微生物在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

關(guān)于微生物在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用第一節(jié)微生物農(nóng)藥

昆蟲數(shù)量和種類很多危害農(nóng)作物，傳播疾病等無機(jī)和有機(jī)砷化物

DDT（20世紀(jì)40年代）昆蟲、無機(jī)和有機(jī)砷化物

后果：有機(jī)氯、有機(jī)磷農(nóng)藥對動物、人和整個生態(tài)系統(tǒng);

都具有很強(qiáng)的短期副作用，長期滯留,造成非常嚴(yán)重的環(huán)境問題;

多種害蟲對化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生抗性;

高濃度，對環(huán)境更大的危害.第2頁,共119頁，2024年2月25日，星期天微生物農(nóng)藥：利用微生物本身及其代謝產(chǎn)物防治植物病、蟲害及其雜草的制劑。類型：微生物殺蟲劑、農(nóng)用抗生素、微生物除草劑生物防治：用生物農(nóng)藥來對病蟲害和雜草進(jìn)行防治.優(yōu)點(diǎn)：不污染環(huán)境，有效控制病蟲害，雜草；保持生態(tài)平衡.第3頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

一.微生物殺蟲劑

控制害蟲更為安全、有效的方法

生物殺蟲劑的優(yōu)點(diǎn)：特異性高可進(jìn)行生物降解昆蟲對它的抗性產(chǎn)生較慢

生物殺蟲劑的不足：殺蟲效果較差，成本較高第4頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(一)病毒殺蟲劑

昆蟲受病原微生物侵染死亡很常見,如病毒、細(xì)菌、真菌、原生動物和線蟲等,已發(fā)現(xiàn)的昆蟲病毒有1200種.

包含體（inclusionbody）在顯微鏡下可以識別的病毒合成和積貯的部位，常是細(xì)胞內(nèi)的病毒晶體。

呈圓形、多角形，保護(hù)病毒粒子,不溶于水、乙醇、氯仿、苯酚、蛋白酶等,昆蟲堿性腸道水解，病毒釋放，侵染，昆蟲死亡.第5頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

主要昆蟲病毒的特征病毒核酸包含體包含體內(nèi)病毒粒細(xì)胞內(nèi)寄主形狀病毒數(shù)目子形狀增殖部位昆蟲核型多DNA多角體多個桿狀細(xì)胞核鱗膜角體V雙脈質(zhì)型多RNA多角體多個二十面體細(xì)胞質(zhì)鱗等角體顆粒體DNA近圓形1-2個桿狀核、質(zhì)鱗病毒昆蟲痘DNA球、腎形多個磚、線細(xì)胞質(zhì)鱗鞘病毒卵圓等雙無包含體研究較少第6頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

1.核型多角體病毒

nucleopolyhedrosisvirus,NPV

世界衛(wèi)生組織和糧農(nóng)組織推薦寄主范圍廣、專一，對人、植物、天敵無害包含體在離開宿主后仍具生物活性殺蟲效應(yīng)具有流行性和持續(xù)性目前應(yīng)用最成功的昆蟲病毒我國已有棉鈴蟲NPV商品問世第7頁,共119頁，2024年2月25日，星期天棉鈴蟲幼蟲取食吃進(jìn)NPVNPV在昆蟲腸道中溶解病毒粒子釋放并侵染中腸上皮細(xì)胞昆蟲細(xì)胞病變死亡

NPV的專一性很強(qiáng)

棉鈴蟲NPV除侵染棉鈴蟲外還侵染煙草夜蛾包含體形態(tài)上是多角的，直徑0.8~5m

受感染的昆蟲一般并不立即死亡宿主死亡和分解后，包含體仍具毒力包含體被其他幼蟲吞食，病毒在昆蟲群體中傳播第8頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

核型多角體病毒（單粒包埋）第9頁,共119頁，2024年2月25日，星期天第10頁,共119頁，2024年2月25日，星期天第11頁,共119頁，2024年2月25日，星期天高節(jié)狂躁爬行第12頁,共119頁，2024年2月25日，星期天腹足基部乳白氣門周圍水漬狀病斑第13頁,共119頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共119頁，2024年2月25日，星期天第15頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.質(zhì)型多角體病毒

cytoplasmicpolyhedrosisvirus,CPV

呼腸孤病毒科，質(zhì)型多角體病毒屬致病機(jī)理和NPV相似CPV不僅侵染幼蟲，還能經(jīng)卵傳染給子代在實際應(yīng)用中具有重要意義第16頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

形狀與結(jié)構(gòu)

六角形二十面體，有兩個同心的正二十面體殼，外觀呈球形。直徑60~70nm，有12個頂點(diǎn)，各有1衣粒，每衣粒外伸一四節(jié)突起（25~27nm），先端有一12nm的球狀體。第17頁,共119頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共119頁，2024年2月25日，星期天群體癥狀第19頁,共119頁，2024年2月25日，星期天個體癥狀第20頁,共119頁，2024年2月25日，星期天由于核酸代謝紊亂，代謝產(chǎn)物尿酸積累所致。第21頁,共119頁，2024年2月25日，星期天3.顆粒體病毒

granulosisvirus,GV

包含體圓形、橢圓形、一個包含體只含一個病毒顆粒，病毒顆粒桿狀，雙鏈DNA；云杉卷葉蛾顆粒體病毒、菜粉蝶顆粒體病毒等；昆蟲食入停止進(jìn)食，血液變成乳白色而死亡；我國：菜粉蝶顆粒體病毒用于生物防治。第22頁,共119頁，2024年2月25日，星期天4.用DNA重組技術(shù)改造桿狀病毒殺蟲劑

野生型缺陷：殺蟲慢，感染到死亡需幾天到星期，毒力低，在野生條件下容易失活，殺蟲范圍窄。對桿狀病毒基因改造主要集中在三個方面

1）引入外源毒蛋白，增強(qiáng)桿狀病毒的毒性2）引入能擾亂昆蟲正常生活周期的基因3）對病毒基因進(jìn)行修飾或加工，以增強(qiáng)病毒的活性，提高毒性第23頁,共119頁，2024年2月25日，星期天（二）細(xì)菌殺蟲劑（Bt生物殺蟲劑）

已知的昆蟲病原細(xì)菌90多種

Bacillus（桿菌）

Enterobacter（腸桿菌）

Pseudomonus（假單胞菌）最重要的是蘇云金芽孢桿菌（教材P128）（Bacilllusthuringiensis,Bt）第24頁,共119頁，2024年2月25日，星期天1.Bt生物殺蟲劑簡介

G+，短桿菌，形成芽孢，周身鞭毛或無鞭毛伴孢晶體

1902年發(fā)現(xiàn)，1951年發(fā)現(xiàn)商業(yè)價值寄生130多種鱗翅目幼蟲中膜翅目、雙翅目、直翅目和鞘翅目體內(nèi)控制毛蟲、毒蛾、白菜金翅夜蛾、煙草天蛾等第25頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.致病機(jī)理

主要靠芽孢和毒素

芽孢在腸道中萌發(fā)，大量增殖，穿透腸壁進(jìn)入血液，引起昆蟲敗血癥

毒素：主要是毒素和毒素

毒素是所有Bt共有的毒素，存在于伴孢晶體中

毒素是胞外毒素，水溶性，熱穩(wěn)定性好，是

RNA聚合酶的競爭性抑制劑第26頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

伴胞晶體第27頁,共119頁，2024年2月25日，星期天3.毒素形成的過程

主要由蛋白質(zhì)和糖類組成

Bt伴孢晶體在昆蟲腸道

堿性條件逐步水解一定大小的分子具有毒性第28頁,共119頁，2024年2月25日，星期天第29頁,共119頁，2024年2月25日，星期天4.毒性機(jī)理第30頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

5.毒素基因及定位

正常情況，芽孢形成時才合成Bt前毒素蛋白芽孢形成過程中，轉(zhuǎn)錄因子與活躍基因啟動子結(jié)合，毒素基因的啟動子受這一因子的控制。從蠟狀芽孢桿菌（Bacilluscereus）質(zhì)粒組成型表達(dá)的四環(huán)素抗性基因，啟動子+毒素基因（無自身啟動子）克隆到質(zhì)粒上，導(dǎo)入Bt中，在Bt生活史的各個時期都表達(dá)有毒素蛋白。第31頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

伴孢晶體第32頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

6.基因工程操作使P.fluorescens

攜帶毒素基因第33頁,共119頁，2024年2月25日，星期天3.真菌殺蟲劑

昆蟲病原微生物中種類最多的是真菌，數(shù)量達(dá)到750種，占60%，孢子在昆蟲體表萌發(fā)后侵染蟲體，也可以通過取食過程侵染蟲體，真菌孢子四處飛揚(yáng)，昆蟲真菌病易流行。

致病真菌：結(jié)合菌亞門的蟲霉目半知菌亞門的絲孢目第34頁,共119頁，2024年2月25日，星期天“白僵病”真菌（教材P130）

半知菌類感染真菌分泌毒素殺死寄主在寄主尸體上生長發(fā)育蟲尸因充滿菌絲而僵硬白僵菌屬引起的昆蟲死亡約占21%第35頁,共119頁，2024年2月25日，星期天白僵菌（Beauveriabassiana）分生孢子可直接由表皮侵染通過取食或呼吸而侵染宿主侵染鱗翅目直翅目同翅目鞘翅目的多種害蟲螨類第36頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

二.防治植物病害的微生物

植物病害是威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個嚴(yán)重問題植物防治微生物的主要作用機(jī)理

1.拮抗作用向環(huán)境中釋放一些化學(xué)物質(zhì)（抗生素），抑制其他微生物的生長。木霉對18個屬，29種植物病原真菌具有拮抗作用

第37頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.寄主作用有些微生物寄生在植物病原微生物體內(nèi)干擾、抑制病原微生物正常生命活動3.競爭作用爭奪營養(yǎng)和生存空間而相互抑制4.共生微生物的保護(hù)作用共生真菌可以形成外生菌根，保護(hù)與其共生的植物少受病害的侵染。第38頁,共119頁，2024年2月25日，星期天三農(nóng)用抗生素概念:由微生物產(chǎn)生的對微生物、昆蟲、植物等其他生物顯示特異性藥理作用的化學(xué)物質(zhì)，是微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物。類型:按用途區(qū)分，有殺菌劑、殺蟲劑、殺螨劑、除草劑和植物生長調(diào)節(jié)劑等.第39頁,共119頁，2024年2月25日，星期天第40頁,共119頁，2024年2月25日，星期天20世紀(jì)40年:代醫(yī)用抗生素發(fā)展的基礎(chǔ)上研究開發(fā)的。最初，將某些醫(yī)用抗生素如鏈霉素、土霉素、灰黃霉素等用于防治農(nóng)作物病害，取得了一定的效果。同時也篩選出一些農(nóng)業(yè)專用的抗生素如放線酮、抗霉素和一些多烯類抗生素。50年代以來，廣泛使用化學(xué)農(nóng)藥帶來了環(huán)境污染問題，這促進(jìn)了尋找比較安全的生物源農(nóng)藥的研究，因此農(nóng)用抗生素得到較快的發(fā)展，日本在這方面處于領(lǐng)先地位。1961年，日本開發(fā)了殺稻瘟素－S用于防治稻瘟病,是世界上第一個大規(guī)模生產(chǎn)的農(nóng)用抗生素，它成功地取代了公害嚴(yán)重的有機(jī)汞制劑。60～70年代，日本又開發(fā)了春日霉素、多氧霉素、有效霉素等高效品種。第41頁,共119頁，2024年2月25日，星期天70年代以來，一些具有防治昆蟲、螨、動物寄生原蟲和蠕蟲、除草和調(diào)節(jié)動植物生長功能的農(nóng)用抗生素，不斷研究開發(fā)出來，擴(kuò)大了農(nóng)用抗生素的應(yīng)用領(lǐng)域。70年代后期，日本農(nóng)用抗生素的年總產(chǎn)量已達(dá)到400t以上（按有效成分計）。

中國從50年代起研究開發(fā)農(nóng)用抗生素，在20多年里陸續(xù)投產(chǎn)了赤霉素、滅瘟素、春雷霉素、多抗霉素和井岡霉素等品種。其中產(chǎn)量最大的是井岡霉素，到80年代年產(chǎn)量已接近1kt（有效成分）、占全國農(nóng)用抗生素產(chǎn)量的95％以上，成為防治水稻紋枯病首選的安全有效的藥劑。1953年，我國植病學(xué)家尹莘耘先生自陜西涇陽老苜蓿地根中分離得到”5406”菌株，開展防治棉花枯黃萎病.第42頁,共119頁，2024年2月25日，星期天井岡霉素的殺菌效果對照第43頁,共119頁，2024年2月25日，星期天生產(chǎn)

農(nóng)用抗生素的工業(yè)生產(chǎn)，通常采用液體深層通氣培養(yǎng)的發(fā)酵工程，世界上生產(chǎn)農(nóng)用抗生素用的發(fā)酵罐容積最大的已達(dá)300m

各種農(nóng)用抗生素生產(chǎn)過程的發(fā)酵工序大體相同，而分離和純化工序則因品種而異，有的有效成分存在于發(fā)酵液中,有的則存在于菌絲體中,要采用不同的分離純化流程來制取。例如：井岡霉素存在于發(fā)酵液中，過濾后濃縮、萃取純化，再加入助劑調(diào)制即成為制劑產(chǎn)品。

第44頁,共119頁，2024年2月25日，星期天農(nóng)用抗生素具有以下特點(diǎn)

①結(jié)構(gòu)復(fù)雜；②活性高、用量小、選擇性好；③易被生物或自然因素所分解，不在環(huán)境中積累或殘留；④生產(chǎn)原料為淀粉、糖類等農(nóng)產(chǎn)品，屬于再生性能源；⑤采用發(fā)酵工程生產(chǎn)，同一套設(shè)備只要改變菌種即可生產(chǎn)不同的抗生素，生產(chǎn)菌大多是土壤中的放線菌，也有真菌和細(xì)菌。

第45頁,共119頁，2024年2月25日，星期天中國研制成功新型農(nóng)用抗生素——瑞拉菌素瑞拉菌素是一種農(nóng)用抗生素，屬于生物農(nóng)藥的主要品種。它與過去使用的殺蟲劑、殺菌劑等常規(guī)化學(xué)農(nóng)藥相比，是天然物質(zhì)，容易被生物分解，不易產(chǎn)生抗藥性，對生態(tài)環(huán)境無破壞作用，屬于無公害農(nóng)藥。這種抗生素對梨黑星病菌、蘋果腐爛病菌、辣椒疫病、番茄早疫病菌、煙草赤星病、小麥全蝕病、赤霉病和黃瓜炭疽病菌有極強(qiáng)抵抗和殺滅作用。

第46頁,共119頁，2024年2月25日，星期天我國農(nóng)用抗生素的研究開發(fā)現(xiàn)狀及展望

我國研究開發(fā)農(nóng)用抗生素的單位有20多家。目前研究側(cè)重點(diǎn)為：研究發(fā)現(xiàn)新抗菌素或新結(jié)構(gòu)，研究新劑型和改造已有抗菌素結(jié)構(gòu)。開發(fā)的農(nóng)抗品種有145。已取得應(yīng)用性成果的有井崗霉素、阿維菌素。農(nóng)抗120及多氧霉素。農(nóng)抗研究中存在的問題是經(jīng)費(fèi)投入少而分散、研究項目重復(fù)及田間效果不穩(wěn)定。建議今后應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)抗品種的開發(fā)，重點(diǎn)扶持優(yōu)良品種上馬，加強(qiáng)推廣應(yīng)用研究，加強(qiáng)農(nóng)抗作用機(jī)理研究，確定新的篩選方法。第47頁,共119頁，2024年2月25日，星期天四微生物除草劑狹義的微生物除草劑是直接利用微生物本身進(jìn)行雜草防除。微生物源除草劑是利用微生物所產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物——即植物毒素，進(jìn)行雜草防治的一種新型的微生物除草劑。

第48頁,共119頁，2024年2月25日，星期天常用于微生物除草劑研究的植物病原菌主要有三大類：細(xì)菌:大多是革蘭氏陰性菌,如：假單孢菌屬歐文氏菌屬黃單孢菌屬]和少量革蘭氏陽性菌，如：瘡痂病鏈霉菌和纏繞棒桿菌和一些非熒光假單孢菌.真菌:產(chǎn)植物毒素的真菌多來自于鏈格孢屬（Alternaria）、鐮孢屬（Fusarium）、刺盤孢屬（Coletotrichum）等；病毒:第49頁,共119頁，2024年2月25日，星期天微生物除草劑必需具備以下幾個條件：

①這種病原菌可以進(jìn)行人工繁殖；②這種病原菌在噴施處理后，其生長速度要迅速，否則不能在一定時間內(nèi)抑制雜草生長直至死亡；③這種病原菌要適合工業(yè)生產(chǎn)；④這種病原菌要便于包裝、運(yùn)輸和使用。

第50頁,共119頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)微生物肥料微生物肥料：菌肥，利用微生物生命活動,作物不能利用物質(zhì)

可被吸收利用物質(zhì)改善作物的營養(yǎng)條件，提高產(chǎn)量.設(shè)備簡單，成本低，易于土法上馬改善土壤理化性質(zhì).第51頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

一微生物肥料的種類1.氮肥：增加土壤氮素和作物氮素營養(yǎng)，如根瘤菌、固氮菌、固氮藍(lán)藻2.分解土壤有機(jī)質(zhì)的菌肥：有機(jī)磷細(xì)菌肥料、綜合性菌肥等3.分解土壤中難溶礦物質(zhì)，鉀細(xì)菌、無機(jī)磷細(xì)菌肥料等4.防治植物病害，刺激植物生長：抗生素5.增加作物根吸收營養(yǎng)能力：菌根菌肥料第52頁,共119頁，2024年2月25日，星期天二.微生物肥料的生產(chǎn)及質(zhì)量保證（一）菌肥生產(chǎn)

1.菌肥用菌種的活化及大量繁殖

2.吸附劑的準(zhǔn)備，菌和吸附劑的拌合（二）質(zhì)量

1.菌種的有效性，有效活菌數(shù)含量，無污染

2.菌肥含水量、pH值

3.保存：0~10°C，一般菌肥3~6個月

第53頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

三.菌肥的使用

優(yōu)良菌肥+合理使用=良好效果1.使用方法：播種時作為種肥，固氮菌肥料與有機(jī)肥料混合使用2.菌肥的使用量：沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)3.菌肥的混合使用:菌肥一般不與殺蟲農(nóng)藥混合使用第54頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

四.生物固氮

N2NH3(固氮酶催化)N2+8H++8e-+16MgATP→2NH3+H2+16MgADP+16Pi

1888年Beijerinck(貝依林克)首次分離到固氮微生物.

種類：原核生物：真細(xì)菌、古菌、藍(lán)細(xì)菌真核生物：尚未發(fā)現(xiàn)共同特點(diǎn)：環(huán)境中缺少化合態(tài)氮時進(jìn)行第55頁,共119頁，2024年2月25日，星期天自生固氮微生物

生理特性龐雜類群:多種營養(yǎng)類型和呼吸類型

1.化能有機(jī)營養(yǎng)固氮菌(化能異養(yǎng)菌)1.1好氧性固氮細(xì)菌10個科的30個屬發(fā)現(xiàn)固氮細(xì)菌固氮菌科全部能固氮，其余各科部分屬、種固氮。

第56頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

固氮菌營養(yǎng)類型：化能異養(yǎng)呼吸類型：嚴(yán)格好氧細(xì)菌碳源：簡單碳水化合物氮源：N2、銨鹽、硝酸鹽、尿素等生態(tài)：廣泛存在于溫帶土壤中第57頁,共119頁，2024年2月25日，星期天1.2兼性厭氧固氮細(xì)菌

腸桿菌科的一些屬、種芽孢桿菌屬的一些種在有氧、無氧條件下都能生長只有在無氧或低氧分壓條件下固氮1.3厭氧固氮細(xì)菌

梭菌屬（Clostridium）中的有些種如巴斯德芽孢梭菌（Cl.pasteurianum）廣泛分布于各種土壤中固氮效率不高第58頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.化能無機(jī)營養(yǎng)固氮細(xì)菌巴氏甲烷八疊球菌，屬古菌（Archae）固氮古菌的發(fā)現(xiàn)說明固氮微生物廣泛分布3.光合固氮細(xì)菌固氮紅螺菌：光照、厭氧生活時進(jìn)行固氮紅色紅螺菌（Rhodospirillumrubrum），主要固氮種類，第一個被分離的光能營養(yǎng)固氮細(xì)菌。第59頁,共119頁，2024年2月25日，星期天固氮藍(lán)細(xì)菌

大多數(shù)都是有異形胞的多細(xì)胞絲狀藍(lán)綠藻在異形胞中進(jìn)行固氮，營養(yǎng)細(xì)胞只在無氧條件下能誘導(dǎo)固氮酶活性固氮藍(lán)細(xì)菌在自然界中分布廣泛,在pH6~9范圍內(nèi)生長，最適溫度20~30C第60頁,共119頁，2024年2月25日，星期天第61頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

不同固氮體系的固氮作用比較固氮體系固氮量（Nkg/h年）豆科植物：大豆57~94

豇豆84

三葉草104~160

羽扇豆150~169非豆科植物：赤揚(yáng)40~300

沙棘2~179植物-藍(lán)藻共生：紅萍313

地衣39~84自生微生物：藍(lán)藻25

固氮菌屬0.3第62頁,共119頁，2024年2月25日，星期天五.根瘤菌肥料根瘤菌“種豆美田”__(共生固氮微生物)

根瘤菌與豆科植物形成共生固氮體系—根瘤是兩個共生伙伴結(jié)合而成的特殊器官，在功能上高度統(tǒng)一。根瘤菌是(好氧、厭氧、兼性厭氧）微生物？第63頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

根瘤形成的過程根瘤菌感染植物根毛，進(jìn)入植物體，在皮屑細(xì)胞中大量增殖，刺激植物根部皮屑和周鞘進(jìn)行細(xì)胞分裂和生長，形成根瘤。

第64頁,共119頁，2024年2月25日，星期天識別吸附（LPS與植物凝集素Lectin）根毛變形，根瘤菌進(jìn)入根毛產(chǎn)生新細(xì)胞壁將根瘤菌包圍根瘤菌分裂繁殖并向根毛基部推進(jìn)根毛細(xì)胞壁延伸形成侵入線，進(jìn)入皮層皮層細(xì)胞分裂，根瘤發(fā)育根瘤菌釋放到根瘤細(xì)胞中繁殖，形成類菌體第65頁,共119頁，2024年2月25日，星期天1根瘤菌

在培養(yǎng)條件下根瘤菌為桿狀，

0.5~0.91.2~3.0m，G-

能運(yùn)動，周身鞭毛或端生或側(cè)生鞭毛不形成芽孢細(xì)胞內(nèi)含有聚-羥基丁酸顆粒第66頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.根瘤菌在形成根瘤過程中的變化進(jìn)入根內(nèi)時為桿狀，隨著根瘤的發(fā)育菌體變大、變形，類菌體，具固氮能力.3.根瘤菌生理特性

化能異養(yǎng)菌、好氧，碳源、氮源、生長因子無機(jī)鹽：Fe合成豆血紅蛋白和鐵蛋白

鉬是固氮酶的成分4.根瘤菌的感染性、專一性及感染過程

感染性：進(jìn)入豆科植物根內(nèi)，促成根瘤的形成專一性：寄主專一性有效性:第67頁,共119頁，2024年2月25日，星期天5.類菌體

根瘤菌在固氮根瘤中的形態(tài)不規(guī)則，分支狀、T形、Y形、梨狀、膨大桿狀、圓球形等類菌體被植物合成的類菌體周膜包裹根瘤中豆血紅蛋白是一個氧的緩沖系統(tǒng)調(diào)節(jié)呼吸作用和固氮作用的正常進(jìn)行第68頁,共119頁，2024年2月25日，星期天6.根瘤中氣體交換和豆血紅蛋白的功能

類菌體—氧化磷酸化—能量—固氮作用氧氣是影響根瘤固氮效率的重要因素正常大氣氧分壓下固氮作用受氧氣抑制單靠氧氣擴(kuò)散不能滿足對固氮作用的需要豆血紅蛋白對氧氣的調(diào)節(jié)非常重要第69頁,共119頁，2024年2月25日，星期天7.豆血紅蛋白（leghaemoglobin,Lb）

Lb存在于類菌體周膜的內(nèi)外分子量（大豆）：15~20KDa

蛋白質(zhì)部分（植物細(xì)胞合成）

血紅素部分（類菌體合成）

Lb以充氧和脫氧兩種狀態(tài)存在

Lb-氧氣（結(jié)合態(tài)）

類菌體呼吸消耗氧第70頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

六.磷細(xì)菌肥料

土壤中的磷只有1%左右能被植物利用微生物轉(zhuǎn)化固定的磷成為有效磷發(fā)揮土壤潛在肥力資源的有效途徑

1.無機(jī)磷細(xì)菌：氧化硫硫桿菌、硅酸鹽細(xì)菌產(chǎn)酸溶解磷礦物可溶性磷酸鹽

2.有機(jī)磷細(xì)菌：假單胞菌、巨大芽孢桿菌蠟狀芽孢桿菌等分解有機(jī)磷釋放出無機(jī)磷酸鹽第71頁,共119頁，2024年2月25日，星期天3.磷細(xì)菌肥料的使用方法

1）拌種或浸種：菌液拌種，晾干播種

2）蘸根：菌肥與塘泥、草木灰和水等調(diào)成漿水稻、甘薯等栽時蘸根

3）基肥：作為基肥與有機(jī)肥料混合使用

4）追肥：作物開花前施與作物根部施肥后防陽光暴曬，保持土壤濕潤第72頁,共119頁，2024年2月25日，星期天4.提高磷細(xì)菌肥料肥效的措施

1）無機(jī)、有機(jī)磷細(xì)菌肥料混合使用提高土壤中無效磷的總轉(zhuǎn)化率配合有機(jī)肥，為磷細(xì)菌生長繁殖提供環(huán)境2）磷細(xì)菌肥和固氮菌肥混合使用磷細(xì)菌提供有效磷，固氮菌提供氮化物3）磷細(xì)菌與纖維分解菌混合使用第73頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

七.5406抗生菌肥料新型微生物肥料，5406與餅粉和土（1：10）中發(fā)酵而成1.5406生物學(xué)特性細(xì)黃鏈霉菌（Streptomycesmicroflav）

5406”抗生菌是1953年從老苜蓿的根際土壤中分離出來的一種放線菌

固體培養(yǎng)基上菌落圓形，隆起初期表面光滑，淺黃略帶綠色后表面粉末狀，白色略粉紅，背面黃褐色第74頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.5406抗生菌的作用

1）抗病驅(qū)蟲產(chǎn)生不同抗生素，抑制30多種植物病原菌,可防止水稻爛秧、小麥銹病等.2）刺激作物生長分泌刺激素，刺激作物細(xì)胞分裂促進(jìn)種子生根、發(fā)芽、分蘗，提前成熟3）增加土壤有效養(yǎng)分含量餅土本身含有一定量N、P、K,還起磷細(xì)菌的作用.第75頁,共119頁，2024年2月25日，星期天八.PGPR（植物根際促生細(xì)菌）（PlantGrowthPromotingRhizobacteria）

1.PGPR的寄主植物及其效應(yīng)促進(jìn)植物生長，控制農(nóng)作物病（蟲）害對大麥、小麥、水稻、玉米、花生、菜豆、蔬菜和經(jīng)濟(jì)作物促進(jìn)生長、增加植物種子干重第76頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.PGPR的作用1）分泌植物促生物質(zhì)，如赤霉素、植物生長激素等，多種維生素和氨基酸2）對豆科植物的結(jié)瘤具促生作用3）促進(jìn)出芽的作用4）對土壤傳病害的生物調(diào)控作用5）對植物病原線蟲的生物控制第77頁,共119頁，2024年2月25日，星期天3.PGPR的作用機(jī)理作用是多方面的1）產(chǎn)生載鐵體，將鐵螯合起來，從而限制了有害微生物的生長2）產(chǎn)生抗生素3）分泌胞外溶解酶4）改變根際微環(huán)境平衡，促進(jìn)植物生長第78頁,共119頁，2024年2月25日，星期天九V-A菌根和菌根菌真菌與植物根部互利共生的共生體。植物體供應(yīng)真菌所需的糖類等有機(jī)物。真菌的菌絲深入土壤形成網(wǎng)狀分布。增加植物誒水及無機(jī)物的吸收。分解土壤中的有機(jī)物，供植物吸收。有些真菌分泌生長因子，促進(jìn)根的生長和分支。菌根菌與植物體間的共生關(guān)系有專一性。第79頁,共119頁，2024年2月25日，星期天種植于沒有真菌的土壤中（土壤經(jīng)消毒）種植于含有真菌的土壤中，形成菌根植物缺乏菌根時生長不良第80頁,共119頁，2024年2月25日，星期天外生菌根真菌的菌絲圍繞在植物根部的外面，形成真菌外鞘，真菌外鞘伸入最外層皮層的細(xì)胞間，并不進(jìn)入細(xì)胞。紅菇類與臺灣杜鵑、紅楠形成外生菌根。第81頁,共119頁，2024年2月25日，星期天內(nèi)生菌根真菌菌絲侵入植物根部細(xì)胞內(nèi)，成網(wǎng)狀分布并形成吸盤直接于植物細(xì)胞交換物質(zhì)。95﹪微管束植物有內(nèi)生菌根。第82頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

菌根對宿主的有益功能

菌根菌的人工接種

第83頁,共119頁，2024年2月25日，星期天接種菌根菌及2%鹽分處理草海桐苗木之根部微細(xì)構(gòu)造(A：橫線=30mm；B：橫線=12mm)未接種菌根菌草海桐苗木之根部微絲構(gòu)造

(A：橫線=300mm；B：橫線=12mm)第84頁,共119頁，2024年2月25日，星期天TRRT

T.harzianum

(T)寄生在立枯絲核菌(R)菌株上的情形第85頁,共119頁，2024年2月25日，星期天馬桑根瘤第86頁,共119頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)微生物能源——沼氣發(fā)酵厭氧發(fā)酵也稱沼氣發(fā)酵或甲烷發(fā)酵：是指有機(jī)廢物在厭氧細(xì)菌作用下轉(zhuǎn)化未甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）（或稱沼氣）的過程。第87頁,共119頁，2024年2月25日，星期天沼氣技術(shù)的發(fā)展1866年，勃加姆波（Bechamp）首先指出甲烷的形成是一種微生物學(xué)的過程。1896年在英國?？巳厥校民R糞發(fā)酵制取沼氣點(diǎn)燃街燈。1936年，英國首先在泰晤士河畔的廢水工廠中應(yīng)用厭氧消化技術(shù)，并將回收的沼氣作為補(bǔ)充能源。1950年洪格特創(chuàng)造了厭氧技術(shù)。1958年全國不少省市曾推廣過沼氣。20世紀(jì)70年代，又一次重視并大力推進(jìn)沼氣建設(shè)，再次掀起了沼氣建設(shè)高潮。

20世紀(jì)八十年代以后，開展了大量有關(guān)沼氣發(fā)酵的理論和應(yīng)用技術(shù)的研究，并取得了可喜的研究成果，我國的沼氣建設(shè)開始穩(wěn)步發(fā)展。90年代以來，經(jīng)過多年的研究、開發(fā)、試點(diǎn)示范沼氣建設(shè)技術(shù)獲得重大突破。第88頁,共119頁，2024年2月25日，星期天微生物處理污水的原理污水微生物O2氣體清水殘渣沼氣廢渣（有機(jī)肥）厭氧發(fā)酵第89頁,共119頁，2024年2月25日，星期天生物強(qiáng)化的途徑第90頁,共119頁，2024年2月25日，星期天生物強(qiáng)化的途徑第91頁,共119頁，2024年2月25日，星期天一沼氣發(fā)酵沼氣發(fā)酵的意義沼氣發(fā)酵的三個階段甲烷形成的生化機(jī)制第92頁,共119頁，2024年2月25日，星期天1沼氣發(fā)酵的意義提供了能源；擴(kuò)大了肥源；殺死了病菌蟲卵。能量轉(zhuǎn)化率高，有機(jī)物去除率高達(dá)80－90％發(fā)酵過程無需能耗，運(yùn)行費(fèi)用低發(fā)酵過程產(chǎn)出沼氣－清潔能源產(chǎn)生污泥量少具有降解某些難降解物質(zhì)和有毒的有機(jī)物的能力第93頁,共119頁，2024年2月25日，星期天沼氣（marshgas或swampgas）：又稱生物氣（biogas），是一種混合可燃?xì)怏w，其中主要成分為甲烷、還含有少量H2、N2、CO2等。沼氣發(fā)酵：其生化本質(zhì)是一種由產(chǎn)甲烷細(xì)菌進(jìn)行的甲烷形成（methanogenesis）過程。甲烷形成的階段理論：1906年，Omeliansky提出，由纖維素等復(fù)雜有機(jī)物經(jīng)甲烷菌分解直接產(chǎn)生CH4和CO2；1930年代有人將其分為產(chǎn)酸和產(chǎn)氣兩階段；1979年Bryant提出三階段理論。即：大分子降解產(chǎn)酸，厭氧和兼性厭氧菌，產(chǎn)物為有機(jī)酸、氨、H2、CO2；產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌，產(chǎn)物為乙酸和H2；產(chǎn)甲烷菌群，嚴(yán)格厭氧產(chǎn)物為甲烷。第94頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

2沼氣發(fā)酵的原理

沼氣發(fā)酵是有機(jī)物在隔絕空氣并在一定溫度、濕度條件下由多種厭氣性有機(jī)營養(yǎng)型細(xì)菌參與的發(fā)酵過程，分三個過程。

(A)水解階段；

(B)產(chǎn)酸階段；（C）產(chǎn)氣階段。第95頁,共119頁，2024年2月25日，星期天液化(水解)、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷(產(chǎn)氣)三個階段碳水化合物有機(jī)質(zhì)：蛋白質(zhì)脂肪發(fā)酵性細(xì)菌糖類氨基酸脂肪酸甘油產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌揮發(fā)酚醇類中性化合物H2，CO2等產(chǎn)甲烷細(xì)菌CH4，H2N2，CO2CO，H2S等液化階段產(chǎn)酸階段產(chǎn)甲烷階段厭氧發(fā)酵三階段第96頁,共119頁，2024年2月25日，星期天沼氣發(fā)酵的三個階段之水解纖維素、淀粉水解成單糖，并進(jìn)而形成丙酮酸；蛋白質(zhì)水解成氨基酸，進(jìn)而形成有機(jī)酸和氨；脂類水解成甘油和脂肪酸，進(jìn)而形成丙酸、乙酸、丁酸、琥珀酸、乙醇、氫氣和二氧化碳。作用細(xì)菌主要有：專性厭氧菌梭菌屬（Clostridium）擬桿菌屬(Bacteriodes)

丁酸弧菌屬(Butyrivibrio)優(yōu)桿菌屬(Eubacterium)

雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）兼性厭氧菌鏈球菌屬(0Streptococcus)一些腸道菌等。第97頁,共119頁，2024年2月25日，星期天沼氣發(fā)酵的三個階段之產(chǎn)酸有機(jī)酸分解成乙酸、氫氣和二氧化碳。起作用的微生物：S菌株:發(fā)酵乙醇產(chǎn)生乙酸和分子氫，MOH菌株(methanobacteriumoxidisinghydrogen)菌株，能利用分子氫產(chǎn)生甲烷。第98頁,共119頁，2024年2月25日，星期天沼氣發(fā)酵的三個階段之產(chǎn)氣一碳化合物、乙酸、氫氣形成甲烷。主要微生物類群甲烷桿菌目甲烷球菌目甲烷微球目第99頁,共119頁，2024年2月25日，星期天二沼氣發(fā)酵的條件(影響發(fā)酵的因素)1溫度在一定溫度范圍內(nèi)，溫度越高，產(chǎn)氣量越大。2pH值甲烷細(xì)菌要求的pH值范圍很窄，約為7.0。最佳pH值應(yīng)維持在6.8～7.5之間。3攪拌以保證發(fā)酵裝置有較高的池容產(chǎn)氣率和不致出現(xiàn)局部酸積累。攪拌方式有機(jī)械攪拌、充氣攪拌和充液攪拌。第100頁,共119頁，2024年2月25日，星期天厭氧消化的影響因素添加物和抑制物厭氧條件接種物溫度原料配比攪拌pH其它因素第101頁,共119頁，2024年2月25日，星期天三沼氣發(fā)酵工藝1類型:①自然溫度半批量投料發(fā)酵工藝；②自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝。2工藝流程整個工藝分供料準(zhǔn)備、發(fā)酵、堆肥、廢水處理、沼氣利用和空氣處理六大部分。第102頁,共119頁，2024年2月25日，星期天沼氣發(fā)酵的基本工藝流程

有機(jī)廢物剩余污泥(可用作肥料)儲存沼氣凈化調(diào)節(jié)池預(yù)處理厭氧消化器后處理用戶排放第103頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

根據(jù)消化溫度劃分工藝類型

自然溫度消化工藝最佳溫度范圍是47～55℃，此時有機(jī)物分解旺盛，消化快，物料在厭氧池內(nèi)停留時間短，非常適用于城市垃圾、糞便和有機(jī)污泥的處理培養(yǎng)高溫消化菌、維持高溫、投料和排料、攪拌消化物料目前我國農(nóng)村都采用這種消化類型。這種工藝的消化池結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、施工容易、便于推廣，但受季節(jié)影響明顯消化周期須視季節(jié)和地區(qū)的不同加以控制

高溫消化工藝厭氧消化工藝第104頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

根據(jù)投料運(yùn)轉(zhuǎn)方式劃分工藝類型

連續(xù)消化工藝半連續(xù)消化工藝兩步消化工藝投料啟動后，經(jīng)一段時間的消化產(chǎn)氣，連續(xù)定量的添加消化原料和排出舊料；其消化時間能夠長期連續(xù)進(jìn)行。工藝易于控制，能保持穩(wěn)定的有機(jī)物消化速率和產(chǎn)氣率，但該工藝要求較低的原料固形物濃度啟動時一次性投入較多的消化原料，當(dāng)產(chǎn)氣量趨于下降時，開始定期添加新料和排出舊料，以維持比較穩(wěn)定的產(chǎn)氣率。農(nóng)村較適用兩個反應(yīng)器；根據(jù)兩段理論設(shè)計厭氧消化工藝第105頁,共119頁，2024年2月25日，星期天回流攪拌

厭氧消化反應(yīng)池

沉淀池

貯氣柜

備料池

有機(jī)固體廢物

回流備料

肥料

用戶

池底污泥或消化料液

消化產(chǎn)氣

加水封池

入池堆漚

大換料

拌料接種

備料

肥料

定期或不定期出料

定期或不定期加料

活性污泥或其他接種物

連續(xù)消化工藝半連續(xù)消化工藝厭氧消化工藝

第106頁,共119頁，2024年2月25日，星期天水壓式消化池水壓式沼氣池具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、施工方便；但由于溫度不穩(wěn)定，產(chǎn)氣量不穩(wěn)定，因此原料的利用率低。紅泥塑料沼氣池

批量進(jìn)料半塑式沼氣池/二塊模式全塑沼氣池/袋式全塑沼氣池/干濕交替消化沼氣池

長方形甲烷消化池消化器第107頁,共119頁，2024年2月25日，星期天3發(fā)酵原料(Fermentationrawmaterial)堆肥原料都可以作沼氣發(fā)酵原料。厭氧發(fā)酵原料的適宜碳氮比為20∶1－30∶1，碳氮比大35∶1時，產(chǎn)氣量明顯下降。第108