應用微生物學綜述

1、微生物肥料在農業(yè)中的應用摘要：無公害綠色食品對當代的農業(yè)提出了更高的要求。在生產綠色食品的過程中，則要求不用或盡量少用化學肥料、化學農藥和其它化學物資。這就要求肥料首先能促進作物生長和提高產品質量，其次不造成有害物質的產生和積累，再次是不污染環(huán)境和土壤。這就為微生物肥料的應用提供了一個極好的發(fā)展機遇。關鍵詞：微生物肥料，應用，發(fā)展;The application of microbial fertilizer in agricultureAbstract: The pollution-free green food has a higher demand for contemporary ag

2、riculture. In the process of production of green food, requires no or minimize the use of chemical fertilizers, chemical pesticides and other chemical materials. This requires the fertilizer first to promote crop growth and improve product quality, followed by not cause the generation and accumulati

3、on of harmful substances, again, do not pollute the environment and soil. This provides an excellent opportunity for the application of microbial fertilizers.Key words：microbial fertilizer, application, development;前言：微生物肥料是指一類含有活性微生物的特定制品劑，應用于農業(yè)生產中能獲得特定的肥料效應。在這種效應的產生過程中，制劑中的活微生物發(fā)揮著關鍵作用。微生物肥料施入土壤后，利

4、用微生物的生命活動將空氣中的惰性氮素轉化為作物可直接吸收的離子態(tài)氮素，將土壤中難溶的無機物變成可溶性的無機物增加土壤中的有效氮、磷、鉀含量；將作物不能從土壤中直接利用的物質轉化成可被吸收利用的物質，制造和協助農作物吸收營養(yǎng)，改善作物營養(yǎng)條件，抑制病原菌的活動，增強作物抗病和抗旱能力；土壤中大量微生物的活動使土壤有機質轉化形成腐殖質，促進土壤團粒結構的形成，提高土壤肥力，改善土壤理化性狀，產中發(fā)揮著重要作用。在與化肥結合施用條件下, 微生物肥料比增強土壤保肥、保水能力，從而提高作物的產量和品質1-2。微生物肥料在我國農業(yè)生傳統化肥增產5% 10%3-6和 10%15%7-9的分別占總增產報道總數

5、的30.8%和22.0%,增產15% 20%的試驗占13.8%10-12, 報道增產20%以上的占20.8%13。1.微生物肥料概念及作用1.1概念我國稱微生物肥料為菌肥（bacterial fertilizers）或生物肥(biofertilizers)。有些國家將其叫做接種劑(inoculant)。關于微生物肥料的定義一直是一個有爭議的問題，其焦點主要是微生物肥料的作用問題，一種觀點認為：微生物肥料應該向植物提供元素營養(yǎng)；而另一種觀點認為：微生物肥料不僅能向植物提供元素營養(yǎng)，有的還通過其代謝產生的代謝產物刺激或調控植物生長，甚至有減輕植物病蟲害的作用。不論哪一種觀點，總的來講，微生物肥料是

6、根據微生物在自然界物質循環(huán)中分解和合成作用，所產生的促進植物生長和減少植物危害的作用，精心選育菌種，通過一定工藝過程生產而成的生物肥料。中國科學院院士、我國土壤微生物學的奠基人、華中農業(yè)大學陳華癸教授就論述微生物肥料的含義問題時指出，所謂微生物肥料，“是指一類含有活微生物的特定制品，應用于農業(yè)生產中，能夠獲得特定的肥料效應，在這種效應的產生中，制品中活微生物起關鍵作用，符合上述定義的制品均應歸入微生物肥料”。1.2微生物肥料標準關于微生物肥料的質量問題，國家已頒布了中華人民共和國農業(yè)行業(yè)標準：（1）、無致病性，對復合微生物肥料、固氮菌肥料、磷細菌肥料和硅酸鹽細菌肥料做出了技術要求。作為商品的微

7、生物肥料，要經過一系列的嚴格檢驗，證明對植物有益而無害，更不能是人畜的條件致病菌；（2）、微生物肥料的應用效果要有田間試驗報告。（3）、我國農業(yè)部設立了微生物肥料質量檢驗的專門機構微生物肥料質量監(jiān)督檢驗測試中心對有效菌數等重要指標要經過檢測，符合質量標準的產品才可出售，包裝袋上要標明適用作物、土壤情況和使用方法等。1.3微生物肥料形態(tài)微生物肥料分固體肥和液體肥，都可以直接施用。一般是將培養(yǎng)的菌體放人吸附劑中保存，使用方便。吸附劑是影響微生物肥料質量的重要因素之一。已試驗和應用的吸附劑有下列幾類物質：草炭；植物材料，如谷殼粉、蔗渣、玉米芯粉、腐熟堆肥等；惰性無機和有機材料，如蛭石、珍珠巖、粉末磷

8、灰石、聚丙酰胺膠粒等。目前，使用最廣泛的吸附劑是草炭。草炭含有豐富的有機質和一定量的腐植酸，要經過測定性狀后選用優(yōu)質材料，并且要經過處理達到一定細度，滅菌后才可應用。微生物肥料的使用方法有拌種法、蘸根法、土壤混菌法、噴施法等。要根據微生物肥料的種類和特性選用具體方法。1.4.微生物肥料的作用 微生物肥料的功效主要是與營養(yǎng)元素的來源和有效性有關，或與作物吸收營養(yǎng)、水分和抗病(蟲)有關，有的還不十分清楚，需要進一步研究。概括起來有以下幾方面；增進土壤肥力這是微生物肥料的主要功效之一。增加土壤中的氮素來源，提高磷、鉀的有效性，增加土壤中的有機質，提高土壤的肥力。2微生物肥料的種類2.1促生細菌劑近2

9、0年來，在微生物資源的研究工作中，有一個新的熱點，這就是植物根圈促生細菌(Plant growth-promoting rhizobacteria,簡稱PGPR)的研究。但目前正處于研究和探索中。這一類微生物制品的種類較多 ,市場混亂 ,目前爭議較多14。植物根圈促生細菌是存在于植物根圈范圍內，在它們的生長代謝過程中能產生促進植物生長物資的一類細菌。目前已報到的種類有：醋桿菌、巴西固氮螺菌、枯草桿菌、氣單胞菌、檸檬節(jié)桿菌、臣大芽孢桿菌、自生固氮菌、熒光假單胞菌、多粘芽孢桿菌、陰溝腸桿菌 、惡臭假單胞菌、沙雷氏菌、根癌土壤桿菌、碗豆根瘤菌、三葉草根瘤菌、苜蓿根瘤菌等，隨著工作的深入和發(fā)展，PGP

10、R的種類還會不斷增加。PGPR的作用有：分泌植物促生物質；有些菌株產生植物生長激素，有的菌株產生赤霉素，還有的產生激動素類物質。如熒光假單胞菌能產生赤霉酸和類赤霉素物質，也有的菌株產生吲哚乙酸，或生命素和泛酸；惡臭假單胞菌可產生吲哚-3-乙酸和吲哚-3-乳酸赤霉素。在PGPR中還可分泌多種維生素，如維生素B1，B6，B12等。對豆科植物結瘤的促生作用；用惡臭假單胞菌M17菌株接種菜豆、在溫室和田間的試驗中都明顯地促進了共生體的結瘤作用促進植物出芽；用一些PGPR菌株接種于種子上有促進植物出芽的作用，在馬鈴薯、小麥、苜蓿、胡蘿卜、玉米、大豆等作物上都得到這樣的結果。對土傳病害的生物調控作用；研究

11、證明PGPR對于許多土傳病害有減輕發(fā)生和降低危害的作用。如用熒光假單胞菌PF-5處理棉花種子，可減輕猝倒病的發(fā)生，使幼苗的存活率從30提高到79。亞麻種子用PGPR B10菌株處理，使亞麻苗在含有枯萎病菌土壤里的存活率由48提高到87。調控土傳病害原因有以下幾點：產生鐵載體，鐵載體是微生物在缺鐵性脅迫條件下，產生的一種特殊的、對微量3價鐵離子具有超強絡合力的有機化合物，PGPR因其產生鐵載體的速度快且數量大，在與不能產生鐵載體或產生較少的有害微生物競爭鐵素時占有優(yōu)勢，從而抑制了有害微生物的生長繁殖，保護植物免受病原菌的侵害有些PGPR能產生抗生素，能抑制多種病菌如鐮刀菌、腐霉菌、立枯絲核菌等的

12、生長，從而減輕病害的發(fā)生。還有研究報道，PGPR產生胞外溶解酶，產生氫化氰，或是促進植物根部木質素增加，而減輕病害。3、PGPR的宿主目前研究的PGPR的宿主植物主要是一些農作物和樹木。農作物中有糧食作物、豆科作物和一些經濟作物，如小麥、大麥、棉花、水稻、玉米、花生、菜豆、番茄、黃瓜、胡蘿卜、芹菜、亞麻、油菜等。4、因地制宜地使用PGPR，PGPR的研究和應用是當前一個較為活躍的領域。但在生產中應用必須考慮PGPR的作用與寄主植物的關系，有的PGPR甚至存在品種專一性。尤其在我國這樣一個土壤類型、氣候條件、作物品種、施肥水平差異很大的條件下，因地制宜更為重要。PGPR可以單獨使用，也可以與其他

13、微生物肥料復合使用，使促生、肥效作用更好地結合起來，以提高和加強應用效果。但在復合時，要考慮PGPR與其他微生物之間是否有拮抗作用。2.2菌根菌劑菌根是一些真菌與植物的根形成具有特定形態(tài)結構和功能的共生體。植物形成菌根是普遍現象，自然界大部分植物都具有菌根，根據菌根的形態(tài)結構和菌根真菌共生時的其他性狀，菌根可劃分為下面幾種類型：外生菌根、內生菌根（內外生菌根、水晶蘭菌根、杜鵑菌根、蘭科菌根、叢枝菌根等）。研究最多的是外生菌根和叢枝菌根。2.2.1外生菌根外生菌根存在于30多科植物的許多屬種中，主要為喬木和灌木樹種。其中松科植物如果不形成菌根就不能生長或生長不好。形成外生菌根的真菌主要是擔子菌，

14、其次是子囊菌，個別為接合菌和半知菌。大多數為廣譜性寄生菌，少數為專性寄生菌；外生菌根的主要特征是在根外形成菌套，在根的皮層細胞間形成哈蒂氏網，菌根真菌的菌絲在植物營養(yǎng)根的表面生長繁殖，并交織成套狀結構包在根外，使營養(yǎng)根變得粗壯，前端膨大，代替了根毛的地位和作用。外生菌根的形成從幼苗階段就開始了。對樹木的幼苗進行人工接種試驗表明，一般接種兩周后就可形成菌根。土壤條件對菌根的形成有明顯的影響。通常情況下，有機質含量豐富的土壤、通氣狀況良好的沙壤土及有效養(yǎng)分中等偏下的土壤，均有利于菌根的形成；相反則不利于菌根形成。外生菌根對植物具有促進生長和預防病害的作用。其功能主要表現在：擴大寄主植物根的吸收面，

15、能將更多的水分和養(yǎng)分吸收進來供寄主植物利用；菌根真菌產生植物生長刺激素如吲哚乙酸等，促進植物生長；外生菌根根圈的微生物群落起著防御病菌侵襲的作用；外生菌根形成的菌套和哈蒂氏網起到機械屏障作用，病原菌不能通過這兩道屏陳去侵染寄主植物；寄主細胞產生抑制病菌的物質：外生菌根真菌進入植物根部時，根部細胞會產生一些抑菌物質，如牛肝菌科的一些真菌形成的外生菌根中含有萜烯類這種抑制霉菌的物質，從而抑制了病原菌；外生菌根真菌產生抗生素，表現抗菌活性，控制病害的發(fā)生。 外生菌根目前在育苗造林、引種等方面進行了大量的應用研究。例如，彩色豆馬勃在林木育苗中已顯示了很好的作用。這種菌的寄生范圍廣，抗逆性強，易分離和培

16、養(yǎng)，在美國已作為商品制劑廣泛地用于林業(yè)生產。中國林業(yè)科學院在這方面也做了大量工作，進行了小規(guī)模的應用。2.2.2叢枝菌根叢枝菌根(arbuscular mycorrhtza，簡稱AM)也稱泡囊叢枝菌根(即VA菌根)。它是內囊霉科的部分真菌與植物根形成的共生體系，這種菌根在自然界普遍存在，已經肯定了至少200個科20萬種以上的植物都有叢枝菌根。農作物中如小麥、玉米、棉花、煙草、大豆、菜豆、馬鈴薯、番茄、蘋果、葡萄、草莓、柑橘等都能形成叢枝菌根，最普遍的是豆科和禾本科植物；不能形成或很少形成叢枝菌根的有十字花科、藜科、石竹科、莎草科、燈心草科、蕁麻科等十多個科的植物。叢枝菌根的主要特征是在植物根的

17、皮層內有從枝和無隔菌絲，有的還能產生泡囊，這些結構通過根段染色后鏡檢可以觀察到，除形成上述結構外，還可產生根外生菌絲，但比較松散，不像外生菌根那樣成菌套，外生菌絲的頂端常形成厚垣孢子。叢枝菌根是植物和真菌的共生體。植物為菌根真菌的生命活動提供碳源和能量，真菌的外生菌絲可以擴增根圈的范圍，增加了根系對水分的吸收，提高植物的抗旱能力。同時，提高了從土壤中吸收。通過研究認為：叢枝菌根與農業(yè)生產的關系非常密切。目前，對它的生理學、生物化學、分類學、生態(tài)學的研究已比較深入，但是人工純培養(yǎng)技術問題尚未突破。在人工純培養(yǎng)技術尚未突破的情況下，國內外的研究者利用接種寄主擴大培養(yǎng)等方法，人為大量培養(yǎng)接種叢枝菌根

18、菌的植物根，然后以這些侵染了叢枝菌根菌的植物根段和有大量孢子的根際土為接種劑去接種作物，可以獲得較好的增產效果。叢枝菌根接種劑的這種生產方式在生產中已得到初步應用，一方而是小規(guī)模的田間應用；另一方面應用于名貴花卉、苗木、藥材和經濟作物。2.3固氮菌接種劑固氮菌接種劑是特指用自生固氮菌或聯合固氮菌為菌種生產的固氮菌劑。經研究，目前已發(fā)現具有固氮活性的細菌至少有14個科200多種，但并不是具有固氮酶活性的細菌就可以作為菌種生產固氮菌菌劑。已用于生產或將來可能被用于生產的固氮菌菌種有：1、自生固氮屬，主要有：貝氏固氮菌、圓褐固氮菌、棕色固氮菌、雀稗固氮菌；2、氮單胞菌屬：標記氮單胞菌；3、貝氏固氮菌

19、屬：印度貝氏固氮菌、德氏拜葉林克氏菌；4、芽孢桿菌屬：多粘芽孢桿菌；5、克雷伯氏菌屬：肺炎克氏桿菌、產氣克氏桿菌、產酸克氏桿菌；6、腸桿菌屬：陰溝腸桿菌；7、歐文氏菌屬：草生歐文氏菌；8、固氮螺菌屬：生脂固氮螺菌、巴西固氮螺菌。固氮菌接種劑的作用主要是固氮，在多品種上測定的結果表明聯合固氮95 107d，每公頃固氮量為0.02 0.026kg。1985年報道，水稻根際固氮測量6672d，每公頃為0.0130.025kg。自生固氮和聯合固氮的固氮效率比較低，不如根瘤菌與豆科植物共生的固氮效率。雖然它們的固氮效率比較低，但這類微生物在生產中確實得到了應用和發(fā)展。其次，固氮接種劑能產生多種代謝產物，

20、它們生長繁殖過程中能夠產生多種代謝產物，促進植物的生長。這些代謝產物包括激素類物質(如：吲哚乙酸、赤霉素、激動素等)、維生素、氨基酸和多糖等物質。目前，國內生產的這類產品有瓶裝的液體劑型和用草炭等載體作為吸附劑吸附而成的固體劑型。瓶裝的液體菌劑多是從發(fā)酵罐發(fā)酵結束后分裝而成，由于發(fā)酵結束后培養(yǎng)液內的營養(yǎng)基本耗盡，同時分裝后條件改變，因此液體菌劑保存時間較短，在溫度較高的情況下菌數下降更快。但液體菌劑生產方便，使用方便，在距離工廠較近的地區(qū)可在播種前購買。固體劑型多用載體吸附。所用的載體大多是由有機質含量豐富、易透氣的物質組成，發(fā)酵結束時的液體菌吸附在載體上雖然死亡一部分，但在合適的條件下，細菌

21、還能再繁殖，其數量還能繼續(xù)增加。所以，固體劑型運輸方便，貯存方便，對于距離工廠遠的地方較液體劑型更為合適?，F在有的工廠還開發(fā)生產出了凍干制劑。凍干制劑就是將發(fā)酵好的菌液濃縮或者未濃縮的，加適量的保護劑，用低溫真空干燥技術冷凍而成，每小瓶含活菌200億1000億個。這種劑型體積小，易于運輸和保存，保質期較長，使用也方便，只要事先用適量水化開即可使用。但成本較高。2.4根瘤菌接種劑1896年歐洲就有了根瘤菌接種劑，后來它的應用一直在發(fā)展。初期是根據豆科植物與根瘤菌的互接種族的特點，選用相應的優(yōu)良根瘤菌菌株，并得到了不同程度的增產效果，特別是對于從未栽培過該種豆科植物的土壤，根瘤菌接種劑的增產效果尤

22、為明顯。大豆和花生根瘤菌劑是許多國家一直研究和應用的主要根瘤菌劑。隨著科學的發(fā)展，人們對根瘤菌的認識早已經打破了傳統的互接種族的概念，使根瘤菌菌株的篩選范圍更大，應用前景更廣闊。施用根瘤菌的田間應用傳統上有兩種基本方法：即種子拌菌和土壤混菌。種子拌菌，是最常用的方法，它簡單易行，用少量菌劑就能使每粒種子上都黏附一定數量的根瘤菌。土壤混菌法是將根瘤菌劑混合到植物根圈的主要部位。土壤混菌比種子拌菌更能提高接種菌的固氮效率，在土著根瘤菌多的情況下尤為明顯，但土壤混菌法的缺點是菌劑用量多，大面積混菌也不方便。土壤中的化合氮含量土壤中的化合氮含量多時妨礙根瘤菌進入根毛，影響根瘤增大、降低根瘤的固氮活性。

23、抑制作用的大小隨化合氮的種類、植物品種、菌株特性、植物的營養(yǎng)狀況等不同而異。在田間條件下，少量化合態(tài)氮對固氮有促進作用，只有達到一定濃度時才產生抑制作用。施用磷、鉀肥和微量元素肥料，能提高根瘤菌的共生固氯效率。施用磷肥能促進結瘤作用而且使土壤中根瘤菌的數量顯著增加。施磷后，根瘤菌從播種時每克土壤幾十個，一年后上升到幾十萬個至幾百萬個；而不施磷的土壤中菌數一直很低，一年后才達到每克土壤幾千個，相差近1000倍。提高和協助農作物對水分和養(yǎng)分的吸收能力。增強植物抗病(蟲) 害的能力，減少化肥的使用量和提高作物品質；對土壤環(huán)境的凈化作用、對城市垃圾和作物秸稈的腐熟、用于秸稈還田和培肥地力的作用。3.目

24、前我國利用為生物肥料的現狀國內外微生物的研究應用都是從在豆科植物上應用根瘤菌、接種劑開始的，起初只有大豆和花生根瘤菌劑。我國從國外引進自生固氮菌、磷細菌和硅酸鹽細菌制劑以來，先后推廣使用“5406”抗生菌肥料、固氮綠藻肥料、VA菌根以及作為拌種劑的聯合固氮菌和生物鉀肥。20世紀80年代以來推廣應用的有固氮菌、磷細菌、鉀細菌和有機物復合制成的生物肥料作基肥使用。目前我國微生物肥料的研究應用已躋身世界先進行業(yè)，所用菌種范圍不斷擴大，除了單一菌種肥料外，多菌種和多功能之間的復合以及菌劑與有機和無機物料混合的生物肥料應用越來越廣泛。施用微生物肥料作為一項新的農業(yè)措施用于拌種、作物沾根、葉面噴施、秸稈腐熟和堆肥發(fā)酵等方面，在改善作物品質、提供綠色食品、保護農業(yè)生態(tài)環(huán)境以及發(fā)展優(yōu)質高效農業(yè)中的作用已引起國內外學者的普遍重視15。在現代農業(yè)生產中，長期、大量、廣泛使用化肥，造成單位作物的產量和品質下降，同時消耗了大量能源，加劇了環(huán)境污染。我國每年使用化肥造成的浪費達100萬噸，約合5億多元。此外，化肥施用量大的地區(qū)，地下水污染嚴重，而使用微生物肥料可提高化肥利用率，減少化肥和農藥的使用量，降低環(huán)境污