微生物基础知识-农业

1、阿拉莫斯（北京）土壤修复工程技术研究院微生物的概念及分类一、微生物的概念及其在生物分类中的地位1、微生物的概念微生物（Microorganism, microbe）一词并非生物分类学上的专门名词，而是指大量的、极其多样的、不借助显微镜看不见的微小生物类群的总称。因此，微生物通常包括病毒、细菌、真菌、原生动物和某些藻类，有些真菌子实体、蘑菇等常肉眼可见；相同的，某些藻类能生长几米长。一般来说，微生物可以认为是相当简单的生物，大多数的细菌、原生动物、某些藻类和真菌是单细胞的微生物，即使为多细胞的微生物，也没有许多的细胞类型。病毒甚至没有细胞，只有蛋白质外壳包围着的遗传物质，且不能独立生活。2、 微

2、生物在生物分类中的地位在生物发展的历史上，曾把所有的生物分为动物界和植物界两大类。而微生物，不仅形体微小、结构简单，而且它们中间有些类型像动物，有些类型像植物，还有些类型既有动物的某些特征，又具有植物的某些特征，因而归于动物或植物都不合适。于是，1866年海克尔（Haeckel）提出区别动物界与植物界的第三界原生生物界。它包括藻类、原生动物、真菌和细菌。一般地，在中国大陆地区的教科书中，均将微生物划分为以下8大类：细菌、病毒、真菌、放线菌、立克次体、支原体、衣原体、螺旋体。能引起人和动物致病的微生物叫病源微生物有八大类： 1.真菌:引起皮肤病。深部组织上感染。 2放线菌：皮肤，伤口感染。 3螺

3、旋体：皮肤病，血液感染 如梅毒，钩端螺旋体病。 4细菌：皮肤病化脓，上呼吸道感染 ，泌尿道感染，食物中毒，败血压症，急性传染病等。 5立克次氏体：斑疹伤寒等。 6依原体：沙眼，泌尿生殖道感染。 7病毒：肝炎，乙型脑炎，麻疹，爱滋病等。 8支原体：肺炎，尿路感染。 生物界的微生物达几万种，大多数对人类有益，只有一少部份能致病。有些微生物通常不致病，在特定环境下能引起感染称条件致病菌。 能引起食品变质，腐败，正因为它们分解自然界的物体，才能完成大自然的物质循环。有些人误将真菌当作细菌，是一种比较普遍的误解。尤其以80年代以前未受过系统生物学教育者。微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在

4、人类疾病中有50是由病毒引起。二、微生物的分类系统我国学者于1979年提出将无细胞结构病毒立为病毒界，从而建立了六界系统。细胞型生物动物界（Animalia）植物界（Plantae）原生生物界（Protista）：原生动物、大部分藻类及粘菌真菌界（Fungi）：酵母、霉菌原核生物界（Procaryotae）：细菌、放线菌、蓝细菌等非细胞型生物：病毒界（Vira）这里仅简述原核微生物和真核微生物的分纲体系。1 、 原核生物界（Procaryotae）（1） 光能营养原核生物门 蓝绿光合细菌纲（蓝细菌类） 红色光合细菌纲 绿色光合细菌纲（2）化能营养原核生物门  细菌纲 立克次氏体纲&#

5、160; 柔膜体纲  古细菌纲2 、 真核微生物（Eucaryotic microbes）真核策生物主要包括各类真菌，还有粘菌等。真菌划分各能分类单位的基本原则是以形态特征为主，生理生化、细胞化学和生态等特征为辅。丝状真菌主要根据其孢子产生的方法和孢子本身的特征，以及培养特征来划分各级的分类单位。一些病原真菌的鉴定，寄生和症状也可作为参考依据。真菌可分以下四纲： 藻状菌纲菌丝体无分隔，含多个核。有性繁殖形成卵孢子或接合孢子。 子囊菌纲菌丝体有分隔，有性阶段形成子囊孢子。 担子菌纲菌丝体有分隔，有性阶段形成担孢子。 半知菌纲包括一切只发现无性世代未发现有性阶段的真菌。粘菌也可分为四纲，

6、即 网粘菌纲自细胞两端各自伸出长的粘丝并接连形成粘质的网络假原质团。 集胞粘菌纲分泌集胞粘菌素，形成假原质团。 粘菌纲形成原质团，腐生性自由生活。 根肿病菌纲形成原质团，专性寄生。亦有将之归于真菌类。三、微生物的分类依据1. 形态特征）个体形态、菌落性状）在半固体培养基中穿刺接种培养的生长情况；）在液体培养基中混浊程度，液面有无菌膜、菌环，管底有无絮状沉淀，培养液颜色 等。2.生理生化特征（）能量代谢利用光能还是化学能；（）对2的要求专性好氧、微需氧、兼性厌氧及专性厌氧等；（）营养和代谢特性所需碳源、氮源的种类，有无特殊营养需要，存在的酶的种类等。3.生态习性生长温度，酸碱度，嗜盐性，致病性，

7、寄生、共生关系等。6  细胞壁成分革兰氏阳性细菌的细胞壁含肽聚糖多，脂类少。革兰阴性细菌与之相反。链霉菌属（Streptomyces）的细胞壁含丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸和，-氨基庚二酸，而含有阿拉伯糖是诺卡氏菌属（Nocardia）的特征。霉菌细胞壁则主要含几丁质。7 其它四、微生物的分类单位与命名生物最基本的分类单位从上到下是：种(species属（genns）科（family）目（order）纲（class）门（phyllum）等。门、纲、目、科、属名的字首字母要大写，除属名外不印成斜体字。属、种名印刷用斜体字下划线。如：酿酒酵母在分类系统中的归属情况为门：真菌门 Eum

8、ycophyta纲：子囊菌纲 Ascomyeetes亚纲：原子囊菌亚纲 Protoascomycetes目：内孢霉目Endomyctales科：内孢霉科Endomycetaceae亚科：酵母亚科Sacchromycetoideae属：酵母属Sacchromyces种：酿酒酵母S.cerevisiae Hansen微生物的命名与其他生物一样，采用国际上通用的双名法，学名通常由一个属名加一个种的加词构成。出现在分类学文献中的学名，往往还加上首次定名人（外加括号）、现名定人和现名定名年份，但在一般使用时，这几个部分总是省略的。例如，由Ehrenberg于1838年定名为Vibrio subtilis

9、（枯草弧菌）的细菌，到1872年，Cohn发现弧状不是该菌的特征，它的特征是杆状具芽孢，故将它转到芽孢杆菌属，称为枯草芽孢杆菌（简称枯草杆菌），其学名为Bacillus subtilis(Ehrenberg)Cohn1872。有时，从自然界分离到的某一微生物纯种，与典型的特征不完全符合，而不相符的这一特性又是稳定的，则将这种微生物称为典型种的变种（variety，简称var）。在实验室里获得的变异型则称为亚种(subspecies，简称subsp)。例如，有一种芽孢杆菌，能产生黑色素，其余特征与典型的枯草杆菌完全符合，该菌学名为Bacillus substilis var.niger（枯草芽孢

10、杆菌黑色变种）。同种不同来源的微生物纯培养，称为菌株（strain）。菌株的名称都放在学名（即属名和种的加词）的后面，可用字母、符号、编号等自行决定。例如.subtilis AS1.398和B.subtilisBF7.658是枯草杆菌的两个菌株，前者可生产蛋白酶，后者生产淀粉酶。农业微生物基因组研究认清致病机制发展控制病害的新对策 自然界中有不少微生物（病毒、细菌、真菌和线虫）具有杀虫、杀菌、除草及植物生物调节活性。这种微生物具有很高的专一性，其对靶标害物具有极高的选择性，而对其他生物却十分安全。在现今的直接应用的微生物源农药中，以苏云金杆菌（B·T）居主要市场，约占整个微生物源农药

11、的70%以上，其中半数在美国。目前的B·T商品约数百种，可防治百余种有害昆虫。此外，美国的Mycogen公司生产的荧光极毛菌、孟山都公司的赛氏杆菌，以及Fairfax公司生产的日本金龟子芽孢杆菌等也是已产业化的细菌杀虫剂。同样，在中国B·T剂的生产与应用也基为广泛，据悉已有50余家工厂从事此药剂的应用开发。同样，采用病毒进行防治虫的研究开发较为广泛。在德国、美国等国家均已开发了不少产品，如苹果蠢蛾颗粒体病毒、舞毒蛾核多角体病毒等。在中国，也开发了用于防治松毛虫和棉铃虫的核多角病毒，并有少量生产。此外，用真菌治虫也是一个重要方面，如果白僵菌治虫已成为大家所熟知。Chr.Han

12、sen，Koppert等公司亦开发了用轮技孢菌治虫的产品。另外，也有用线虫、原生动物进行防虫治虫的，并已产业化。在杀菌剂方面也出现了不少防治病害的以菌治菌的产品，如KemiraOy公司用于防治真菌病害的细菌产品Mycostop;WRGrace、EcologicalLabs、BioInnovation等公司以绿粘帝霉、大隔孢伏革霉、木霉属等真菌来防治各种真菌病害。此外，BioCare公司生产的放射形土壤杆菌、Bumsphillips公司生产的荧光极毛杆菌则作为防治各种细菌的细菌产品。同时，也有用真菌产品作为“除草剂”以达到以菌治草的，如Ecogen、Philom、Bios等公司的盘长孢状刺盘孢产

13、品、Abbott公司的棕榈疫霉产品均可用于防除杂草。由于人们对微生物源农药的开发兴趣越来越浓厚，近年来又出现了不少新的直接作为农药的微生物原农药。如日本烟草公司开发了用于防除草坪杂草早熟禾的细菌除草剂（Xanthomonascapestris）;俄罗期科学院则开发了用于防治蚜虫和红蜘蛛等害虫的细菌性杀虫剂双毒杆菌。英国作物保护学会则于1997年4月举行了一次有关微生物源杀虫剂发展前景的世界性会议。会上，美国氰胺公司介绍了采自非洲蝎子的工程棒状病毒的田间杀虫效果；英国的天然作物保护公司则介绍了生产Beauveriabassiana的生产剂型。会议中，充分肯定了微生物源杀虫剂的作用，并肯定了其前景

14、。利用微生物的产生物（代谢物）作为农药利用微生物的产生物（代谢物）作为农药农用抗生素，近年来的发展甚为迅速，已成为“白色农药”中的一个重要方面，也是中国微生物源农药的主体之一。而今，已商品化的农用抗生素几乎遍及了农药所有领域。其中作为杀菌剂的有春日霉素、多氧霉素、井冈霉素、农霉素、链霉素等；杀虫剂有阿维菌素、杀螨素等；除草剂有双丙氨膦；植物生长调节剂有赤霉素等。农用抗生素已成为世界农药市场中不可缺少的一部分，它在植物保护中作为化学农药的互补药剂正越来越引起人们的注意。在中国，仅井冈霉素目前2011年的产量已达5000余吨，每年可挽回稻谷23亿千克，成为目前农药中使用面积最广、价格最便宜、对人畜

15、十分安全的理想的无公害的农药。由于农用抗生素在作物保护中所起到的不可磨灭的作用，并由于化学农药尤其是拟除虫菊酯类等传统杀虫剂的抗性等问题，在90年代又掀起了新的农用抗生素的开发高潮，使不少新的农用抗生素不断问世。如在农用杀虫抗生素中，继阿维菌素、灭粉毒素等后，又开发了戒台霉素、梅岭霉素、Okara-mine、Altermicidin及thuringiensin等十余个新的品种，并且其中不少有望商业化。农用除草抗生素商品化原先仅有双丙氨膦一个产品，但近年来又发现了不少具有除草活性的农用抗生素，如Phthoxazolin、Homoalanosin、Hydatocidin、Arabenoic酸、-亚

16、甲基-氨基丙酸及Conmexistin等。其中有的具有商品化的价值，估计不久将会有新的除草抗生素问世。杀菌抗生素是农用抗生素中商品化最多的一类，除上述外，最近又开发了磷氮霉素、白肽霉素、金核霉素等。有人还从小麦全蚀病培养物中分离得一株链霉菌，其产生物对防治蔬菜灰霉病有良效。西班牙的Lleida研究中心则发现赭曲霉代谢物Aspyrone对防治柑桔褐疫霉代谢物aspyrone等病原菌有效。日本化药公司最近发现了对植物具有生长活性的抗生素Pironetin，并已开发作为作物防倒伏剂，最近已进入商品化阶段。这是继赤霉素后开发的又一个具有植物生物调节剂作用的农用抗生素。?“白色农药”之一农用抗生素的开发

17、势必会对传统化学农药产生极大的挑战，同时也为新化学农药的开发提供了资源和启迪。?以生物与化学相结合的方法开发新农药农用抗生素的研究开发，不仅限于用以直接防治农作物的病虫草害，更为化学农药的创制提供了先导化合物。不少公司通过对生物源农药（包括微生物源农药）进行化学改造创新了许多新的农药。这些新农药不仅保留了原生物源农药特有的品质（如对环境安全，选择性强等），并克服了某些生物农药的不足，使产品焕发了生命或具有很大的市场价值。如吡咯霉素由于其稳定性等诸多原因而难以商品化，氰胺公司以其有效基团为先导化合物，经结构改造后合成了被人们誉为当今杀虫剂支柱之一的AC303630。又如杀菌抗生素Strobilu

18、rin能有效地抑制作物的灰霉病和根腐病，但在田间极不稳定，根本无法商品化。英国的捷利康公司、德国的巴斯夫公司以及日本的盐野义公司等通过对其结构的改造，开发出了新杀菌剂ICI5504A、BAS409F和SSF126开创了新的杀菌剂系列。同样，阿维菌素是一个极为高效的农畜用杀虫抗生素，但也存在着对人畜急性口服毒性较高及对鳞翅目害虫几乎无效的缺陷。为此，美国默克公司通过对其结构的改造，从千余个衍生物中筛选了两个化合物依维菌素和埃玛菌素，前者使其对人畜毒性明显得到改善，后者则扩大了杀虫谱及使杀虫活性提高1-2个数量级。这种通过生物与化学相结合开发新农药的方法，大大提高了新农药的开发效率，也成为当今世界

19、创新制新农药的有效方法之一。这种由“白色农药”经结构改造开发出的新的、更优于原“白色农药”的新药剂，越来越引起人们的关注。基因工程在作物保护中的应用越来越广泛基因工程是当前“白色农药”中研究得最广泛、发展最快的一个领域。至今，转基因作物已遍及世界各地。1996年，世界上约有280万公顷转基因作物；1997年达到了约1300万公顷，增长了300%以上。其中，美国达810万公顷，中国180万公顷，阿根廷140万公顷，加拿大130万公顷。作为农药（抗虫、抗病）的转基因作物，不仅限于B·T等细菌，而今发展到其他细菌、病毒和线虫等。更有在烟草中导入了动物编程性细胞死亡抑制基因，在植物中导入动物

20、编程性细胞抑制基因在世界上尚属首例。而抗农药（主要为除草剂）的转因作物的出现，大了除草剂的应用。特点特性微生物肥料是活体肥料，它的作用主要靠它含有的大量有益微生物的生命活动代谢来完成。只有当这些有益微生物处于旺盛的繁殖和新陈代谢的情况下，物质转化和有益代谢产物才能不断形成。因此，微生物肥料中有益微生物的种类、生命活动是否旺盛是其有效性的基础，而不像其它肥料是以氮、磷、钾等主要元素的形式和多少为基础。正因为微生物肥料是活制剂，所以其肥效与活菌数量、强度及周围环境条件密切相关，包括温度、水分、酸碱度、营养条件及原生活在土壤中土著微生物排斥作用都有一定影响，因此在应用时要加以注意。特殊作用微生物肥料

21、还有一些其它肥料没有的特殊作用。现简介如下：提高化肥利用率的作用随着化肥的大量使用，其利用率不断降低已是众所周知的事实。这说明，仅靠大量增施化肥来提高作物产量是有限的，更何况还有污染环境等一系列的问题。为此各国科学家一直在努力探索提高化肥利用率达到平衡施肥、合理施肥以克服其弊端的途径。微生物肥料在解决这方面问题上有独到的作用。所以，根据中国作物种类和土壤条件，采用微生物肥料与化肥配合施用，既能保证增产，又减少了化肥使用量，降低成本，同时还能改善土壤及作物品质，减少污染。在绿色食品生产中的作用随着人民生活水平的不断提高，尤其是人们对生活质量提高的要求，全球都在积极发展绿色农业(生态有机农业)来生

22、产安全、无公害的绿色食品。生产绿色食品过程中要求不用或尽量少用(或限量使用)化学肥料、化学农药和其它化学物质。它要求肥料必须首先保护和促进施用对象生长和提高品质；其次不造成施用对象产生和积累有害物质；三是对生态环境无不良影响。微生物肥料基本符合以上三原则。近年来，中国已用具有特殊功能的菌种制成多种微生物肥料，不但能缓和或减少农产品污染，而且能够改善农产品的品质。微生物肥料在环保中的作用利用微生物的特定功能分解发酵城市生活垃圾及农牧业废弃物而制成微生物肥料是一条经济可行的有效途径。目前已应用的主要是两种方法，一是将大量的城市生活垃圾作为原料经处理由工厂直接加工成微生物有机复合肥料；二是工厂生产特

23、制微生物肥料(菌种剂)供应于堆肥厂(场)，再对各种农牧业物料进行堆制，以加快其发酵过程，缩短堆肥的周期，同时还提高堆肥质量及成熟度。另外还有将微生物肥料作为土壤净化剂使用。改良土壤作用微生物肥料中有益微生物能产生糖类物质，占土壤有机质的0.1%，与植物粘液，矿物胚体和有机胶体结合在一起，可以改善土壤团粒结构，增强土壤的物理性能和减少土壤颗粒的损失，在一定的条件下，还能参与腐殖质形成。所以施用微生物肥料能改善土壤物理性状，有利于提高土壤肥力。推广应用一、微生物肥料增产增收效果显著 微生物肥料提供的是能固氮、解磷、解钾等有益微生物，这些活的微生物能在植物根际生长、繁殖，可以带来几方面的好处：一是通

24、过这些有益微生物的生命活动，固定转化空气中不能利用的分子态氮为化合态氮，解析土壤中不能利用的化合态磷、钾为可利用态的磷、钾，并可解析土壤中的10多种中、微量元素。二是通过这些有益微生物的生命活动，分泌生长素、细胞分裂素、赤霉素、吲哚酸等植物激素，促进作物生长，调控作物代谢，按遗传密码建造优质产品。三是通过有益微生物在根际大量繁殖，产生大量粘多糖，与植物分泌的粘液及矿物胶体、有机胶体相结合，形成土壤团粒结构，增进土壤蓄肥、保水能力。质量好的微生物肥料能促进农作物生长，改良土壤结构，改善作物产品品质和提高作物的防病、抗病能力，从而实现增产增收。二、推广应用微生物肥料应注意的几个问题 到目前为止，已

25、获得国家批准登记的微生物肥料只有100多种，实际上生产的厂家已超过2000家，所以市场上销售的微生物肥料良莠不齐，广大消费者对谁优谁劣很难判断，在推广应用中的确有很多微生物肥料增产增收效果不佳，为了维护微生物肥料的声誉，确保其使用效果，建议广大微生物肥料消费者在推广应用时注意以下几个问题：1.没有获得国家登记证的微生物肥料不能推广。国家规定微生物肥料必须经农业部指定单位检验和正规田间试验，充分证明其效益、无毒、无害后由农业部批准登记，而且先发给临时登记证，经3年实际应用检验可靠后再发给正式登记证。正式登记证有效期只有5年。所以没有获得国家登记证的微生物肥料，质量有可能出问题，不要大面积推广使用

26、。2.有效活菌数达不到标准的微生物肥料不要使用。国家规定微生物肥料菌剂有效活菌数2亿/克，大肥有效活菌数2000万/克，而且应该有40%的富余。如果达不到这一标准，说明质量达不到要求。3.存放时间超过有效期的微生物肥料不宜使用。由于技术水平的限制，目前我国绝大多数微生物肥料的有效菌成活时间超过一年的不多，所以必须在有效期内尽快使用，越早越好，过期的微生物肥料效果肯定有影响。4.存放条件和使用方法须严格按规定办。微生物肥料中很多有效活菌不耐高低温和强光照射，不耐强酸碱，不能与某些化肥和杀菌剂混合，所以，推广应用微生物肥料必须按产品说明书进行科学保存和使用。发展前景微生物在农业上的作用已逐渐被人们

27、所认识。现国际上已有70多个国家生产、应用和推广微生物肥料，中国目前也有250家企业年产约数十万吨微生物肥料应用于生产。这虽与同期化肥产量和用量不能相比，但确已开始在农业生产中发挥作用，取得了一定的经济效益和社会效应，已初步形成正规工业化生产阶段。随着研究的深入和应用的需要不断扩大新品种的开发，微生物肥料现已形成(1)由豆科作物接种剂向非豆科作物肥料转化；(2)由单一接种剂向复合生物肥转化；(3)由单一菌种向复合菌种转化；(4)由单一功能向多功能转化；(5)由用无芽胞菌种生产向用有芽胞菌种生产转化等趋势。不仅如此，近20年来，许多国家更认识到微生物肥料作为活的微生物制剂，其有益微生物的数量和生

28、命活动旺盛与否是质量的关键，是应用效果好坏的关键之一。为此，现已有许多国家建立了行业或国家标准及相应机构以检查产品质量。中国也制定了农业部标准和成立微生物质量检测中心，并已于1996年正式对微生物肥料制品进行产品登记、检测及发放生产许可证等工作。1997年，在意大利洛克菲勒基金会中心召开的生物固氮：全球挑战与未来需求国际讨论会上，各国著名科学家制定了一个到21世纪生物固氮增加需求的行动计划，其中就包括发展微生物肥料以增加豆科和非豆科产量，中国也在微生物肥料发展形势下加大了研究力度。相信随着科学的进步，研究和生产发展的需要及监督制度的完善，微生物肥料一定能健康有序地发展，为农业增收发挥其应有的作

29、用，前景将是非常广阔的。据资料统计，全球每年因病害导致的农作物减产可高达20，其中植物的细菌性病害最为严重。除了培植在遗传上对病害有抗性的品种以及加强园艺管理外，似乎没有更好的病害防治策略。因此积极开展某些植物致病微生物的基因组研究，认清其致病机制并由此发展控制病害的新对策显得十分紧迫。 经济作物柑橘的致病菌是国际上第一个发表了全序列的植物致病微生物。还有一些在分类学、生理学和经济价值上非常重要的农业微生物，例如：胡萝卜欧文氏菌、植物致病性假单胞菌以及我国正在开展的黄单胞菌的研究等正在进行之中。日前植物固氮根瘤菌的全序列也刚刚测定完成。借鉴已经较为成熟的从人类病原微生物的基因组学信息筛选治疗性药物的方案，可以尝试性地应用到植