微生物肥料醫(yī)學(xué)

微生物肥料醫(yī)學(xué)第一節(jié)概述微生物肥料的概念：是一類含有活的微生物的特定制品，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，能夠獲得特定的肥料效應(yīng)。在這種效應(yīng)的生產(chǎn)中，制品中的活的微生物起關(guān)鍵作用，符合上述定義的制品均應(yīng)歸入微生物肥料。——陳華癸教授，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)或者：微生物肥料是指一類含有活的微生物并在使用后能獲得特定肥料效應(yīng)，能增加植物產(chǎn)量或提高產(chǎn)品質(zhì)量的微生物制劑。2021/3/102微生物肥料又稱細菌肥料、生物肥料，有些國家稱為接種劑或拌種劑。在我國，有些人將特殊效能的微生物（如根瘤菌、解鉀細菌、解磷菌）經(jīng)發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)擴大培養(yǎng)后與草炭等載體混合，且使用量很少的成為接種劑、拌種劑。而將微生物和有機物（畜禽糞便、草炭等）或微生物與無機肥料混合，經(jīng)過加工制成的用于底肥、追肥，且使用量較大的稱為微生物肥料。2021/3/103發(fā)展微生物肥料的必要性首先，化肥使用量逐年增加，化肥利用率和增產(chǎn)效益下降；我國單位面積施用化肥量是日本的2倍，美國的2.4倍，加拿大的4.4被，澳大利亞的8.2倍，俄羅斯的9.0倍！化肥利用率僅為30%！應(yīng)用化肥引起水質(zhì)和環(huán)境污染。第二，土壤肥力下降，土壤退化荒漠化逐漸加??；第三，土壤生態(tài)環(huán)境惡化，土壤生態(tài)功能下降；第四，中國化學(xué)肥料資源嚴重不足，這對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴重的挑戰(zhàn)。2021/3/104開發(fā)和應(yīng)用微生物肥料的意義土壤肥力的改良；節(jié)約能源，保護環(huán)境：1、提高化肥的利用率，即提高了能源利用率；2、本身無毒害作用，不污染環(huán)境；3、減少土壤營養(yǎng)流失和富營養(yǎng)化的產(chǎn)生。4、可以此實現(xiàn)固體廢棄物資源化_堆肥?？沙掷m(xù)發(fā)展的要求。2021/3/105實踐證明，微生物肥料在綠色有機食品生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護以及高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。目前，微生物肥料逐步成為中國國家生態(tài)示范區(qū)、綠色和有機農(nóng)產(chǎn)品基地等肥料的主力軍，正在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越明顯的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益。2021/3/106我國微生物肥料的研發(fā)歷程我國自50年代從國外引進自生固氮菌、磷細菌和硅酸鹽細菌制劑。從豆科植物上應(yīng)用根瘤菌接種劑開始的，起初只有大豆和花生根瘤菌劑。60年代推廣使用放線菌制成的“5406”抗生菌肥料和固氮藍綠藻肥。70—80年代中期，開始研究VA菌根，以改善植物磷素營養(yǎng)條件和提高水分利用率。80年代中期—90年代，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中又相繼應(yīng)用聯(lián)合固氮菌和生物鉀肥作為拌種劑。微生物肥料研制單位相繼推出聯(lián)合固氮菌肥、硅酸鹽菌劑、光合細菌菌劑、PGPR制劑和有機物料(秸稈)腐熟劑等適應(yīng)農(nóng)業(yè)發(fā)展需求的新品種。2021/3/107微生物肥料的主要功效與機理一、增加土壤肥力，促進植物對營養(yǎng)元素的吸收1、氮磷鉀大量元素營養(yǎng)：根瘤菌、自生和聯(lián)合固氮菌；硅酸鹽細菌的解鉀作用。2、土壤中大量微生物的活動使土壤有機質(zhì)轉(zhuǎn)化形成腐殖質(zhì)，促進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，提高土壤肥力，改善土壤理化形狀，增強土壤保肥、保水能力，從而提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。2021/3/108二、分泌多種生理活性物質(zhì)刺激調(diào)節(jié)植物生長：大量研究表明，微生物活動產(chǎn)生的植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)以及維生素都不同程度地刺激和調(diào)節(jié)植物的生長。1、分泌植物激素生長素、赤霉素、脫落酸、乙烯和酚類物質(zhì)；2、酸類物質(zhì)的產(chǎn)生：有機酸的作用。微生物肥料的主要功效與機理2021/3/109三、對有害微生物起到生物防治作用：通過在植物根際大量生長繁殖成為作物根際的優(yōu)勢菌，與病原微生物爭奪營養(yǎng)物質(zhì)，在空間上限制其它病原微生物的繁殖機會，對病原微生物起到擠壓、抑制作用，從而減輕病害。這類微生物也叫做根圈促生細菌（PGPR）。微生物肥料的主要功效與機理2021/3/1010四、產(chǎn)生抗病和抗逆作用，間接促進植物生長：1、產(chǎn)生多種抗病物質(zhì)：抗生素2、提高植物的抗逆性：由于微生物肥料的施用，其所含的菌種能誘導(dǎo)作物產(chǎn)生超氧化物歧化酶，在植物受到病害、蟲害、干旱、衰老等逆境時，消除因逆境而產(chǎn)生的自由基來提高作物的抗逆性，減輕病害。微生物肥料的主要功效與機理2021/3/1011第二節(jié)微生物肥料的種類微生物肥料按作用機理分：固氮菌類肥料（根瘤菌肥料、自生固氮菌肥、固氮藍藻等）解磷菌類肥料解鉀菌類肥料（硅酸鹽細菌）抗生菌肥料PGPR菌肥堆肥菌劑和發(fā)酵菌劑復(fù)合微生物肥料2021/3/10121.固氮菌肥_根瘤菌肥料根瘤菌是含有大量根瘤菌活菌體的生物制劑，接種于豆科植物種子上，在土壤條件適宜情況下，根瘤菌能在豆科植物根際進行活躍的生命活動，并侵入豆科植物根部結(jié)瘤，固定空氣中的氮素為NH3或NH4+。是用人工選育出來的高效根瘤菌株經(jīng)大量繁殖用載體吸附制成的，是迄今為此世界上研究最早、應(yīng)用時間最長、生產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣泛和效果最穩(wěn)定的微生物肥料之一。2021/3/1013根瘤菌與豆科植物間的共生------形成根瘤共生體根瘤菌固定大氣中的氣態(tài)氮為植物提供氮素養(yǎng)料；豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生長，同時，還為根瘤菌提供保護和穩(wěn)定的生長條件。2021/3/1014RootNoduleBacteriaandSymbiosiswithlegumes豆類SoybeanrootnodulesUnnodulatedsoybeanNodulatedsoybean2021/3/1015生物固氮在氮循環(huán)中的作用大氣中的N2尿素及動植物遺體NO3-土壤中的微生物NH3NO3-氮素化肥2021/3/1016根瘤固氮菌一般生理特性：化能有機營養(yǎng)型能：利用NO3-、NH4+，但培養(yǎng)基中含植物性氮素物質(zhì)（豆芽汁、酵母汁等）時大多數(shù)根瘤菌生活得更好。需要多種灰分元素：P素的要求尤其高；鐵是合成豆血紅蛋白和鐵蛋白的必要元素。鉬是固氮酶的成分。適合中性和微堿性條件，適合的pH在6.5-7.5，適合的溫度25-30℃。2021/3/1017根瘤菌甘露醇瓊脂培養(yǎng)基甘露醇5g；蔗糖5g；酵母粉0.5g；磷酸氫二鉀0.5g；硫酸鎂0.2g；氯化納0.lg；硫酸鈣0.lg；鉬酸鈉溶液lmL；硫酸錳溶液1ml；檸檬酸鐵l%溶液1mL；硼酸l%溶液1mL；剛果紅1%溶液2.5mL；瓊脂18~20g，水l000mL，pH值7.0

2021/3/1018據(jù)根瘤菌在酵母汁甘露醇培養(yǎng)基上生長速度可分為快生型和慢生型：快生型在含甘露醇或其他碳水化合物的培養(yǎng)基上產(chǎn)酸，代時2-4h；慢生型在含甘露醇或其他碳水化合物的培養(yǎng)基上產(chǎn)堿，代時6-8h；也存在中間類型。2021/3/1019

①根瘤形成過程的主要步驟：特定的根瘤菌與相應(yīng)的豆科植物相互辯認使根瘤菌特異地吸附在根毛上二者相互作用使根毛變形，主要表現(xiàn)卷曲或分枝細菌進入根內(nèi)形成侵入線侵入線發(fā)展，進入根皮層后導(dǎo)致一部份細胞轉(zhuǎn)化為分生組織，細胞分裂和分化，根瘤開始發(fā)育根瘤菌從侵入線內(nèi)釋放到根瘤細胞中繁殖，而后轉(zhuǎn)化成類菌體形態(tài)豆血紅蛋白出現(xiàn)，固氮作用開始。2021/3/10202021/3/1021StepsintheformationofrootnoduleinalegumeinfectedbyRhizobium2021/3/1022根瘤菌與宿主的共生特性：侵染性：根瘤菌能進入豆科植物根內(nèi)，在其中繁殖，并形成根瘤。專一性：每一種根瘤菌只與其有專一性對應(yīng)的幾種豆科植物建立共生關(guān)系形成根瘤。有效性：并不是能夠結(jié)瘤的菌株都能固氮，據(jù)它們在根瘤中是否固氮而分為有效菌株和無效菌株，它們形成的根瘤分別稱為有效根瘤和無效根瘤。許多無效根瘤的結(jié)瘤能力比有效根瘤強。2021/3/1023根瘤菌肥的生產(chǎn)拌種劑和復(fù)合肥料。拌種劑：粉狀、液體、凍干粉。復(fù)合肥料：同一根瘤菌屬的不同菌株復(fù)合，或與其他微生物合用以增強結(jié)瘤能力。生產(chǎn)過程：菌種培養(yǎng)—固體擴大—收集菌泥制菌粉—裝瓶液體擴大—吸附劑—拌種—裝袋。2021/3/10242.自生固氮菌肥料單獨生活時能固定空氣中的氮的一類微生物稱為自生固氮菌，分為光合細菌和非光合細菌。主要類群：藍細菌、圓褐固氮菌、假單胞菌、多黏芽孢桿菌等。固氮能力比共生固氮差。2021/3/1025自生固氮微生物：圓褐固氮菌圓褐固氮菌代謝類型是？異養(yǎng)需氧型圓褐固氮菌能產(chǎn)生生長素，促進植株生長和果實的發(fā)育。2021/3/1026生物固氮的利用價值將圓褐固氮菌制成菌劑，施到土壤中，可提高農(nóng)作物產(chǎn)量2.對豆科植物進行根瘤菌拌種，也能提高豆科作物的產(chǎn)量3.用豆科植物做綠肥，可明顯增加土壤中氮的含量2021/3/1027磷素是作物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素之一。雖然土壤中磷含量很高，但能被植物吸收利用的有效態(tài)無機磷卻很低，土壤中絕大部分磷為無效磷。磷是許多發(fā)展中國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要的限制因素，提高土壤中磷的利用效率將具有戰(zhàn)略性意義。3.解磷菌肥料2021/3/1028解磷微生物菌劑能分解土壤中難溶態(tài)磷的細菌制成的解磷細菌肥料，使解磷細菌在作物根際形成一個磷素供應(yīng)較為充分的微區(qū)。2021/3/1029細菌解磷機制解磷微生物溶解難溶性磷化物的機制可歸結(jié)為以下幾類：(1)分泌有機酸起作用：這些酸既能降低pH值，又可與鐵、鋁、鈣等離子結(jié)合，從而使難溶性磷酸鹽溶解；通過代謝活動產(chǎn)生有機酸(細菌一般分泌乳酸、氨基酸、草酸、延胡索酸和檸檬酸等，真菌主要分泌草酸、丙二酸和乳酸等)，這些酸一方面直接溶解土壤中難溶性磷酸鹽。(2)有機酸另一方面則是通過鰲合作用釋放出土壤磷素：腐解植物殘體而產(chǎn)生胡敏酸和富里酸。這兩種酸能與復(fù)合磷酸鹽中的鈣、鐵鰲合，從而釋放出磷酸根，與鐵、鋁及磷酸鹽形成穩(wěn)定的可溶性復(fù)合物，可以被植物吸收利用。(3)生物礦化作用。即通過分泌植酸酶、核酸酶和磷酸脂酶等物質(zhì)，分別將植酸、核酸和磷酸脂等有機磷降解。2021/3/1030巨大芽胞桿菌（Bacillusmegatheriumvar.phosphaticum）1.菌體形態(tài)特征：此菌的菌體實在粗大，因而拉丁文學(xué)名稱其為為巨大芽孢桿菌。2.芽孢形態(tài)特征：有大芽孢，橢圓形偏端或中位；孢囊多為背端生，芽孢內(nèi)不著色，無色；成熟孢囊不膨大。3.菌落形態(tài)特征：在專用培養(yǎng)基上菌落圓形，有同心圈，表面光滑；菌落不透明，由灰白色變棕黃色，邊緣整齊；菌落扁平，微隆起微縐折。4.生理生化特征：革蘭氏染色陽性；在肉湯培養(yǎng)基中生長很快，有較強分解核酸和卵磷脂的能力，也能從難溶的無機磷灰石中釋放出正磷酸鹽。2021/3/1031解磷能力的測定解磷能力是表征解磷微生物作用的重要指標，可采用定性法和定量法兩種方法測定。定性法一般指的是平板溶磷圈法;平板溶菌圈法：將溶磷菌株在含有難溶性磷酸鹽或有機磷的固體平板培養(yǎng)基上培養(yǎng)，測定周圍菌落產(chǎn)生透明圈的大小。無機磷平板一般采用磷酸鈣鹽固體培養(yǎng)基，接種菌株培養(yǎng)數(shù)天后，以磷酸鈣鹽平板上菌落周圍出現(xiàn)透明圈的視為有解無機磷能力的菌株。有機磷平板一般采用卵黃平板培養(yǎng)基，以卵黃平板上菌落周圍出現(xiàn)混濁圈的視為有解有機磷能力(卵磷脂被水解形成脂肪和磷酸)。2021/3/1032溶磷圈直徑（D）和菌落生長直徑(d)的比值(D/d)是表征解磷菌相對解磷能力的一個指標。2021/3/1033解磷微生物的種類解磷細菌：芽孢桿菌屬(Bacillus)歐文氏菌屬(Erwinia)假單孢菌屬(Pseudomonas)土壤桿菌屬(Agrobacterium)沙雷氏菌屬(Serratia)黃桿菌屬(Flavobacterium)腸細菌屬(Enterbacter)解磷真菌：青霉屬(Penicillium)、曲霉屬(Aspergillus)、根霉屬(Rhizopus)、鐮刀菌屬(Fusarium)、AM菌根菌2021/3/10344、解鉀細菌菌肥解鉀細菌，又稱硅酸鹽細菌。解鉀細菌，又稱硅酸鹽細菌。硅酸鹽鉀可溶性鉀解鉀細菌具有莢膜，為多糖類物質(zhì)，促進土壤微團聚體的形成；解鉀細菌還能將土壤中的無效率轉(zhuǎn)化為有效磷；并有微弱的固氮能力。膠質(zhì)芽孢桿菌2021/3/10355.抗生菌肥54065406菌肥，又稱放線菌肥料，是在放線菌肥料研制之初以“5406”號放線菌為主要菌種加入到載體之中制成，所以稱為5406菌肥，簡稱“5406”。5406涇陽鏈霉菌的生物學(xué)特性：菌落圓形、凸起，開始生長時淺黃色至淡紅色。氣生菌絲粉白色，上面生滿成串孢子呈粉紅色。最適生長溫度為26～32℃。2021/3/10365406菌肥作用機理1、抗生菌肥5406分泌抗生素，對植物病原真菌、寄生細菌有很好的拮抗作用。抑制有害微生物，增加了根際微生物的生理活性。2、刺激與調(diào)節(jié)作物生長：分泌多種不同類型的刺激素。3、轉(zhuǎn)化土壤和肥料的營養(yǎng)元素：將不能吸收利用的N、P、K轉(zhuǎn)化為可利用狀態(tài)，