第12章 环保微生物制剂的开发应用.ppt

1、第4篇 微生物治理环境第12章 环保微生物制剂的开发应用,主要内容,1、环保微生物制剂及其品种 1.1微生物降解剂 1.2微生物农药 1.3微生物肥料 1.4生物表面活性剂 1.5生物塑料等 2、环保微生物制剂的生产与应用 3、环保微生物制剂展望,1.1微生物降解剂,微生物降解剂：具有化学污染物的降解和转化作用的微生物扩大生产，应用于环境污染物无害化处理的菌剂。 应用：氰化物、苯、酚、硝基化合物、石油烃类、氯苯、农药、洗涤剂等有机物降解；染料脱色、重金属吸附等。 问题：我国大规模生产商品化应用尚少。,1.2微生物农药1.2.1化学农药,飞机喷洒农药,1.2.2 化学农药带来的问题,农药的“三R

2、”问题： 农药的残留毒性（Residue）； 病虫产生的抗药性（Resistance ）； 次要害虫的大发生（Resurgence）。 环境污染； 生态平衡破坏等。,1.2.3微生物农药概念和种类,微生物农药：利用微生物及其基因产生或表达的各种生物活性成分，制备出防治植物病虫害以及调节植物生长的制剂的总称。 按用途或防治对象划分：杀虫剂、杀菌剂、除草剂、植物生长调节剂、杀鼠剂等。,杀虫剂,细菌：苏云金芽孢杆菌、日本甲虫芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、粘质沙雷氏菌、铜绿假单胞菌、发光杆菌； 真菌：白僵菌、绿僵菌、轮枝孢菌、座壳孢菌、虫霉菌、拟青霉、雕蚀菌等； 病毒： NPV、颗粒体病毒、非包含体病毒、质

3、型多角体病毒、昆虫痘病毒、浓核病毒等； 原生动物：微孢子虫、鞭毛虫、变形虫、簇虫、球虫等； 线虫 ：斯氏线虫、异小线虫等； 杀虫抗生素：除虫菌素(阿维菌素),苏云金芽孢杆菌(Bacilllus thuringiensis, Bt),简介： G+，短杆菌，形成芽孢，周身鞭毛或无鞭毛；有伴孢晶体；1902年发现，1951年发现商业价值；产量占微生物杀虫剂总量的95%以上。 作用对象：寄生130多种鳞翅目幼虫中、膜翅目、双翅目、直翅目和鞘翅目体内；控制毛虫、毒蛾、白菜金翅夜蛾、烟草天蛾等。,苏云金芽孢杆菌杀虫机理,伴孢晶体(Bt毒蛋白， 毒素)导致肠道细胞瓦解，芽孢借此穿透肠壁进入血液，引起昆虫败血

4、症。,杀菌剂,真菌：木霉、青霉、曲霉、头孢霉、链格孢、毛壳霉等； 细菌：芽孢杆菌、荧光假单胞菌、土壤杆菌等; 放线菌：链霉菌、诺卡氏菌、游动放线菌、小单孢菌等; 病毒：弱病毒; 农用杀菌抗生素：井岗霉素、农抗120、多氧霉素等。,除草剂,杀草抗生素： 茴香霉素、双丙氨磷等； 活体微生物生物除草剂： 炭疽病菌孢子制剂鲁保一号 棕榈疫霉 细菌假单胞菌 黄杆菌等,1.2.4 微生物农药的优点,对人畜安全无毒，不污染环境，无残留； 对病虫的杀伤特异性强，不伤害天敌和有益生物能保持生态自然平衡； 生产原料和有效成分属天然产物，它可回归自然，保证可持续发展； 可用生物技术和基因工程的方法对微生物进行改造，

5、不断提高其性能和质量， 多种因素和成分发挥作用害虫和病原菌难以产生抗药性。,1.2.5微生物农药应用中存在的问题,田间效果不稳定； 长期储藏会降低产品的性质、效价与稳定性； 应用技术比化学药剂的要求复杂，不易掌握恰当的时机和所要求的施用条件。 大部分作为作物叶面应用的微生物杀虫剂在田间存活期短，主要是由于紫外线辐射使其活性降低。 微生物制剂也将面临与化学农药类似的命运被替代(主要是抗性问题和对环境、生态、人畜的健康风险)。,1.3微生物肥料1.3.1微生物肥料定义,微生物肥料(microbial fertilizers)，又称菌剂、菌肥、生物肥料等，是指以微生物的生命活动为核心，导致农作物获得

6、特定的肥料效应的一类肥料制品。,两种偏差观点,微生物肥料的肥效很高，完全可以取代有机肥和化肥； 不能做为肥料。 微生物菌剂可视为一种特殊的肥料，在一定条件下，可以培肥土壤，改善植物营养条件，促进生长，提高产量品质。,特殊的肥料,微生物肥料的性质和作用机理不同于化肥和有机肥，除固氮菌之外，微生物肥料一般不直接提供营养元素， 主要通过它们的生命活动来刺激植物生长或改善营养条件。 因此，微生物肥料必须含有大量的有益于农作物生长的活性微生物，对环境友好、无公害。,1.3.2微生物肥料的作用,改良土壤结构； 提供土壤养分和提高土壤养分的有效性； 刺激作物生长； 抑制病原微生物的生长繁殖 ； 增强植物对逆

7、境的抵抗能力； 改善作物品质 ； 提高肥料利用率； 其它作用,1.3.3微生物肥料的种类,按照微生物的种类分： 细菌类肥料(包括根瘤菌肥、固氮菌肥、解磷菌肥、解钾菌肥等) 放线菌类肥料(如抗生菌肥等) 真菌类肥料(如菌根真菌肥等)。 按作用机理划分： 根瘤菌接种剂、固氮菌接种剂、解磷菌类接种剂、硅酸盐类接种剂等。,1.3.4微生物肥料的质量标准,我国于1959年就提出了微生物肥料的质量标准。 微生物肥料的质量标准主要包括以下内容：活菌数 、水分含量 、颗粒直径 、pH 值 、杂菌数 、有效期 。 微生物肥料的产品还应有产品标签、使用说明书、包装等规定。 核心内容是遵循无害和有效的原则。,一些国

8、家使用的根瘤菌菌剂的标准,无害和有效的原则,无害原则： 一是微生物肥料中的微生物不是人或动植物的病原菌； 二是吸附剂中的寄生虫卵、大肠杆菌以及重金属等有毒物质的含量低于国家规定标准。 有效原则： 微生物肥料中的特定微生物对作物产生有益作用，与不接种的对照处理相比，微生物肥料有明显的肥效。,1.3.5微生物肥料的有效使用条件,与所使用的对象相符合； 贮存条件适宜，在有效期内使用； 在贮存微生物肥料时，温度不应超过20，避免阳光直射，防止水分损失； 禁忌与化肥、农药、杀虫剂等的合用、混用； 与所使用地区地理条件相适宜。,1.4生物表面活性剂biosurfactants 1.4.1生物表面活性剂种类

9、,生物形成的具有表面活性的大分子物质。 主要有5类： 以糖为亲水基的糖脂类； 以低缩氨酸为亲水基的酰基缩氨酸类； 以磷酸基为亲水基的磷脂类； 以羧酸基为亲水基的脂肪酸类； 结合多糖、蛋白质及脂的高分子生物表面活性剂，即生物聚合物。,常用表面活性剂种类,1.4.2生物表面活性剂的应用,化妆品工业：保湿剂、乳化剂、分散剂、抗氧化剂、脂质的包裹剂、营养滋补剂等； 石油开采：微生物采油技术； 食品工业：乳化剂； 医疗领域：医药乳化剂； 环境修复等。,1.4.3生物表面活性剂优缺点,优点： 结构的多样、临界胶束浓度低、用量少； 选择性好、无毒、能够被生物完全降解，不污染环境。 缺点： 商品化少； 生产成

10、本过高。,1.5生物塑料1.5.1可降解塑料,以石油为原料的塑料：化学性能十分稳定，耐酸碱、抗氧化、耐腐蚀，难被生物降解，燃烧产生大量SO2和CO等有害气体。 可降解塑料：包括光降解塑料、淀粉基生物可降解塑料、微生物发酵合成生物降解塑料、天然高分子合成生物降解塑料等。 生物塑料： 是指在有氧或缺氧条件下，能被微生物分解为二氧化碳或甲烷、水、所含元素的矿化无机盐以及新的生物质的一类塑料。,1.5.2聚羟基烷酸(PHAs),以微生物合成的聚羟基烷酸(poly-hydroxyalkanoate， PHAs) 为原料制造的新型塑料，可被微生物完全分解。 研究和应用最广泛的2种多聚体是： 聚-羟基丁酸（

11、PHB）； 3-羟基丁酸与3-羟基戊酸的共聚体（PHBV ）。,1.5.3合成PHAs的微生物,涉及65个属的近300种微生物。 研究较多的是：产碱杠菌属、假单胞菌属、甲基营养菌属、固氮菌属、红螺菌属等。 生产菌株要求： 利用廉价碳源的能力强； 生长繁殖的速率高； 合成多聚物的速率快； 细胞内积累多聚物的浓度高。,1.5.4 PHAs的应用前景,要应用范围是与塑料有关的领域，即可抛弃的塑料用具，如包装膜、手袋、容器等； 合成一些无法用人工方法合成的具有生物活性的高分子材料，预计可在非线性光学材料领域得以应用； PHB具有压电性，说明PHA 也有可能在电子领域能够得以应用。,2 环保微生物制剂的生产与应用2.1 环保微生物制剂菌种要求,培养基原料易得且价格低廉，培养条件要求不高且易调控； 生长速度和反应速度快，较短培养周期内达到微生物数量、酶活性及目标代谢物量均高； 抗噬菌体能力强； 菌种纯粹，不易变异退化； 不是病原菌，不产生任何污染环境、危害人体的活性物质。,2.2 环保微生物制剂菌种选育方法,自然筛选高效菌株； 人工构建新菌株： 诱变育种； 原生质体融合； 基因工程育种。,2.3 环保微生物制剂的生产与应用,生产：包括菌种制备、种子培养、发酵、产物提取、精制等