮在氮循环中的作用大气中的N2尿素及动植物遗体NO3-土壤中的微生物NH3NO3-氮素化肥细菌与豆科植物的共生Ⅰ根瘤菌①形态特征

②一般生理特征③根瘤菌与宿主的共生特性Ⅱ根瘤①根瘤形成过程的主要步骤②豆血红蛋白

①根瘤菌的形态特征：在分类上归属于变性杆菌门的根瘤菌目。细胞呈杆状，常内含许多折光性聚β—羟基颗粒（贮藏性物质），使细胞染色不均匀，有时呈环节状。能与豆科植物共生，形成根瘤并固定空气中的氮气。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。

②一般生理特性：

化能有机营养型能利用NO3-、NH4+，但培养基中含植物性氮素物质（豆芽汁、酵母汁等）时大多数根瘤菌生活得更好。需要多种灰分元素：P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。当缺少某些二价阳离子（Ca2+、Mg2+）时生活力显著下降；钼是固氮酶的成分；钴用于合成维生素B12，并能防止Ni和Cu的毒害作用。适合中性和微碱性条件，适合的pH在6.5-7.5，适合的温度25-30℃。

根瘤菌甘露醇琼脂培养基甘露醇5g；蔗糖5g；酵母粉0.5g；磷酸氢二钾0.5g；硫酸镁0.2g；氯化纳0.lg；硫酸钙0.lg；钼酸钠溶液lmL

；硫酸锰溶液1ml；柠檬酸铁l%溶液1mL；硼酸l%溶液1mL；刚果红1%溶液2.5mL；琼脂18~20g，水l000mL，pH值7.0

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。

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2根瘤菌--豆科植物互接种族RootNoduleBacteriaandSymbiosiswithlegumesSoybeanrootnodulesUnnodulatedsoybeanNodulatedsoybeanCKSpr4-5

Ⅱ根瘤

①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。

StepsintheformationofrootnoduleinalegumeinfectedbyRhizobium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。

Rhizobiumnodulesonapearoot根瘤菌与宿主的共生特性：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：每一种根瘤菌只与其有专一性对应的几种豆科植物建立共生关系形成根瘤。有效性：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。根瘤菌肥的生产拌种剂和复合肥料。拌种剂：粉状、液体、冻干粉。复合肥料：同一根瘤菌属的不同菌株复合，或与其他微生物合用以增强结瘤能力。生产过程：菌种培养—固体扩大—收集菌泥制菌粉—装瓶液体扩大—吸附剂—拌种—装袋。2.自生固氮菌肥料单独生活时能固定空气中的氮的一类微生物称为自生固氮菌，分为光合细菌和非光合细菌。主要类群：蓝细菌、圆褐固氮菌、假单胞菌、多黏芽孢杆菌等。固氮能力比共生固氮差。自生固氮微生物：圆褐固氮菌圆褐固氮菌代谢类型是？异养需氧型圆褐固氮菌能产生生长素，促进植株生长和果实的发育。生物固氮的利用价值将圆褐固氮菌制成菌剂，施到土壤中，可提高农作物产量2.对豆科植物进行根瘤菌拌种，也能提高豆科作物的产量

3.用豆科植物做绿肥，可明显增加土壤中氮的含量固氮菌菌剂

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。1991年Coppla等从圆褐固氮菌细胞浸出液中发现了植物刺激物质；1974年Barea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。

磷素是作物生长发育所必需的营养元素之一。虽然土壤中磷含量很高，但能被植物吸收利用的有效态无机磷却很低，土壤中绝大部分磷为无效磷。磷是许多发展中国家农业生产重要的限制因素，提高土壤中磷的利用效率将具有战略性意义。3.解磷菌肥料解磷微生物菌剂：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大芽孢扦菌。细菌解磷机制解磷微生物溶解难溶性磷化物的机制可归结为以下几类：(1)分泌有机酸起作用：这些酸既能降低pH值，又可与铁、铝、钙等离子结合，从而使难溶性磷酸盐溶解；通过代谢活动产生有机酸(细菌一般分泌乳酸、氨基酸、草酸、延胡索酸和柠檬酸等，真菌主要分泌草酸、丙二酸和乳酸等)，这些酸一方面直接溶解土壤中难溶性磷酸盐。细菌解磷机制(2)有机酸另一方面则是通过鳌合作用释放出土壤磷素：腐解植物残体而产生胡敏酸和富里酸。这两种酸能与复合磷酸盐中的钙、铁鳌合，从而释放出磷酸根，与铁、铝及磷酸盐形成稳定的可溶性复合物，可以被植物吸收利用。(3)生物矿化作用。即通过分泌植酸酶、核酸酶和磷酸脂酶等物质，分别将植酸、核酸和磷酸脂等有机磷降解。巨大芽胞杆菌

（Bacillusmegatherium

var.phosphaticum

）1.菌体形态特征：此菌的菌体实在粗大，因而拉丁文学名称其为为巨大芽孢杆菌。2.芽孢形态特征：有大芽孢，椭圆形偏端或中位；孢囊多为背端生，芽孢内不着色，无色；成熟孢囊不膨大。3.菌落形态特征：在专用培养基上菌落圆形，有同心圈，表面光滑；菌落不透明，由灰白色变棕黄色，边缘整齐；菌落扁平，微隆起微绉折。4.生理生化特征：革兰氏染色阳性；在肉汤培养基中生长很快，有较强分解核酸和卵磷脂的能力，也能从难溶的无机磷灰石中释放出正磷酸盐。解磷能力的测定解磷能力是表征解磷微生物作用的重要指标，可采用定性法和定量法两种方法测定。定性法一般指的是平板溶磷圈法平板溶菌圈法：将溶磷菌株在含有难溶性磷酸盐或有机磷的固体平板培养基上培养，测定周围菌落产生透明圈的大小。无机磷平板一般采用磷酸钙盐固体培养基，接种菌株培养数天后，以磷酸钙盐平板上菌落周围出现透明圈的视为有解无机磷能力的菌株。有机磷平板一般采用卵黄平板培养基，以卵黄平板上菌落周围出现混浊圈的视为有解有机磷能力(卵磷脂被水解形成脂肪和磷酸)。溶磷圈直径（D）和菌落生长直径(d)的比值(D/d)是表征解磷菌相对解磷能力的一个指标。解磷微生物的种类解磷细菌：芽孢杆菌属(Bacillus)欧文氏菌属(Erwinia)假单孢菌属(Pseudomonas)土壤杆菌属(Agrobacterium

)沙雷氏菌属(Serratia

)黄杆菌属(Flavobacterium

)肠细菌属(Enterbacter)解磷真菌：青霉属(Penicillium

)、曲霉属(Aspergillus)、根霉属(Rhizopus)、镰刀菌属(Fusarium

)、AM菌根菌4、解钾细菌菌肥解钾细菌，又称硅酸盐细菌。解钾细菌，又称硅酸盐细菌。硅酸盐钾可溶性钾解钾细菌具有荚膜，为多糖类物质，促进土壤微团聚体的形成；解钾细菌还能将土壤中的无效率转化为有效磷；并有微弱的固氮能力。胶质芽孢杆菌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.光合细菌菌剂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，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。与生产应用关系密切的光合细菌主要是红螺菌科中的一些种、属。6.菌根菌剂使用的菌种包括由多数内囊霉科属或种形成的泡霉—丛枝状菌根,简称AM真菌。目前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，有较好的应用前景。应用菌根菌的增产效果CK菌根菌剂7.促生菌剂指通过接种在植物根际增殖且具有促进生长作用的土壤细菌称为植物促生根际细菌（PGPR）。促生菌剂作用机理:①分泌植物促生物质；②改善植物根际的营养环境。加强了土壤中有机物的分解，促进了植物营养元素的矿化，增强了对作物营养的供应；③对作物病害的生物控制作用,主要是能够产生抗生素、胞外溶解酶、氰化物和铁载体，还有可能是改变根际微环境平衡，促进作物生长；④对污染物的降解；⑤对豆科植物结瘤的促生作用。8.抗生菌肥料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，如细黄链霉菌（Streptomyces

jingyangesis）。我国应用多年的“5406”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，刺激和调节作物生长。抗生菌肥54065406菌肥，又称放线菌肥料，是在放线菌肥料研制之初以“5406”号放线菌为主要菌种加入到载体之中制成，所以称为5406菌肥，简称“5406”。5406泾阳链霉菌的生物学特性：菌落圆形、凸起，开始生长时浅黄色至淡红色。气生菌丝粉白色，上面生满成串孢子呈粉红色。最适生长温度为26～32℃。

5406菌肥作用机理1、抗生菌肥5406分泌抗生素，对植物病原真菌、寄生细菌有很好的拮抗作用。抑制有害微生物，增加了根际微生物的生理活性。2、刺激与调节作物生长：分泌多种不同类型的刺激素。3、转化土壤和肥料的营养元素：将不能吸收利用的N、P、K转化为可利用状态，可提高水解N、速效P和速效K的含量。4、促进农作物对养分的吸收，提高对纤维素的分界能力，加强对有机质的分解；改善土壤物理性能；施用后，P提高60%~70%；土壤团粒结构增加，通气性好。9.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CKSpr2-9Spr2-9+0.3%钼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10、堆肥菌剂和发酵菌剂微生物肥料的现状(1)微生物肥料产业初具规模，已成为我国农业生物产业的重要组成部分。国内现有微生物肥料生产企业500个以上，年产量约为500万t，在肥料家族中所占的比例逐年增加，应用面积累计近亿亩。(2)产品种类不断增加,使用菌种不断扩大。在农业部登记的产品分为菌剂类和菌肥类二个大类，共有11个品种。9个菌剂类品种分别是根瘤菌剂、固氮菌剂、硅酸盐菌剂、溶磷菌剂、光合菌剂、有机物料腐熟剂、产气菌剂、复合菌剂和土壤修复菌剂；

2个菌肥类产品是复合生物肥料和生物有机肥。(3)使用效果逐渐被使用者认可，应用范围不断拓宽。微生物肥料研究与生产的问题基础研究力度不够、科研人员相对不足；生产工艺参差不齐，产品质量不稳；对微生物肥料缺乏正确的认识，存在随意复合现象；缺少统一的质量标准和规范的行业管理。第二节微生物农药一、微生物农药

利用微生物或其产物来防治植物病虫害和杂草危害的一类微生物制剂。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。1、生物农药的发展在农药的发展历史中，生物农药是最古老的一类。《周李·秋官》就有“莽草熏之”“焚牡菊，以灰洒之”等防治害虫的记述；19世纪以来，应用生物成分防治有害物从经验上升到科学的试验阶段，如除虫菊、鱼藤和烟草等的应用；20世纪早期，苏芸金杆菌（B.thuringiensis)的发现促进了微生物农药的发展；20世纪30年代以来，几类植物内源激素先后被发现和利用，20世纪40年代后，由于有机合成农药的发展，使生物农药的研究和开发被忽视而发展缓慢；20世纪60年代，化学农药的弊端暴露出来，生物农药的研究又受到重视；最近的几十年，生物农药得到了长足发展，中国近三年生物农药增长了80％，2000年销售额所占比例由9％上升至20％。2、生物农药的内涵过去，生物农药就是指“微生物农药”。后来，其概念发展为“相对于化学农药而言的天然资源的生理活性物质，用于农药的有微生物、植物（除虫菊、烟碱等）、昆虫（性引诱剂、变态激素等）。迄今为止比较公认的定义是，生物农药是可以用来防治病、虫、害等有害生物的生物体本身及源于生物，并可作为“农药”的各种生理活性物质。生物农药一般可分为直接利用生物体和利用来源于生物体的生理活性物质两大类。3、生物农药的优缺点由于化学农药大都是抗生物降解的毒害性化合物，能通过食物链在生物体内积累，已造成严重污染，故作物保护从化学防治向生物防治转化是发展的趋势。目前全世界已注册的生物农药约有60多种，年销售额为2.5～3亿美元。微生物农药的特点：对脊椎动物和人类无害,不污染环境；对植物无毒害；能保护害虫天敌；昆虫不易产生抗药性；自然传播感染能力:有些昆虫病原微生物,可在昆虫群落中自然传播感染成流行病；容易进行大量生产。生物农药的局限性：已获批准使用的种类较少，仅有20多种；杀虫速度缓慢；一些制剂在环境中不稳定；生产成本较高。4、生物农药研究展望随着人们对化学农药弊端和环保重要性的进一步认识，生物农药将是21世纪农药研究重点，以下几个方面将会受到重视。作用机制独特的生物农药品种将是研究开发的热点之一。如生长调节物质、行为调控化学物质等。生物与化学方法相结合，开发生物化学农药。生物技术向生物农药研究渗透。如转B.t.抗虫棉等的成功。二、微生物农药的种类

细菌杀虫剂真菌杀虫剂病毒杀菌剂农用抗生素微生物除草剂1、细菌杀虫剂细菌杀虫剂是目前研究和利用的较多的一类微生物农药。根据细菌对昆虫的致病性，将其分为4类：（1）含晶孢子形成杆菌，如苏芸金芽孢杆菌（简称B.t.);（2）专性病原菌，如日本甲虫芽孢杆菌（B.popilliae);（3）兼性病原菌，如铜绿假单胞菌和球形芽孢杆菌等；（4）潜在病原菌，如粘质沙雷氏菌。细菌杀虫剂中最典型的、研究历史有90年之久的例子是芽孢杆菌属（Bacillus）。其中以苏芸金芽孢杆菌、日本甲虫芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、缓病芽孢杆菌（B.lentimorbus）等研究得最多。苏芸金芽孢杆菌（B.thuringiensisBerliner)是以德国的苏芸金（Thruingen)地方名命名的。1909年德国苏芸金的一个面粉厂，发现一批染病的地中海粉螟幼虫，由柏林纳首先分离出这种细菌，1915年命名为苏芸金芽孢杆菌。苏芸金芽孢杆菌（其制剂简称B.t.制剂）是目前商业开发最为成功的微生物杀虫剂。主要用于防治棉、菜、果等150多种鳞翅目及其他多种害虫，药效比化学农药高55％。据统计，1997年世界B.t.的销售额已达9.84亿美元。（1）作用机制1.苏芸金芽孢杆菌的形态和生活史苏芸金杆菌是营养体较粗壮、直形、能产生芽孢的杆状细菌。一般具周生鞭毛，微动或不动，单个存在或2-4个相连呈短链。革兰氏染色阳性。营养体一般在30℃经24－48h，在菌体偏端处产生卵圆形芽孢，随着芽孢的产生，在孢子囊的另一端产生一个菱形或正方形的伴孢晶体。芽孢是休眠体，在适宜条件下，吸水萌发形成新的营养体，并重复上述发育阶段。所以苏芸金杆菌的生活过程是：芽孢营养体孢子囊（内含芽孢和伴孢晶体）释放出芽孢和晶体2.苏芸金杆菌所产生的杀虫毒素（1）伴孢晶体毒素（δ－内毒素）所有苏芸金杆菌的菌株在正常条件下，都能形成伴孢晶体，伴孢晶体是一种大分子蛋白质，是一种原毒素。伴孢晶体所以对某些昆虫有害，就在于这些昆虫的消化道内pH值是碱性反应（pH8.9以上），并且它的消化液中含有胰蛋白酶类和糜蛋白酶类，十分适合晶体水解，且水解后产生具有毒性末端的多肽而伴孢晶体对脊椎动物是无毒的，除了脊椎动物肠道pH值呈酸性反应外，还由于脊椎动物消化液中含的主要是胃蛋白酶类。苏芸金杆菌对鳞翅目昆虫所引起的症状一般表现为行动迟缓、呕吐、腹泻、停止进食，导致最后死亡。（2）热稳定性外毒素（β－外毒素）热稳定性外毒素于1959年发现，由于它对家蝇有毒，也叫蝇毒素。它是细胞分泌的一种水溶性耐热稳定性毒素，120℃，15min的热处理，仍保持活性。这种毒素在菌体生长过程中，在芽孢和晶体形成前即已产生，24h达到最大量。不是所有的苏芸金杆菌的各菌株都能产生热稳定性毒素，只有几种血清型中的一些变种可产生。另外，β－外毒素的产生与培养方法、培养时间、培养基成分和环境的pH值等因素有关。热稳定性毒素不是蛋白质类物质，而是腺嘌呤核苷酸的衍生物。它的杀虫谱系比伴孢晶体广，遍及鳞翅目、双翅目、膜翅目、鞘翅目和直翅目等多种昆虫。昆虫感病后表现为抑制发育、蜕皮后死亡，阻止化蛹及畸形变态等。热稳定性毒素对高等动物无大的毒害作用。（3）其他毒素α－外毒素也叫卵磷脂酶C，这种毒素不是苏芸金杆菌所特有的，是许多温血动物和人体的病原菌，如产气荚膜梭菌也能产生。苏芸金杆菌产生的这种毒素能杀死19种叶蜂幼虫，对老鼠也有毒。β－外毒素这种毒素是一种或多种未鉴定的酶类，能使卵黄琼脂变清。由于未证明其毒性，是否为真正的毒素尚待研究。不稳定性外毒素这种毒素对空气、日光、氧气都很敏感，加热60℃以上，10～15min即被破坏。化学成分已知有17种氨基酸和一个或多个低分子量（200-2000）的肽类，目前还不知整个混合物有毒还是仅一种特殊的肽类有毒。（2）对害虫的释放方式苏芸金杆菌虽然有很高的环境安全性，但是，在典型的田间条件下（如紫外线降解和雨淋），苏芸金芽孢杆菌在植物叶片上的停留时间只有几小时甚至更短。1980s美国孟山都公司将苏芸金芽孢杆菌的内毒素蛋白基因克隆到寄生在植物上的假单胞菌中，其中能够表达苏芸金芽孢杆菌内毒素蛋白的假单胞菌为死菌，这样可保护苏芸金芽孢杆菌蛋白免遭环境降解。为提高残留活性，还有的在生产B.t.制剂时加入抗紫外保护剂及其他添加剂。（3）用遗传工程手段改进B.t.制剂B.t.制剂由于其本身存在的一些局限性，不能被人们广泛接受，近年来人们采用遗传工程技术来改造B.t.制剂。遗传工程应用在B.t.制剂上的主要研究目的是扩展其用途及生物活性谱。例如，已经商品化的产品就是将分别编码对膜翅目活性和编码对鳞翅目活性的两个质粒接合在一个菌种上，因而其对膜翅目和鳞翅目昆虫均有活性。（四）生产方法采用传统的分批深层发酵技术。培养基成分为：大豆粗粉15g/L,葡萄糖5g/L，淀粉5g/L。分批发酵的最终产物含有细胞、孢子、胞外酶和蛋白质、其他低分子量物质和杀虫结晶蛋白质。经高速连续流离心分离、丙酮沉淀后，生成的粘稠糊状物再与各种辅助剂（润湿剂、粘着剂、稳定剂）混合，最后制成粉剂或液体包装出售。（五）应用状况B.t.制剂可有效地防治150多种鳞翅目幼虫（其中有些是重要的经济害虫），因此21世纪70年代以来，B.t.制剂已成为防治大田作物、果蔬、观赏植物和仓库害虫的主要生物杀虫剂。苏芸金芽孢杆菌是一些作物综合害物治理的重要手段。苏芸金芽孢杆菌可同信息素、昆虫天敌（寄生赤眼蜂）配合使用防治夜蛾，防治费用虽然与传统化学农药大致相同，但对环境的危害明显减少。（六）其他B.t.制剂能否引起害虫产生抗药性，一直是研究者十分关注的问题。曾经报道的小菜蛾抗性是在苏芸金芽孢杆菌作为单一农药使用、害虫在数年的极端选择压力下产生的。尽管生物杀虫剂可以用作部分化学杀虫剂的代用品，但只有将它与合成的化学杀虫剂结合起来作为害物综合防治措施的一部分，才能发挥生物杀虫剂的最大效力。2、病毒杀虫剂用于生物防治的病毒主要是杆状病毒（Baculoviruses),由于它从未在脊椎动物或植物中发现，因此被认为是对人类、非目标生物和环境十分安全的微生物。目前已分离到的昆虫病毒有1200多种，已有60余种昆虫病毒被引入大田试验，我国也有20多种进入田间试验，应用最多的有核型多角体病毒（NPV）和颗粒体病毒（GV)。核型多角体病毒专一性较强，发展很快。目前已开发出10多种产品，包括棉铃虫、菜青虫、斜纹夜蛾等，已有十几家产品获得登记，有代表性的开发单位是中科院武汉病毒所、武大绿洲生物技术公司，产量超过千吨。（1）作用机制鳞翅目和膜翅目幼虫取食叶片而吞人NPV和GV后，包涵体就溶解于昆虫的碱性（pH9.0～10.5）肠液中，释放出病毒颗粒。病毒颗粒侵染敏感昆虫的肠细胞，然后扩散到其他组织。受侵染幼虫死亡后，向环境释放出大量的包涵体，进而侵染更多的幼虫或进入土中累积起来。（2）病毒杀虫剂的特性（3）病毒杀虫剂的商品化生产方法A.活体生产法在活的寄主昆虫体内生产病毒是目前主要的生产方法取得染病寄主有两种方法：第一种方法是鉴定目标群体大量存在的地理环境，并在这一群体内引人特种病毒接种体，再收集侵染的个体。第二种活体生产方法是采用寄主昆虫的实验室群体和控制引进的病毒。B.离体生产法由于用活体寄主昆虫生产病毒杀虫剂存在许多不可捉摸的因素，因此，研究人员对在组织培养系统内产生病毒和病毒制品的可行性也进行了广泛的研究。在细胞培养基上病毒生长有许多优于活体培养的优点.B.离体生产法在细胞培养基上病毒生长有许多优于活体培养的优点：①可大量生产；②过程可实现自动化；③能采用细胞培养技术；④能够严格监测和控制营养及环境条件的变化。不过，尽管离体生产具有这些优点，但病毒的离休生产技术至今还未得到广泛使用，主要原因是在成本上尚无法与已经广泛使用的活性生产技术竞争。3、真菌杀虫剂真菌杀虫剂是产量仅次于细菌杀虫剂的另一类生物杀虫剂。目前已发现杀虫真菌约100多属800多种，其中以白僵菌、绿僵菌、拟青霉、虫霉等应用较多。球孢白僵菌具有很好开发前景，并在多个国家商品化。块状耳霉菌在我国已商品化。（1）特点与B.t.制剂和病毒相比，真菌杀虫剂有两个优点:（1)许多分离物有较宽的寄主范围，可以使多种昆虫染病；（2）真菌通过侵染角质层（表皮）来感染寄主，除了毛虫、甲虫和其他咀嚼口器昆虫以外，还能感染蚜虫和叶蝉。（2）培养大多数真菌可在人工培养基上生长，但其主要缺点是用量较大、生产成本较高。真菌在液体培养基中生长时，会产生芽生孢子，但由于其壁较薄，比分生孢子存活率低。此外，分生孢子贮存期比B.t.和病毒制剂短，芽生孢子就更差。最近，开发了菌丝断片作杀虫制剂，但这一制剂能否进人商业性开发还有疑问。4、放线菌杀虫剂是防治螨类的重要生物杀虫剂5、线虫杀虫剂6、拮抗微生物是指在土壤中同时存在两种以上生物种群时，利用其相互作用（协调、敌对、拮抗）以达到生物防治的目的。三、农用抗生素抗生素是由微生物产生的、对生命有拮抗作用的化学品，对微生物病原体十分有效。它在植物病理学方面、尤其在防治植物病害方面的应用是人们兴趣日增的议题。以往一直认为由微生物产生的抗生素具有高效、低毒、安全、易分解和环境污染小等特点，是一种理想农药，故对生物源农药的安全性要求并不高。然而，随着生活水平的提高，人们发现，抗生素虽然不会损害作物，但却有可能产生残留，并且存在潜在的毒性，这是和微生物农药所不同的地方。用于植物保护的抗生素1.杀真菌剂，如金色制霉素、杀稻瘟菌素、放线菌酮等2.杀细菌剂，例种子传播的烟草细菌性肿瘤可用氯霉素和四环素处理。3.杀病毒剂，最常用的抗生素为氯霉素、放线菌酮和放线菌素D.其机理是利用抗生素来抑制寄主细胞中病毒核酸的复制或蛋白质的合成。4.杀虫剂，杀虫剂的作用机制主要有：抑制乙酰胆碱酯酶；抑制γ一氨基丁酸的神经传递系统；作为离子载体，干扰细胞膜内外的离子平衡，以阻止几了质的合成等。第三节食用菌食用菌资源十分丰富，全世界可供食用的真菌有2000多种。常见栽培品种有双孢蘑菇、草菇、金针菇、平菇、香菇、猴头菌、木耳、银耳、灵芝、和茯苓等。

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525×106t

工业下脚料50×106t

畜、禽粪便250×106t

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7500kg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

约是粮食的2倍人工栽培的金针菇菌类成本（元）产量(kg)纯效益（元）双孢菇800~100010003000~3200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

第四节微生物饲料（一）微生物饲料的概念及主要微生物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的饲料。大体上分为两大类：一类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；另一类，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，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。（二）饲料微生物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（三）单细胞蛋白（SCP）单细胞蛋白是通过培养单细胞生物作为动物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。目前，国内外用于SCP工业化生产的微生物主要有酵母、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SCP生产。其主要原料包括农副产品（如麦麸、米糠、饼粉等）、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）（三）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器里，隔绝空气，在厌氧条件下经乳酸菌的发酵制成的饲料。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。青贮饲料的优点（1）青贮饲料是养牛业最主要的饲料来源青贮饲料可以保持青绿多汁饲料原有的青绿多汁状态及其营养特性。可实现一年四季均衡地供给家畜青绿多汁饲料的目的，解决了饲料生产的季节性丰欠问题，是草食动物一年四季均衡生产，以及稳产、高产的关键性技术措施之一。优点（2）青贮饲料能较完好的保存青绿多汁饲料的营养成分，在加工过程中机械损失小；在贮藏过程中，氧化分解作用弱，养分损失小，一般不超过10%。与加工调制干草相比，最优质的干草保存75%的营养价值，而青贮能保存83%的营养。特别是维生素营养，研究表明，如红薯蔓每千克干物质中含158.2毫克胡萝卜素，晒干后只剩下2.5毫克，损失达98%以上，而青贮后，经过八个月的贮存后，仍能保存90毫克，损失率为43%。优点（3）青贮饲料经过微生物发酵，芳香可口，适口性强。青绿多汁饲料在发酵过程中，产生大量芳香族化合物，具有酸甜芳香味，柔软多汁，家畜喜食。特别是秸秆类粗饲料，质地粗硬，家畜一般不愿意采食，但经过青贮发酵后，质地变软，可以成为家畜喜食的粗饲料。优点（4）青贮饲料通过微生物的发酵作用，可提高青贮原料物质的消化率及营养价值。粗硬的农作物秸秆在青贮发酵过程中，变得柔软可口，而且消化利用率大大提高，与干草相比，各项营养物质的消化率如干物质、粗蛋白、脂肪、无氮浸出物、粗纤维等分别提高6.2%、1.6%、28.3%、5.63%、10.7%。同时在青贮发酵过程中，可降解部分微生物，粗蛋白质含量也略有提高优点（5）制作青贮饲料，可扩大奶牛的粗饲料来源、提高粗饲料品质，充分利用当地的饲草资源。青贮过程中产生的乳酸、醋酸、琥珀酸及醇类具有清香味，使一些动物不喜欢吃的干草秸：如豆秸、向日葵盘、蒿草、苔草等在青贮后都成为牛喜食的草料。优点（6）制作青贮饲料，能消灭部分农田杂草和害虫。许多农作物的害虫可以在植物的茎内越冬，如玉米钻心虫等，经青贮发酵后虫卵在酸和缺氧的条件下丧失生活能力。所以青贮也是防治农作物病虫害的有效措施。另外，杂草种子经青贮后，种皮失去坚韧性，质地变软易于被牲畜消化利用，不但使其失去生活力，而且提高了饲用价值。优点（7）制作青贮，设备简单、安全可靠、占地面积小。青贮窖建设一般投资不大，可因陋就简，因地制宜。可建成砖、石、水泥等结构的青贮窖，经久耐用。就地挖土坑也能达到青贮的目的。青贮饲料在保存过程中，不怕风吹、日晒和雨淋等恶劣气候的影响。更不必担心失火、霉烂、安全可靠，行之有效。据测定，贮备一立方米普通干草重70千克左右，约含干物质60千克；而一立方米青贮料约重450——700千克，其中含干物质150千克。占地面积可节省一半以上。优点（8）制作青贮饲料受自然气候条件影响较小。在阴雨季节或天气不好时，晒制干草困难，而对青贮的制作则影响较小。只要按青贮条件要求严格掌握，仍可制成优良的青贮饲料优点（9）制作青贮饲料，可提高单位面积产草量制作青贮可在作物品质最好，产量最高时一次收贮，如玉米最高干物质产量是在腊熟期，以这时的产量为100计，那么在乳熟期收割青喂的则要减少48%的产量。据日报道：在10亩面积上种植牧草，青贮利用能收获250千克干物质产量，而青刈利用，只能收到167千克干物质产量，仅为青贮利用产量的60%——70%。优点（10）青贮饲料可以长期保存。制作良好的青贮料，只要管理得当，可贮藏多年。最久者可达20——30年。可以保证家畜一年四季能吃到优良的多汁饲料。尤其是北方地区冬舂季节长，气候寒冷，生长期短，青绿饲料受到限制，青贮料可作为青绿多汁饲料常年饲喂，可提高家畜的繁殖率、产奶量，以及促进幼畜的生长发育。1.青贮的原理青贮发酵是一个复杂的微生物活动和生物化学变化过程。青贮过程是为青贮原料上的乳酸菌生产繁殖创造有利条件，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（pH值降到4.0～4.2以下），抑制了有害微生物的生长，pH达到3.8以下，乳酸菌本身活动也被抑制，从而达到保存饲料的目的。2.青贮的原料1).玉米秸杆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。青贮时可铡碎，也可全株青贮。2).豆科作物秸杆如青绿的大豆、蚕豆、豌豆及杂豆的茎叶，以及花生秧，它们与豆科牧草一样，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混合青贮，或外加淀粉、糖浆等，也可生产出很好的青贮产品。3).树叶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。如杨、柳、榆、桑、葡萄、苹果、桃、杏、枣等树木的叶子和嫩枝。4).栽培牧草5).其它

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，都可单独或与其它原料混合制成青贮饲料3.青贮过程中的主要微生物有益微生物－乳酸菌、酵母菌有害微生物－腐败菌、霉菌、丁酸菌等青贮－是有益菌（乳酸菌)与有害菌相互竞争的结果乳酸菌发酵－成功；丁酸菌发酵－失败青贮开始时－原料中乳酸菌含量很少制作条件－乳酸菌生长的最佳条件厌氧条件——压紧、压实、快速装填、封口适宜的糖分含量

1-1.5％，2％以上最好

；富含淀粉与糖分，如全株玉米保持最适宜的青贮温度(26.7-37.8℃)原料中适宜的水分65%-75%水分过高——养分流失，糖分浓度下降，不利发酵水分过低——不易压实压紧，不易形成厌氧条件

，乳酸菌发酵缓慢青贮的发酵过程（2～3周）（1）植物呼吸及好气性微生物活动阶段（1～3天）目的—消耗氧气，形成厌氧环境；释放热量

（2）乳酸发酵阶段（2～3周）目的—乳酸积累，pH下降，其他微生物活动抑制（3）完成保存期－pH继续下降，乳酸菌抑制，长期保存

玉米青贮的制作过程（1）适时收割原料：糖分，水分，产量（2）清理青贮窖（池、壕）（3）原料水分调节：原料水分含量较高——加入干草、秸秆等或

稍加晾晒原料水分含量较低——作物秸秆含水量低，可加水或与嫩绿新割的原料混合填装，以调节水分含量。原料水分估测方法：一般是以手抓法估测大致的含水量，将铡碎的不超过1厘米的原料在手里握成团，将草团慢慢散开，若有汁液明显渗出但无水滴出现，含水量即在70%左右。（4）切碎：长度为２～３厘米，易于压紧压实，确保厌氧环境的形成。（5）装填、压实：每装填15～30厘米，压实一次，减少残留空气。速度要快，最长不超过7天。2～3天最佳。（6）密封：高出窖（池）口５０－６０厘米、上铺一层塑料膜，土覆盖拍实，外观呈馒头状，封土厚４０－５０厘米。

（7）贮后管理：贮后1周左右，出现裂缝等应及时进行培补，以防漏水漏气。１０天后一般停止下沉，可培土使窖顶高于地面３０－４０cm，重做成馒头形，用灰泥抹好。此外要防牲畜践踏、防鼠、防水。保证青贮品质的方法不宜直接青贮的饲料原料含糖量低

水分过高

蛋白质含量过高

必须采用特殊的方法进行青贮才能成功保证青贮品质的方法（1）低水分青贮（半干青贮）40％～55％（2）凋萎青贮60％～70％（3）添加剂青贮青贮时添加其它物质

甲酸青贮－添加85%甲酸约3.2公斤/吨甲醛青贮－添加90%甲醛约3公斤/吨乳酸菌制剂（微贮）－接种乳酸菌

保证青贮品质的方法（3）添加剂青贮

青贮时添加其它物质非蛋白氮（尿素等）：青贮原料重量0.3%-0.5%

食盐：青贮原料重量的0.2%-0.5%。

淀粉与糖：糖蜜、玉米粉、大麦粉、小麦粉、莜面等，各种饲料副产品，如甜菜渣、柑橘渣等酶制剂：淀粉酶、糊精酶、纤维素酶和半纤维酶等。（4）混合青贮

两种以上的原料进行青贮豆科牧草与禾本科牧草：1：1.3秸秆与谷物饲料（玉米粉、小麦粉等）每100公斤青贮原料加5~10公斤糖蜜4％水分高的原料与秸秆等混合青贮青贮容器与容重

（1）容器：青贮窖、青贮豪、青贮塔、塑料袋（2）青贮窖、青贮豪（地下式与半地下式）

水泥池内壁衬一层塑料薄膜、砖砌窖底内壁要平直，壁的角要圆滑有一定深度，一般深2.5–3米，宽2～3米，长度根据青贮量定。

为防止壕壁倒塌应有1/10倾斜度，断面呈倒梯形（3）塑料袋：塑料袋选用聚乙烯薄膜，长：170––200cm（130－230cm）宽：80–100cm，厚：0.8–1mm或0.6–0