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主题：【分享】微生物农药、肥料和饲料

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发表于：2011/01/14 16:36:58 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

1.微生物农药

农药在农、林业防治病害，除去杂草中起了巨大作用，特别是化学农药，但当前全世界化学农药年产量超过200万吨，有500多种在农业中使用，造成环境严重污染，生态遭到破坏，害虫抗药性大增，人畜常中毒伤亡。1992年世界环境与发展大会的决议中指出："要在全球范围内控制化学农药的销售和使用，到2000年生物农药的产量将占农药总量的60%。"微生物农药在生物农药中占有重要地位，也是各国竞相发展的产业，它是利用微生物本身或其代谢产物防治病、虫、杂草的制剂。已知的昆虫微生物病原体1000多种，细菌10多种，真菌750多种，其余为病毒、线虫、原生动物等，这些病原体都可作为防治害虫的资源开发利用。已商品化的微生物农药主要包括抗生素、细菌杀虫剂、真菌杀虫剂、病毒杀虫剂、细菌与病毒混合杀虫剂和微生物除草剂等。

(1)细菌杀虫剂　

苏云金芽孢杆菌杀虫剂，简称Bt杀虫剂。它是当今使用最多和最广泛的生物杀虫菌，对鳞翅目、双翅目、膜翅目、鞘翅目、直翅目中的200多种昆虫都有毒杀作用，而且各亚种、各菌株所毒杀的昆虫对象不完全相同，有的对某种昆虫的杀灭的专一性强，毒力也高。它广泛地被用来防治农、林、果树、贮藏室和一些医学的害虫。Bt杀虫剂之所以成为国际上目前产量最大，应用面最广，深受欢迎的农药，除其杀虫效果好外，更重要的是对人、畜无伤害，安全；对植物也不产生药害，不影响农作物、树木、瓜果、烟、茶等的色、香、味；也不伤害害虫的天敌和有益的生物，能保持使用环境的生态平衡；对土壤、水源、空气环境不造成污染，有利于社会经济的持续发展。

苏云金芽孢杆菌的杀虫机理主要是靠其芽孢和毒素。苏云金芽孢杆菌在菌体的一端形成芽孢，另一端形成近菱形的蛋白质晶体，即伴孢晶体。不同的苏云金芽孢杆菌菌株的伴孢晶体所含的晶体蛋白种类和数量有很大差异，一般都含有1-5种杀虫晶体蛋白，其分子量在27-140KD之间，这些晶体蛋白本身并不能杀虫，它只是毒素的前体。当昆虫吞食伴孢晶体后，在肠道中的碱性条件下，伴孢晶体被分解出毒素的前体，或称为原毒素(Protoxin)，再在肠中特异性的碱性蛋白酶作用下，水解出有活性的不同分子量的毒性多肽，被称为苏云金芽孢杆菌的δ内毒素。δ内毒素特异性地结合在肠道的上皮细胞的糖蛋白受体上，在细胞膜上产生一个直径约为10-20埃的孔，或形成病灶，造成钠离子和钾离子的"调节泵"失去作用，钾的运输和ATP的合成中断，细胞代谢停止，昆虫死亡(图15-14)。有的苏云金芽孢杆菌还产生另一种称为β-外毒素的毒素，也被称为苏云金素，它是一种非特异性的小分子腺嘌呤核苷酸衍生物，相对分子质量约为700。β-外毒素比δ-内毒素热稳定性好，可忍耐121℃，15分钟，可以溶于水，作用机理和致病症状也不相同，β-外毒素是RNA聚合酶的竞争性抑制剂，干扰与昆虫发育有关的激素的合成，导致幼虫发育畸形或不能正常化蛹。苏云金芽孢杆菌的芽孢被昆虫吞食后，在肠道中萌发成营养体，大量增殖，并穿透肠壁进入血液繁殖，使昆虫为败血症死亡(图15-14)。

苏云金芽孢杆菌杀虫剂的生产，可以用深层液体(或固体)好氧发酵，相对于生产抗生素、氨基酸、维生素等的发酵工艺要简易、粗放得多。后处理也较容易，液体发酵一般是用发酵液喷雾干燥，或将发酵液制成液体制剂，固体发酵更为简便，大都是发酵后，即进行干燥、粉碎、检验、产品。农村还可推广家庭室内地面固体发酵法生产Bt杀虫剂，其要点是：将麦麸 70%，黄豆饼粉20%、谷壳9%、碳酸钙1%，加水，干料∶水=1∶0.8-1.2，用熟石灰水调pH9 左右，培养基的含水量以手捏成团，触之能散为宜。培养基所用原料可因地制宜，还可以用米糠、棉籽饼粉、花生饼粉、玉米粉、蚕蛹粉、草炭粉、肥土等制备培养基。用蒸煮法灭菌培养基后，接种Bt菌种，将其松散地摊放在垫有一层塑料薄膜的室内地面上，培养基厚1厘米左右，上面也罩以塑料薄膜，使发酵温度自动控制在25-32℃为宜，48小时左右，可获得含活芽孢数约100亿/克左右的Bt杀虫剂，即可用于棉田、蔬菜、瓜果、森林等防治害虫。

图15-14　苏云金芽孢杆菌致死昆虫的主要机理模式图

Bt杀虫剂不足之处是：

1.杀虫效果受环境影响大。如15℃以下不宜使用；阳光中的紫外线能使伴胞晶体的杀虫蛋白失效，24小时破坏蛋白质中60%的色氨酸。

2.各种Bt菌株仅对其敏感的昆虫有效，杀虫谱窄，一株菌种生产的杀虫剂一般不能防治多种虫害。

3.昆虫对Bt杀虫剂逐渐产生可遗传性的抗性。

4.必须经过吞食过程进入昆虫体内才能杀死昆虫，很难杀死钻入植物体内和根部的害虫，而且只能在昆虫发育的某一阶段才有好的使用效果。

这些不足之处，可以用各种各样的方式补救，例如：在制剂时添加防紫外线破坏的保护剂，加入蔗糖提高昆虫嗜食性，添加几丁质酶加强昆虫肠壁破坏，加入K₂CO₃、CaCl₃等阳离子加速伴孢晶体降解，增加杀虫剂的效力；生产菌种不断筛选和更换；与少量化学农药混合使用，增强对昆虫的敏感性。但最重要的是用现代生物学技术对苏云金芽孢杆菌进行基因改造，使重组Bt菌株具有杀灭多种害虫的δ内毒素或β-外毒素基因，或具有某些保护、增效物质产生的基因，并高效表达，生产出受环境影响小、杀虫谱广、防昆虫抗性的强效Bt杀虫剂。目前国内外这方面的研究很火热，而且也有了工程菌株生产的Bt杀虫剂。将苏云金芽孢杆菌的毒素基因转入其它微生物或植物，这不仅仅是解决Bt杀虫剂需要昆虫吞食等方面的不足的问题，而是农药和防治害虫战略方面的重大变革。将苏云金芽孢杆菌基因克隆到荧光假单胞菌的染色体DNA上，这种菌在玉米根周围土壤中繁殖，杀死土壤中伤害作物根系的昆虫很有效。美国Mycogen公司将这种重组的荧光假单胞菌发酵增殖，然后用加热或浸碘的方法灭活菌体，但这种革兰氏阴性菌灭活后其细胞膜和壁可形成微囊，将有活性的毒蛋白包裹在其中，提高了抗紫外线等环境对其损伤的能力，其有效杀虫时间比普通的重组菌杀虫剂延长了两周以上。Mycogen公司现已获准上市销售杀蔬菜害虫、马铃薯甲虫和玉米螟的三种这类工程菌杀虫剂。转基因抗虫植物，至1998年4月止，各国批准大田释放的已达1046项，占批准的转基因作物的23.8%。我国也批准了十多项转基因抗虫植物进入大田释放。转基因植物中起抗虫作用的绝大多数都是苏云金芽孢杆菌的毒素基因，而且在作物中表达好，使作物抗虫效果较显著。 其它细菌杀虫剂还有金龟子芽孢杆菌(Bacillus popilliae，即日本甲虫芽孢杆菌)杀虫剂，该菌是金龟子幼虫(蛴螬)的专性病原。蛴螬吞食金龟子芽孢杆菌后，在中肠内萌发，生成营养体，穿过肠壁进入体腔，迅速繁殖，破坏各种组织，并可感染其它蛴螬，使金电子幼虫大量死亡。该种杀虫剂能使50余种金龟子幼虫致病，而且药效能保持9年之久，是一种成功地用于防治金龟子虫害的长效微生物农药。金龟子芽孢杆菌只能在蛴螬体内形成大量孢子，在一般人工培养基上很少形成孢子，因而该杀虫剂的生产，目前仍主要是靠感染活蛴螬大量产生芽孢来进行。球形芽孢杆菌(B.sphaericus)某些菌株对蚊幼虫有毒杀作用，主要是由其伴胞晶体中的毒素蛋白使昆虫致死，毒素蛋白是由51和42KD两种蛋白组成，此毒素为二元毒素，只有这两种蛋白共同参与才具有杀蚊活性。球形芽孢杆菌杀蚊剂的生产工艺与苏云金芽孢杆菌杀虫剂的相似，已有批量产品，是一种灭蚊除病害，有益于健康的微生物卫生防疫制剂，很值得推广。

(2)真菌杀虫剂　

典型的代表是白僵菌杀虫剂。白僵菌(Beauveria bassiana)是一种广谱性寄生真菌，广泛地使昆虫致病，由该菌引起的病占昆虫真菌病约21%，能侵染鳞翅目、鞘翅目、直翅目、膜翅目、同翅目的众多昆虫及螨类。白僵菌接触虫体感染，适宜条件下其分生孢子萌发，分泌几丁质酶，溶解昆虫表皮，侵入体内增殖，并分泌毒素(白僵菌素)和草酸钙结晶，破坏寄主的组织，使代谢机能紊乱，最后因虫体上生出白色的棉絮状菌丝和分生孢子梗及孢子堆，整个虫体水分被菌吸收变成白色僵尸，菌因此而得名。用白僵菌生产杀虫剂的原料、工艺都与苏云金芽孢杆菌杀虫剂生产大同小异，也可用深层液体好氧培养或固体培养。该杀虫剂在防治松毛虫、玉米螟、大豆食心虫、高梁条螟、甘薯象鼻虫、马铃薯甲虫、果树红蜘蛛、枣粘虫、茶叶毒娥、稻叶蝉、稻飞虱等农林害虫，效果较显著。绿僵菌(Metarrhizium anisopliae)制成的杀虫剂也是一种广谱真菌杀虫剂，它侵染昆虫的途径、致病机理和生产方式都与白僵菌杀虫剂相似，但要求的培养温度、湿度较严格。该菌剂防治斜纹夜娥、棉铃虫、地老虎、金龟子等害虫，效果较好。

(3)病毒杀虫剂　

它是基于许多病毒能使害虫致病死亡，并且对人、畜和作物安全，杀虫作用具有流行性和可持续性而制作的。1973年，联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)推荐昆虫杆状病毒用于大田防治害虫。国际上已试制20多种病毒杀虫剂，但大规模工业生产成为商品病毒杀虫剂的只有几种，如：美洲棉铃虫NPV(核型多角体病毒)杀虫剂、舞毒蛾NPV杀虫剂、黄杉毒蛾NPV杀虫剂、松柏锯角叶蜂NPV杀虫剂、赤松毛虫CPV(质型多角体病毒)杀虫剂等，可喜的是，我国有一定生产规模的而且应用效果较好的病毒杀虫剂有：中国棉铃虫NPV杀虫剂、油桐尺蠖NPV杀虫剂、斜纹夜蛾NPV杀虫剂、松毛虫NPV杀虫剂和菜粉蝶GV(颗粒体病毒)杀虫剂。在我国用这些杀虫剂防治害虫面积已达几百万亩，用于防治棉花、蔬菜、茶、果树和森林的害虫都取得了显著效果，使用后均能形成流行病扩散。病毒杀虫剂的生产工艺主要有：选留虫种、成虫交配产卵、幼虫饲养、病毒感染增殖、病死虫收集、制剂加工、产品检测和分装。病毒杀虫剂发展较缓慢的重要原因之一，就是病毒的增殖目前还是在活虫体中进行，昆虫的饲养、饲料的配制，工艺过程的自动化等较难控制和实现，人工合成饲料、组织细胞培养生产技术当前还是试验研究阶段。病毒杀虫剂另一些方面的不足，如：杀虫范围窄，一种杀虫剂仅针对一种或少数几种害虫；杀虫慢，需几天或十多天才见效；多受环境温度、阳光、气候的影响，毒力较低等。解决这些影响病毒杀虫剂发展的问题，方法也是多种多样的，但最重要的还是利用DNA重组技术改造和构建用于杀虫剂的病毒。当前，各国都在竞相研究开发基因工程病毒杀虫剂，有的对病毒基因进行修饰或加工，以增强病毒的活性，提高其稳定性，有的引入外源毒蛋白基因，拓宽其杀虫谱，有的引入能扰乱昆虫正常生活周期的基因，提高其杀虫效力。而且已获得不少可喜成果，正在向生产新一代的具最佳杀虫效果的基因工程病毒杀虫剂逐步迈进。

(4)其它微生物农药

抗生素是人用的重要医药，也是农用的重要农药，如表15-12所列。它不仅能防治各种农、林的微生物疾病，也能防治虫害和除去杂草，如：5ppm以上放线菌酮能使水浮萍枯死，12.5ppm茴香霉素(Anisomycin)能使稗草幼根40-60%受抑，且水田和旱地都可安全使用。利用杂草的病原体制成微生物除草剂也是大有可为的，我国"鲁保一号"是利用专性寄生于菟丝子的半知菌类黑盘孢目盘长孢属(Gloeosporium)的真菌制成，在防治主要的农田杂草菟丝子的效果达到70%-95%。澳大利亚利用粉苞苣柄锈菌(Puccinia choudrillina)防治灯心草粉苞苣，美国用盘长孢状刺盘孢(colletotrichum gloeosporioides)除去一种大田杂草。

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2011/1/14 16:37:24 沙发管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

2.微生物肥料和饲料

微生物肥料是根据微生物在自然界物质循环中分解和合成作用，所产生的促进植物生长和减少植物危害的作用，精心选育菌种，生产而成的生物肥料。目前工业生产的一些微生物肥料如表15-18。还有将固氮、解磷、转化矿物、抗病害的微生物混合培养制成的复合微生物肥料。使用微生物肥料，可以缓解长期大量施用化肥带来的破坏土壤结构，污染环境等严重问题，而且生产工艺似微生物农药，安全、简便、成本低、原料可因地制宜、来源容易。但当前微生物肥料还是一种辅助性肥料，不能完全代替有机肥料和化学肥料，它还有许多方面值得进一步研究和开发，特别是要应用现代生物技术拓宽和深入研究。例如：采用分子生物学技术研究某些假单胞菌产生铁载体(siderophores)的机理，构建高产铁载体的有益工程菌株，制成微生物肥料施入大田，菌株分泌出的铁载体与植物根系附近的铁大量结合，植物和工程菌可以吸收此结合物，而病原微生物则不能，导致"铁饥饿"而被抑制。固氮、结瘤分子机理的深入探索，自生、共生固氮菌株基因的改造，多种促进植物生长因子重组菌株的构建等等，都是在为创造出高效、安全、廉价的微生物肥料，扩大固氮生物范围，乃至化学模拟生物固氮，创造出新的人工合成肥料，而不懈拼搏，勤奋耕耘。

微生物饲料包括青贮饲料、发酵饲料、单细胞蛋白(single cell protein,SCP)，氨基酸添加剂等。青贮饲料是将新鲜的牧草、作物桔秆等青饲料粉碎，填入并密封于青贮窖内，由于附着在青饲料上的乳酸菌等微生物的作用，青饲料发酵后生成乳酸、醋酸、琥珀酸等有机酸和醇类，部分蛋白质分解成氨基酸及氨化物，繁殖的菌体使营养物质增加，发酵中产生的热可杀死或抑制病原菌的生长，从而制成营养丰富、易消化、多汁、耐贮藏的青贮饲料。发酵饲料则是将植物秸秆类粗饲料粉，接种产纤维素酶活高的霉菌，或加入含多种分解纤维素的微生物菌群，或接种能分泌很强的木质素酶和纤维素酶的担子菌，经发酵营养成分倍增的发酵饲料。

表15-18　一些微生物肥料实例

肥料类别	菌种	主要作用	主要用途
固氮菌肥料	固氮菌属 (Azotobacter) 固氮梭菌属 (Closteridium) 鱼腥藻属(Anabaesna)等的菌种	固氮	谷物、棉花、蔬菜的氮肥，增加土壤中氮素含量


根瘤菌肥料	根瘤菌属(Rhizobium) 弗兰克氏菌属(Frankia)等的菌种	固氮	豆科和木本非豆科植物共生固氮，增加土壤中氮素含量
磷细菌肥料	解磷的巨大芽孢杆菌 (B.megaterium) 氧化硫硫杆菌 (Thiobacillusthiooxidans)	将土壤中不溶磷转化为可溶磷	各种农作物磷肥
钾细菌制剂	胶冻样芽孢杆菌 (B.mucilaginosus)	分解长石和云母等硅酸盐类矿物产生有效钾	各类农作物钾肥
"5406"抗生菌肥	细黄链霉菌 (S.microflavus)	产生抗生素抗病驱虫，分泌刺激素，促进植物生长，转化矿物质	促进各种作物生长、抗病驱虫
菌根菌制剂	各种外生菌根真菌	植物根部形成菌根，增强植物吸收养分和水分	育苗造林，引种，防治病害，牧草繁育
植物促生根际菌肥(Plant Growth promotingRhizolacteria,PGPR)	各类有益于植物的根际微生物的混合菌种	分泌植物促生物质，抗病驱虫，增加土壤的养分	各种农作物的抗病害，增肥效，促生长

单细胞蛋白是指大规模生产，作为饲料或食品的富含有蛋白质的微生物细胞。细菌、丝状真菌、酵母、藻类中的许多种都可用来生产SCP，但主要还是用酵母生产饲料SCP。生产SCP 的原料多种多样，如：纤维资源秸秆、木屑，糖类资源薯干、糖蜜，矿物资源石油、甲烷、甲醇等。更值得关注的是SCP工业能将纸浆废液、味精厂的发酵废渣、废糖蜜、甘蔗渣、食品厂的废液作为原料，生产出SCP饲料，使废物得到利用，又有利于环保。SCP工业发展中的主要障碍是生产成本较高和产品质量难控制，尤其是产品的安全性需严格检测。

氨基酸饲料添加剂是饲料中添加的某些种类的氨基酸，例如：L-赖氨酸、D-蛋氨酸、L-亮氨酸等。该饲料将会促进禽或畜加快生长，或肉质改善，或产卵率增加。这类饲料添加剂用的氨基酸，其生产工艺与药用、食用氨基酸的生产无多大差异，有的是生产同一种氨基酸可用于医药、食品、化妆品和饲料，只是在含量和某些质量标准有所不同，医药用的要求含量最高，质量要求最严，价格也最贵。

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