微生物技术在农业生产领域中的应用前景

    

    微生物饲料,微生物肥料,微生物农药，微生物食品,微生物能源，微生物改良剂都在农业方面有广泛的应用前景。

    关键词：微生物技术,农业生产领域,应用前景,微生物生长条件论文
 

    1　微生物饲料

    能够用于微生物饲料的生产及调制的微生物,主要有细菌、酵母菌、担子菌及部分单细胞藻

    类微生物等。其主要产品是:单细胞蛋白(SCP),发酵饲料,微生物添加剂,酶制剂,赖氨酸等。乳酸菌广泛用作微生物饲料添加剂及饲料发酵剂,它是动物肠道内寄生的一类正常有益菌,在动物肠道内和饲料中,乳酸本身既是营养物质,又有抑制其他致病性微生物和腐败微生物的作用。SCP不但蛋白质含量丰富,而且还含有脂肪、糖、核酸、维生素和无机元素,因此是一种具有较高价值的多功能食品或饲料,在饲料生产中,主要由微型藻类及一些富含蛋白质的微生物产生。但是由于SCP核酸含量较高,核酸在畜体内消化后形成尿酸,而家畜无尿酸酶,尿酸分解,随血液循环在家畜的关节处沉淀或结晶,引起痛风症或风湿性关节炎。为此应发展脱核酸技术,生产脱核酸SCP,未脱核酸SCP在使用时应控制添加量。用于生产发酵饲料的菌种有纤维素分解菌、霉菌及酵母菌等。微生物饲料添加剂主要由芽孢杆菌属、乳酸菌属、链球菌属,另外还包括酵母、双歧杆菌属及部分霉菌等菌种产生,其在动物体内的作用主要有改善倡导微生态环境,提高饲料转化率,免疫刺激等。用细菌、霉菌发酵生产的淀粉酶、纤维素酶和蛋白酶等酶制剂参与生物体内各种反应,提高酶促反应的速度,有利于饲料养分的吸收。在饲料中由微生物产生的赖氨酸,可提高猪禽的增重,并改善胴体品质,提高瘦肉率。

    今后微生物饲料的研究方向有:

    (1)饲用微生物的生理功能的研究。饲用微生物具有庞大的生物酶系,参与各种代谢活动,对机体的营养状态、生理功能、免疫反应等都有作用。因此,饲用微生物应引起研究工作者的重视,通过对这类微生物的基础研究,开发出对宿主生长发育、消化吸收、免疫调节等作用更显著的新菌种。

    (2)优良菌种的筛选。运用现代生物技术手段不断发掘新的微生物饲料菌种和改良现有的菌种,使产品的质量、功能、效益等方面有更好的提高,如重组工程菌等。

    (3)加大对微生物饲料添加剂安全性的研究。由于其潜在致病性,携带和转移抗生素抗性基因的可能性等因素，微生物饲料添加剂在使用时,应充分考虑到受体动物安全、消费者安全、环境安全等几方面因素,在进行严格的科学实验证明无害后,才可推广使用。

    2　微生物肥料

    微生物肥料种类主要有:根瘤菌肥料、固氮菌肥料、硅酸盐细菌肥料、光合细菌肥料、微生物生长调节剂及其它一些种类。从成品性状看,微生物肥料的剂型主要分为液体和固体两种。液体是由发酵液直接装瓶,固体主要以草炭为载体,分粉剂、颗粒两种剂型。还有用发酵液浓缩后冷冻干燥的制品。从内含物看,有单菌株制剂、多菌株制剂,也有微生物加增效物(如化肥、微量元素和有机物等)根瘤菌肥料可以将空气中的氮元素固定成氨,没有环境污染,且吸收率相当高,使用过程无氮流失,而传统的施用化学氮肥流失率达50%以上,且长期施用会造成土壤酸化等问题。因此根瘤菌肥料在农业生产中所发挥的经济效益、生态效益等越来越受到重视。硅酸盐细菌肥料和磷解细菌肥料能分解土壤中难溶性的硅酸盐和磷等矿物,并把它们转化成易溶性的矿质化合物,帮助植物对这些矿质元素吸收。红螺菌、紫硫菌等被用于生产光合细菌肥料。微生物生长调节剂主要是一些微生物产生的激素类产品,如生长素、赤霉素等。这类微生物肥料在施用后,可刺激和调控植物的生长,起到了单施化肥所达不到的促进植物生

    长代谢的作用。此外,某些芽孢杆菌制剂和抗生菌肥料等对某些植物的病原菌具有拮抗作用,能防治植物病害,从而促进植物的生长发育。

    目前,我国微生物肥料产业发展十分迅速,其种类、数量和应用范围等方面均处于世界领先地位。微生物肥料对促进我国农业生产,发展绿色产业和生态农业以及实施农业的可持续发展起到了重要推动作用。但目前我国微生物肥料生产中存在着产品质量不稳定、品种少、抗逆性差、生产工艺较差、成本和价格较高等问题。因此在以后的研究和开发利用中,应加强基础理论研究,如菌株的筛选、多功能工程菌的构建等,不断开发新的微生物肥料品种,同时开发和研制微生物肥料专用机械设备,大力发展微生物肥料加工业,复合菌的生产使用上要注意菌与菌之间的拮抗问题。微生物肥料开发对我国农业可持续发展具有重要意义,随着科学技术的进步,研究和生产技术将进一步提高,微生物肥料产业一定能够健康有序地发展,为农业增产发挥其更大的作用。

    3　微生物农药

    微生物农药是指应用生物活体及其代谢产物制成的防治作物病害、虫害、杂草的制剂,也包括保护生物活体的助剂、保护剂和增效剂,以及模拟某些杀虫毒素和抗生素的人工合成制剂。目前主要品种有细菌杀虫剂、农用抗生素、病毒杀虫剂和真菌杀虫剂以及微生物除草剂。

    Bt(苏云金芽孢杆菌)杀虫剂是细菌杀虫剂中研究最深入,应用最广泛的微生物杀虫剂。

    由Berliner于1911年首先从德国的带苏云金杆病毒的地中海粉螟中分离得到该菌[7]。其作用机理是依靠其所含有的伴孢晶体、外毒素及卵磷脂等致病物质引起昆虫肠道等病症而使昆虫致死。目前,Bt杀虫剂被广泛用于防治农、林、贮藏害虫和医学昆虫。病毒杀虫剂的研究和开发利用起步较晚,其基本原理是由病毒感染种群并引发病毒流行病传播,使害虫持续感病死亡,达到调节害虫种群数量、减轻危害的目的[8]。农用抗生素是由细菌、真菌和放线菌等微生物在生长代谢过程中所产生的次级代谢产物,此类物质能够抑制某些农作物有害生物。白僵菌、黄僵菌、绿僵菌等虫生真菌被用作开发真菌杀虫剂,目前我国已进入大规模应用试验和工业化生产阶段。此外,微生物除草剂是利用杂草的病原微生物制剂大面积喷洒来防除杂草。现代生物技术的进步,使得以生防菌为基因供体,以农作物为受体的转基因技术得以实现。例如,人们利用遗传工程将Bt的杀虫基因移植到棉花、烟草的原生质体中,并获得了具有抗虫基因的新植株。由于化学农药的残留严重污染环境,影响人们的身体健康,在使用中也将大量的害虫天敌和有益生物杀死,严重破坏生态平衡。为了保护环境,维护生态平衡和人类健康安全,开发和使用微生物农药成了现代农业发展的一个方向。目前,我国微生物农药的研究还不够深入,主要表现为基础研究欠缺,研究开发时间长,剂型单一等。下一步需要加大对微生物农药的基础研究的投入,开发新型高水平剂型,如水分散性粒剂(WG),加强对具有抗病、虫、草害的基因的筛选和克隆,以及转基因抗性植株的获得等研究。

    4　微生物食品

    现代微生物技术使得人们可以不受土地、季节、气候限制,短期内在工厂里生产出“天然、营养、保健”的食品,即微生物食品。其不仅能为人们提供赖以生存的蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质等生理活性物质,而且具备生理保健功能,参与机体调节,改善体内微环境。

    微生物食品主要包括食用菌、微型藻食品、微生态食品、微生物食品添加剂等。食用菌是一种优质微生物食品,其含有丰富的蛋白质和多糖,具有较高的营养和食疗价值。食用菌蛋白质的氨基酸含量丰富,种类齐全,几乎所有菇类都含有人体所必需的氨基酸;多糖作为食用菌主要有效成分,具有的抗肿瘤、抗病毒、增强免疫、降低血糖、抗衰老、抗辐射等功效,越来越受到人们的关注。因此,食用菌已被国际食品界列为21世纪八大营养保健食品之一。螺旋藻是最具典型的微型藻食品,其蛋白质含量丰富,占干重的50%以上,甚至可达70%,同时含

    维生素和矿物质等多种营养成分,因此螺旋藻最有希望成为人们未来食品的主要来源。酸奶、干酪、红茶菌等食用活菌制品被称为微生态食品,目前,我国的微生态制品产业欣欣向荣,开发利用的菌类已从传统的乳酸菌、酵母菌发展到非病原菌的大肠杆菌、光合细菌等。随着生物技术的进步,微生物食品添加剂,包括发酵剂、保鲜剂、防腐剂等的开发研究也取得了新的进展,但其使用的安全问题也引起人们的重视,例如,食品中添加防腐剂虽然能够延长保质期,但对人们的健康不利。人口激增、耕地锐减、粮食匮乏等问题成为制约人类发展的严重问题,传统的农业生产模式最终不受土地的束缚,单纯动植物源食品不能满足人们的营养需求。因此,发展微生物食品势在必行。

    5　微生物能源

    农业微生物能源应用最多的是沼气,即由农用废弃物或家畜粪便经发酵而产生的可燃性气

    体,其主要成分是甲烷。沼气可用于照明、炊事、生产供能等,发展沼气在我国农村不仅是一项能源建设,而且是一项有效的环保和生态建设。此外,利用农作物秸秆经发酵制燃料酒精也是一项比较有前途的技术。农作物秸秆含有丰富的纤维素、半纤维素、木质素等,先对其进行预处理,以破环半纤维素、木质素的保护作用,然后再进行酸水解和纤维素酶水解产生葡萄糖,即而进行酒精发酵。酒精发酵通常采用酿酒酵母或卡尔酵母。燃料酒精是一种潜力巨大的生物能源,农作物秸秆具有来源广泛、成本低廉、可再生等优点,因此,用农作物秸秆制燃料酒精具有其他淀粉原料不可比拟的优势。但是,转化过程中纤维素酶的成本过高、发酵工艺的不完善等问题,值得我们进一步的研究解决。

    6.微生物土壤改良剂在农业中的应用

    微生物有机肥含有丰富的有机质，它的有机质含量达40%，采用国际先进的发酵工艺和原菌，保证了肥料发酵很高的成熟度和活性。微生物有机肥中氮、磷、钾含量合计大于8%，含有植物成长必需的镁、钙、锌等中量及微量营养成分。微生物有机肥无毒，无公害，使用方便，易保存，是一种安全可靠的绿色肥料，适宜于一切作物。

    微生物土壤改良剂的作用机理

    （1）改良土壤结构，提高土壤有机质含量，促进土壤生态平衡。本肥料不仅能够有效地改良土壤的团粒结构，疏松活化土壤，提高土壤的保水、保肥、透气能力，提高作物的抗病、抗逆和抗重茬能力。

    （2）减少化肥流失，提高化肥利用率。有益微生物菌群中多种高效菌株联合作用，具有固氮、解磷、解钾的作用，同时增加土壤孔隙度，提高常规肥料中氮、磷、钾的有效利用率。

    本肥料料微生物有益菌在土壤中大量繁殖，能够抑制有害病菌的生长传播，并能分解化肥、农药的残留物质，有效预防根腐病、枯萎病、黄萎病、小麦全蚀病，减少蔬菜、果树等根瘤线虫、腐霉菌与立枯丝核菌的发生，减少植物根部病害，本品提高土壤的免疫力，使土壤更健康，更具有活力。

    注意事项

    （1）施用微生物肥，就不能够再施用杀菌剂，以免将有益活菌杀死，此肥有药肥合一的作用，没有必要使用杀菌剂。

    （2）要适时浇水，保持一定湿度，以充分发挥微生物的功效。

    （3）不能与未经腐熟的有机肥同时使用，以免造成烧苗现象。

    （4）建议农户不要再用不腐熟的鸡粪，以免造成土壤的污染。

    7.展望

    农业微生物资源的开发利用对促进农业生产的变革具有明显的现实意义和深远的历史意义,

    其必将成为世界各国政府和科技部门研究的重点。在以后的研究中,我们应充分重视基础理论研究,同时利用先进的生物技术手段,开发出优质的菌株与产品,为人类生活水平的提高,为人类的可持续发展提供保证。