第四章 微生物与农业

第五章

微生物与农业微生物资源开发已在六大领域悄然兴起：A、微生物食品利用微生物发酵生产的“真菌肉”、食用油等在英国、法国、日本已规模化生产，由小球藻制成的食品面包也已在日本实现规模化生产，螺旋藻被联合国粮农组织称为“人类未来的粮食”，食用菌也是一种优秀的微生物食品，素有“植物肉”之称。B、微生物饲料

发展微生物饲料生产，实现“人畜分粮”是当前“白色农业”的主体产业。美国世界观察研究所统计资料表明，如果全世界畜牧业饲料用粮减少10％，就够全球人口生活26个月。C、微生物肥料微生物肥料的使用可改善植物根际的微生态环境，调节土壤酶活力，帮助植株吸收养分，促进植株生长，提高植株自身的免疫力，增强抗病能力。D、微生物农药目前应用的种类很多，有细菌、真菌、昆虫病毒、抗生素等构成的杀虫剂、杀菌剂、除草剂、动植物生长调节剂等。E、微生物能源主要是利用以微生物素发酵产生的酒精代替汽油作燃料。由于微生物酒精既不散发有害气体污染环境又能解决石油紧缺问题，被誉为“21世纪的绿色能源”。F、微生物生态环境保护剂

近20年来国外在开发微生物制剂，消除空气、水、土壤中的有毒气体和有害物质方面成效卓著，许多“除臭剂”已规模生产并大面积推广。一、微生物肥料二、微生物农药三、食用菌四、微生物饲料

（一）微生物肥料的概念及主要作用

国际上对于广泛用于农业生产的菌肥称为生物肥科(Bio-fertilizer)，我国称之为微生物肥料(Microbialfertilizer)。是将某些有益微生物经大量人工培养制成的生物肥料，又称菌肥、菌剂、接种剂。其原理是利用微生物的生命活动来增加土壤中的氮素或有效磷、钾的含量，或将土壤中一些作物不能直接利用的物质，转换成可被吸收利用的营养物质，或提高作物的生产刺激物质，或抑制植物病原菌的活动，从而提高土壤肥力，改善作物的营养条件，提高作物产量。

我国微生物肥料的研究应用和国际上一样，是从豆科植物应用根瘤菌接种剂开始的。起初只称为大豆或花生根瘤菌剂。联合国粮农组织(FAO)和一些生物固氮组织近二十年来发展并推广这项技术，取得了十分好的效果。从土壤肥力而言，根瘤菌肥料还有增加土壤氮素提高土壤肥力的作用，这是其它非豆科植物所没有的，因此豆科植物与根瘤菌共生固氮在农业和牧草生产上有重要意义。

微生物肥料的作用

1、提高土壤肥力

2.促进作物生长

3.增强植物抗病、抗虫等抗逆能力

4.提高产量，改善品质

微生物肥料主要是提供有益的微生物群落，而不是提供矿质营养养分人们无法用肉眼观察微生物，所以微生物肥料的质量人眼不能判定，只能通过分析测定合格的微生物肥料对环境污染少微生物肥料用量少，每亩通常使用500～1000克微生物菌剂微生物肥料作用的大小，容易受到微生物生存环境的影响，例如：光照、温度、水分、酸碱度、有机质等；细菌有期限、微生物肥料有它的有效期限，通常为半年至一年微生物肥料的特点(二)微生物肥料种类

1.根瘤菌菌剂

用于豆科作物结瘤、固氮的接种剂。是用人工选育出来的高效根瘤菌株经大量繁殖用载体吸附制成的，是迄今为此世界上研究最早、应用时间最长、生产量最多、应用最广泛和效果最稳定的微生物肥料之一。

细菌与豆科植物的共生Ⅰ根瘤菌①形态特征

②一般生理特征③根瘤菌与宿主的共生特性Ⅱ根瘤①根瘤形成过程的主要步骤②豆血红蛋白

①根瘤菌的形态特征：

在分类上归属于变性杆菌门的根瘤菌目。细胞呈杆状，常内含许多折光性聚β—羟基颗粒（贮藏性物质），使细胞染色不均匀，有时呈环节状。能与豆科植物共生，形成根瘤并固定空气中的氮气。

在生活史中表现出多形态，存在于根瘤中的根瘤菌在形态和功能上都同培养基上生长的根瘤菌有很大的区别，形态不规则，这些变形的菌体称为类菌体，具有固氮功能。在根瘤中菌体常呈棒状、T形和Y形。

但不同形状的类菌体，受寄主细胞的制约，如花生根瘤中呈球形，蚕豆根瘤中常呈梨形或膨大杆状，大豆根瘤中主要以稍大有杆状存在。形态上高度分化的成熟类菌体一般不能再分裂繁殖（只有形态上分化不明显的类菌体大部份在培养基上可以再分裂繁殖，如大豆），它们将随着根瘤的衰败而解体，释放到土壤中，呈小杆状、球状。

②一般生理特性：

化能有机营养型能利用NO3-、NH4+，但培养基中含植物性氮素物质（豆芽汁、酵母汁等）时大多数根瘤菌生活得更好。需要多种灰分元素：P素的要求尤其高；铁是合成豆血红蛋白和铁蛋白的必要元素。当缺少某些二价阳离子（Ca2+、Mg2+）时生活力显著下降；钼是固氮酶的成分；钴用于合成维生素B12，并能防止Ni和Cu的毒害作用。适合中性和微碱性条件，适合的pH在6.5-7.5，适合的温度25-30℃。

③根瘤菌与宿主的共生特性：

侵染性、专一性和有效性。侵染性：根瘤菌能进入豆科植物根内，在其中繁殖，并形成根瘤。专一性：根瘤菌的各个种和菌株只能感染一定的豆科植物种类。

有效性：（类菌体）的高效的固氮能力。但并不是能够结瘤的菌株都能固氮，据它们在根瘤中是否固氮而分为有效菌株和无效菌株，它们形成的根瘤分别称为有效根瘤和无效根瘤。许多无效根瘤的结瘤能力比有效根瘤强。

互接种族：从一个属植物根瘤中分离的根瘤菌能够在其它属植物上结瘤，人们将这种能相互利用同一根瘤菌菌株形成共生体系的豆科植物称为“互接种族”。如：大豆族只有大豆一属植物；豇豆族包括豇豆、花生、绿豆、赤豆、猪屎豆和胡枝子等许多植物。

表2根瘤菌--豆科植物互接种族

Scanningelectronmicrographofwheatroot-colonizingPseudomonasfluorescensOE28.3田菁茎瘤

生长期为6个月的松树幼苗A:没有接种菌根；b：接种菌根RootNoduleBacteriaandSymbiosiswithlegumesSoybeanrootnodulesUnnodulatedsoybeanNodulatedsoybeanCKSpr4-5

Ⅱ根瘤

①根瘤形成过程的主要步骤：特定的根瘤菌与相应的豆科植物相互辩认使根瘤菌特异地吸附在根毛上

二者相互作用使根毛变形，主要表现卷曲或分枝

细菌进入根内

形成侵入线

侵入线发展，进入根皮层后导致一部份细胞转化为分生组织，细胞分裂和分化，根瘤开始发育

根瘤菌从侵入线内释放到根瘤细胞中繁殖，而后转化成类菌体形态

豆血红蛋白出现，固氮作用开始。

根瘤的的寿命较寄主植物短得多，在植物成熟之前根瘤就开始衰败，表现为类菌体周膜破坏，类菌体裂解，根瘤内部由浅红色变为绿褐色。

Rhizobiumnodulesonapearoot2.固氮菌菌剂

自生和联合固氮微生物的固氮能力比自生固氮的根瘤菌要少得多，而且在使用过程中更易受到环境条件中氮素含量的影响。但在实践中发现，它们对作物的作用除了固氮外，更重要的是它们能够产生多种植物激素类物质。1991年Coppla等从圆褐固氮菌细胞浸出液中发现了植物刺激物质；1974年Barea等用雀稗固氮菌培养物处理几种植物的幼苗和根部，均有根、叶增重的结果。

3.解磷微生物菌剂

能分解土壤中难溶态磷的细菌制成的解磷细菌肥料，使解磷细菌在作物根际形成一个磷素供应较为充分的微区，因磷细菌在生长代谢过程中能够产生一些有机酸和如植酸酶的酶类，使土壤中的难溶性磷形成作物能够吸收利用的可溶性磷，供作物吸收利用。目前生产上应用较多的菌种为巨大芽孢扦菌。

4.硅酸盐微生物菌剂

分解土壤中难溶的磷、钾等营养元素，并在生长、代谢过程中分泌可以刺激作物生长的激素类物质，在植物根际形成优势种群，可抑制其它病原菌的生长，因而达到增产效果。5.光合细菌菌剂

光合细菌是地球上最早的光合生物，广泛分布于海洋、江河、湖泊、沼泽、池塘、活性污泥及水稻、水葫芦、小麦等根际土壤中。它能促进土壤中放线菌、固氮菌等微生物的生长，增强农产品的耐贮性和提高品质，降解土壤中残留的农药及其它有毒物质。与生产应用关系密切的光合细菌主要是红螺菌科中的一些种、属。

6.菌根菌剂

使用的菌种包括由多数内囊霉科属或种形成的泡霉—丛枝状菌根,简称AM真菌。目前的土法生产已能够解决小批量生产问题，用于名贵花卉、苗木、药材，有较好的应用前景。

应用菌根菌的增产效果CK菌根菌剂7.促生菌剂

指通过接种在植物根际增殖且具有促进生长作用的土壤细菌称为植物促生根际细菌（PGPR）。作用机理:①分泌植物促生物质；②改善植物根际的营养环境。加强了土壤中有机物的分解，促进了植物营养元素的矿化，增强了对作物营养的供应；③对作物病害的生物控制作用,主要是能够产生抗生素、胞外溶解酶、氰化物和铁载体，还有可能是改变根际微环境平衡，促进作物生长；④对污染物的降解；⑤对豆科植物结瘤的促生作用。GrowthpromotionwithPGPR.Legumesshownweresownwith[right]andwithout[left]PGPR.8.抗生菌肥料指用分泌抗生物质和刺激素的微生物制成的肥料产品，使用菌种通常是放线菌，如细黄链霉菌（Streptomycesjingyangesis）。我国应用多年的“5406”即属此类，应用后不仅有肥效作用而且能抑制一些作物病害，刺激和调节作物生长。

9.复合微生物肥料是由两种或两种以上的微生物或一种微生物与其它营养物质复配而成的一种新型肥料。

应用根瘤菌肥料的增产效果CKSpr2-9Spr2-9+0.3%钼应用菌根菌和根瘤菌双接种的增产效果菌根菌剂菌根菌+根瘤菌基础研究力度不够，科研人员相对不足菌株目标效能不稳定，配伍不尽合理，抗逆性差生产工艺落后，产品质量不稳微生物肥料产品质量标准有待进一步完善我国微生物肥料的研制应用中存在的问题由豆科作物接种剂向非豆科用肥方面发展由单一菌种向复合菌种方面发展由单功能向多功能方面发展由无芽孢菌转向芽孢菌种我国微生物肥料研制的发展趋势二、微生物农药

利用微生物或其产物来防治植物病虫害和杂草危害的一类微生物制剂。当这些病原体和拮抗微生物或其代谢产物为昆虫吞食、接触或病菌感染后，通过微生物的活动、毒素的作用而使害虫和病原菌的新陈代谢受影响，破坏其机体器官，影响其发育繁殖或变态，从而达到灭菌防病的目的。阿维菌素(avermectin)是杀线虫和节肢动物(特别是螨类)的抗生素。它能增加虫体内的γ-氨基丁酸，后者对神经有抑制作用。Streptomycesavermitilis球孢白僵菌(Beauveriabassiana)的菌丝长出金龟甲尸体表面球孢白僵菌杀死松毛虫、蝗虫和家蚕松毛虫僵蚕(家蚕幼虫感染白僵菌而致死的干燥带菌虫体)性味和功用辛、咸，平。归肺、肝、胃经。祛风解痉，化痰散结。用于肝风头痛眩晕，惊风抽搐，咽喉肿痛，中风失音，喉痹，痰热结核，齿痛，瘰疬，风疮丹毒作痒。常用量5～10克。棉铃虫幼虫的环节处被核型多角体病毒感染.80%的昆虫病毒都是农林业中常见的鳞翅目害虫的病原体，因此是害虫生物防治的巨大资源库。近20年来，利用昆虫病毒防治农作物害虫已成为国内外生物防治的一个重要发展方向。HaSNPV是棉铃虫特异性病原病毒，由武汉病毒所分离，自70年代起被用于棉铃虫的防治。在武汉病毒所和兄弟单位的协助之下，该病毒在1993年被登记注册为我国的第一个病毒杀虫剂，目前年产200～400吨，年应用面积达200万亩次，在国际上具有较大的影响。我国许多地方都开展了不同规模的田间治虫试验，其中面积较大的有赤松毛虫质型多角体病毒（CPV），棉铃虫和油桐尺蠖核型多角体病毒（NPV）和菜粉蝶颗粒体病毒（GV）等病毒杀虫剂，而且取得了较好的防治效果。微生物农药的种类

细菌杀虫剂真菌杀虫剂病毒杀菌剂农用抗生素微生物除草剂微生物农药的特点：对脊椎动物和人类无害,不污染环境；对植物无毒害；能保护害虫天敌；昆虫不易产生抗药性；自然传播感染能力:有些昆虫病原微生物,可在昆虫群落中自然传播感染成流行病；容易进行大量生产。微生物杀虫剂

——细菌杀虫剂（bacterialinsecticide）是利用对某些昆虫有致病或致死作用的杀虫细菌，及其所含有的活性成分制成，用于防治和杀死目标害虫的生物杀虫制剂。作用机制是胃毒作用，通过肠细胞吸收，进入体腔和血液，使之得败血症导致全身中毒死亡全世界约有30多个国家100多家公司生产细菌杀虫剂，品种可达150多个，并已逐渐应用于蔬菜、林业、园艺、卫生害虫等领域的害虫防治中1）苏云金杆菌（Bt）用途最广、开发时间最长、产量最大、应用最成功占生物防治剂总量的95％以上，已有60多个国家登记了120多个品种美国用以防治蔬菜害虫和玉米害虫的面积分别占总面积的80％和50％，销售额从80年代末的4000万美元上升到90年代的5亿多美元我国于1959年引进Bt杀虫剂，1965年在武汉建成国内第一家Bt杀虫剂生产企业我国目前已登记的Bt杀虫剂粉剂有l6种，液剂l2种，生产厂家达76家，年产量达2.0×108kg-3.0×108kg由我国构建的高效杀虫重组苏云金杆菌，已于2000年底通过了安全评价，并获准进行商品化生产Bt应用的剂型：油悬剂

是指一类用经过试验可以作为菌剂助剂且不污染作物的油类作为载体的一种剂型。油类包括植物油或矿物油。作为稀释剂，要求油类本身具有良好的帖着性和展着性。容易附于蜡质或光滑的叶面。所以油悬剂具有粘着性和展着性好、抗雨冲刷能力强等优点

湖北省农业科学院生物农药工程研究中心

对棉铃虫的田间防效达85.3％96.0％微囊剂是指将有效成分包在囊壁物质中制成几微米至儿百微米的微小球体。靠改变囊壁厚度和孔径大小控制药物释放速度苏云金芽胞杆菌微胶囊制剂已开发了3种类型，一种是可喷洒性制剂，加水后形成的悬液可以直接用常规喷雾器喷洒；另一种是传统的颗粒饵剂，经过干、湿过程后颗粒之间仍保持相互分离；第三种是粘着性颗粒剂，与水接触后会发生部分膨胀，干燥后仍可粘着在作物叶片上漂浮块剂是缓释剂的一种类型。主要用于蚊虫幼虫的防治。苏善强等用粘合剂、凝结剂和松散剂按一定比例混合，加热溶解、搅拌、冷却后按所需剂量加入苏云金杆菌H14粉剂，压缩成边长1.5cm的正立方体块状缓释剂。现场毒杀埃及伊蚊幼虫的实际效果显示，按剂量0.0005％投药后1个月，室内幼虫密度布雷图指数从投药前的123.26降至2.56；投药后3个月，室外布雷图指数从投药前的136.11降至3.33，灭蚊持效时问达3个月以上油烟雾剂

烟雾载药技术防治植物病虫害具有工效高、用药经济、使用方便、收效快等优点，尤其适用于交通不便、水源困难、山坡陡峭、林木高大的林区病虫害防治

能直接对家蚕致死火箭抛撒剂型将苏云金芽胞杆菌工业菌粉进行复配后，装入火箭弹头，装菌量700g~50g。弹头将菌粉带到空中爆炸抛撤落粉，分布在防治目标的叶面上。弹头射高100～150m。射距200~300m，抛撒散落直径大于30m，抛撒环境温度低于65℃。经检测，抛撒后菌粉对马尾松毛虫的毒力效价不但没有下降，而且还因复配改良的原因有所上升。结果表明。这一抛撒方式有利于保护苏云金芽胞杆菌的生物活性，爆炸抛撒对菌粉芽胞也无不良影响紫外线防护剂型

苏云金芽胞杆菌制剂直接与适量化学紫外线吸收剂混合，即可取得防护效果苏云金杆菌制剂中加入木质素及蔗糖溶液，可以防止紫外线的伤害，提高残效期青虫菌、乳状芽胞杆菌、球形芽孢杆菌、金龟子芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、枯草杆菌、放射形土壤杆菌、洋葱球茎病假单胞菌、荧光假单胞菌、丁香假单胞菌、灰绿链霉菌2）其他细菌世界上已记载的杀虫真菌约有100属，800多种。各国应用研究最多的是白僵菌，其次是绿僵茵。此外，还有赤僵菌、虫生藻菌等微生物杀虫剂

——真菌杀虫剂1）白僵菌(Beaurevriabassiana)

研制较早，普及面积大、应用最广。美国已经产业化的两种白僵菌制剂，即：B.bassianoStrainTBl，Bb147和CHA，以及B.brongniar。菌株Bb-147是从被感染的玉米螟幼虫体上分离得到，其生产工艺由INRA研制而成。菌株TBI由美国的一家研究中心从墨西哥棉铃虫体内获得被用于防治螫草等地下害虫、天牛等蛀干害虫以及苹果食心虫，并且对蚊子幼虫也有效⋯。最近，由我国研制的绿僵菌农药，虽速效性较低，但7-9天可使蝗虫集中大量死亡，能有效控制蝗虫种群数量。药后持效期15天以上2）绿僵菌(Metarhiziumanisopliae)目前，已有30多个国家和地区，开展病毒防治害虫工作，20多个国家的30多种病毒杀虫剂已进行登记、注册、生产应用。病毒杀虫剂宿主特异性强，能在害虫群内传播形成流行病。也能潜伏于虫卵，传播给后代，持效作用长。缺点是施用效果受环境影响大，宿主范围窄已知的昆虫病毒有1600多种，其中60％为杆状病毒，可引起1100种昆虫和螨类发病，可控制近30％的粮食和纤维作物上的主要害虫。在昆虫病毒研究领域中，我国已发现报道的昆虫病毒近220种，约250株，其中，110株为我国首次分离得到。目前，已有20多种昆虫病毒进入大田试验推广，针对农牧业害虫的有l2株微生物杀虫剂

——昆虫病毒杀虫剂1993年。国内第一个昆虫病毒杀虫剂—棉铃虫核型多角体病毒(HaNPV)完成了产品注册登记，标志着我国昆虫病毒杀虫剂的研究开始从实验室走向实用化斜纹夜蛾NPV(虫瘟一号)、茶尺蠖NPV、茶毛虫NPV、黄地老虎GV及菜青虫GV杀虫剂20世纪80年代，我国引进昆虫病原线虫优良品种，并通过固体培养进行大量生产，90年代进行液体发酵生产昆虫病原线虫，也获得成功斯氏线虫：已在田间用于防治小菜蛾、桃小食心虫、地老虎、蝇蛆、天牛等害虫异小杆线虫“泰山1号”：已正式生产，防治人蜡螟等害虫，效染良好微生物杀虫剂

——线虫杀虫剂微孢子杀虫剂：是原生动物，它是经宿主口或卵或皮肤感染，并在其中增殖，使宿主死亡。当前用于农林防治的微孢子杀虫剂有3种，即：行军虫、云杉卷叶蛾和蝗虫微孢子虫1986年，从美国引进的蝗虫微孢子虫(Nosemalocustae)在防治草原蝗虫方面取得了显著效果，在短时间内迅速降低虫口密度，引起虫病流行，达到长期防治的目的。并通过研究建立大盆增殖微抱子虫的生产技术，年产制剂可供防治3×10hm草原蝗虫。1994年，防治面积超过1×10hm，虫1=1减退率在55％以上，并可有效降低蝗虫第二代种群密度微生物杀虫剂

——微孢子杀虫剂微生物杀菌剂是一类控制植物病原菌的制剂，主要有农用抗生索、细菌杀菌剂、真菌杀菌剂和病毒杀菌剂等类型。微生物杀菌剂主要抑制病原菌能量产生、干扰生物合成和破坏细胞结构。内吸性强、毒性低，有的兼有刺激植物生长的作用。目前，生产上应用的微生物杀菌剂，包括有井冈霉素、公主岭霉素、赤霉索、春雷霉素、农抗120、农抗5102、中生菌素、武夷菌素、浏阳霉素等·微生物杀菌剂除草剂双丙胺磷具有强烈的广谱杀草活性，能防治一年生和多年生的杂草，同时具有很高的杀螨活性1963年，我国首次将真菌用于杂草的生物防治，利用炭疽病“鲁保一号”防治大豆菟丝子。1966年以后，生物除草剂“鲁保一号”推广到全国2O多个省、市、自治区，防治效果稳定在80％以上微生物除草剂植物生长调节剂中的品种有细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、多聚寡糖（oligosaccharins）和超敏蛋白（Harpinprotein）巾国农业科学院，于20世纪5O年代发现“5406”，其活性有效成分为玉米素和激动素，在浙江嘉善微生物农药厂实现产业化生产，现已广泛用于蔬菜、柑桔、茶叶、烟草、人参等多种植物上国内植物生长调节剂发酵罐单罐生产最大吨位已达到50t，最小吨位也达20t

赤霉素微生物植物生长调节剂技术落后

多为发酵制作，生产工艺停留在自然筛选上，导致成本偏高价格偏高

生产企业规模小、设备差、缺乏资金和技术落后科研成果转化率低

广泛推广应用的主要是井冈霉素、阿维菌索和赤霉素3种微生物农药面临的问题农药市场比较混乱假冒伪劣农药充斥市场发展速度缓慢推广周期长，至少要六、七年时间；品种也不齐全，在农药中所占比例不到10％产品质量不稳定开发力度小投资太少，导致新产品开发的后劲不足，上市的微生物农药品种也不够齐全；生产结构不合理、企业生产规模小、研究开发与生产衔接不力三、食用菌食用菌资源十分丰富，全世界可供食用的真菌有2000多种。常见栽培品种有双孢蘑菇、草菇、金针菇、平菇、香菇、猴头菌、木耳、银耳、灵芝、和茯苓等。

原料：主要是农副产品下脚料。原料广原料：主要是农副产品下脚料农业下角料525×106t

工业下脚料50×106t

畜、禽粪便250×106t

还有大量野草资源

我国

约年产再生资源食用菌转化优质菌体蛋白不争人地力、效快益高食用菌人争粮

粮争地

地争肥

农争时不与生效快生长期短

理想短、平、快项目效益高:投入产出比一般为1：2返回本节人工栽培的金针菇市场广阔鲜菇消费量（kg/人、年)香港:4.8

日本:3.0美国:1.5

中国:0.5食物

结构

变化营养型→保健型、功能型动物蛋白→菌类蛋白、植物蛋白

属于供不应求的紧俏品有潜在的巨大市场

四、微生物饲料

（一）微生物饲料的概念及主要微生物微生物饲料是利用微生物的新陈代谢和个体的繁殖来生产和调制的饲料。与微生物饲料生产与调制有关，能提供菌体蛋白和有益代谢物，具备解毒、脱毒功能的有益微生物，称为饲料微生物。主要有细菌、酵母菌、担子菌和单细胞藻类等（1）利用微生物处理难利用的大宗饲料原料.

发酵原料的理化性状，增加适口性，提高消化率及营养价值；或解毒、脱毒，积累有益物质等。包括乳酸发酵（青贮饲料），粗饲料发酵，担子菌发酵，粪便发酵，屠宰残渣发酵，有毒饲料解毒，饼粕脱毒等。

（2）利用广泛存在的废弃物，矿物、纤维素，糖类资源生产菌体蛋白。如：饲料酵母、石油酵母，固态法菌体蛋白，食用菌，白地霉，光合细菌和微型藻等。

（3）利用微生物及其有益产物作饲料添加剂。抗生素，维生素，氨基酸，酶，微生物促长剂和各种微生态制剂。而药物，维生素，氨基酸和纯酶类一般不称为微生物饲料。上述三种形式很难截然分开，多半是互相结合在一起的，各有侧重而已。（二）诱人的前景

当前世界有三大难题：食物、环境和能源。这三个问题的解决，都与微生物有关，都与微生物饲料有关。如何解决蛋白饲料匮乏和有效利用组纤维是解决人类食物，改善环境，节约能源的重要环节，微生物饲料则是重要途径。21世纪生物饲料的发展前景：A、发展生物饲料符合环境保护的需要饲料被动物摄入后,各种营养成分不可能完全被动物吸收利用,没有被动物吸收的成分将随粪便排出。动物对各成分的利用率越高,则排泄物中的含量就越低,对环境的污染就越少。

B、生物饲料符合人类对保健食品的需求２１世纪人类的保健食品将是安全、无污染、无残留、丰富多样，并具备低脂肪、低蛋白质、低热量、多纤维和有预防疾病的成分等优点。动物性食品的安全,首先是饲料的安全,因此饲料本身的安全是生产绿色肉食品的基础。生物饲料由于自身的安全性,使人类食品的安全得到了保证。C、生物技术的高速发展,促进了生物饲料的发展近２０年来,生物技术得到了突飞猛进的发展,对微生物的分离、纯化、诱导技术越来越完善,具有安全性好的已知微生物种类越来越多,用于饲料的效果越来越好,保证了生物饲料品种系列化。D、生产生物饲料,是饲料企业提高竞争力的需要高科技技术的及时应用,将是今后饲料企业争夺市场的主要手段之一。生物饲料能有效地提高畜禽对饲料原料营养物质的消化吸收与利用,不但扩大了饲料原料应用的范围,缓解了饲料原料紧张的问题,而且更有助于降低饲料成本,增强企业的竞争力。E、配套生产设备的研制成功,保证了生物饲料的工业化生产。由于活菌不耐高温,超过６０℃时就有大部分菌被杀灭,成为生物饲料工业化生产的限制因素。江苏正昌集团研制生产出生物饲料的配套设备,解决了这个难题。生物饲料目前仍有一些技术需作进一步研究,如（１）活菌有胃肠道壁的定植效果;（２）与抗生素的拮抗问题等。F、巨大的市场潜力全世界缺蛋白饲料原料5亿吨以上，用耕地很难解决。若生产单细胞蛋白，如酵母，霉菌，担子菌、光合细菌，氢细菌，微型藻类，可在发酵罐中生产。用35个250m3的发酵罐，一年可生产45000－60000t优质蛋白饲料原料，相当于280－400万立方米土地栽培大豆的生产能力。前苏联1982年生产单细胞蛋白110万吨。我国仅食品、轻工废水年排放2千万吨以上，利用之生产单细胞蛋白至少在10万吨以上，而实际生产不到1万吨，可见潜力之大。我国每年有5亿吨以上的秸杆产量，如用微生物处理3亿吨，很好地利用，相当于增加8100万吨麦，等于现在全国全部饲料。（三）生产与应用1、可作饲用微生物种类：细菌：乳酸菌、粪链球菌、双岐杆菌、光合细菌、氢细菌、芽胞杆菌、纤维素分解菌等。酵母：啤酒酵母，产朊假丝酵母，热带假丝酵母，解脂假丝酵母等及白地霉。霉菌：根霉、曲霉、青霉和木霉等。担子菌：小齿薄耙齿菌及柳叶皮伞，还有大量食用真菌如香茹、木耳等。微型藻：螺旋蓝藻和小球藻等。

美国食品与药物管理局和美国饲料公定协会发表的可直接饲喂的微生物：（1）黑曲霉；（2）米曲霉；（3）凝固芽胞杆菌；（4）粘连芽胞杆菌；（5）地衣形芽胞杆菌；（6）短小芽胞杆菌；（7）枯草杆菌（仅限于生产抗生素的区系）；（8）压氧性拟杆菌；（9）发酵乳杆菌；（10）纤维二糖乳杆菌；（11）乳酸杆菌；（12）胚芽乳杆菌；（13）罗特氏乳杆菌；（14）肠系膜明半球菌；（15）乳酸片球菌；（16）毛状拟杆菌；（17）瘤胃拟杆菌；（18）猪拟杆菌；（19）青春双岐杆菌；（20）动物双岐杆菌；（21）婴儿双岐杆菌；（22）长双岐杆菌；（23）嗜热性双岐杆菌；（24）嗜酸乳酸杆菌；（25）短乳杆菌；（26）保家利亚乳杆菌；（27）干酷乳杆菌；（28）啤酒片球菌；（29）戌糖片球菌；（30）费氏丙酸菌；（31）谢曼氏丙酸杆菌；（32）酿酒酵母；（33）乳酸链球菌；（34）二乙酰乳酸连球菌；（35）粪链球菌；（36）中（间）链球菌；（37）乳链球菌；（38）嗜热链球菌。

2、培养底物的选择。培养底物和培养基是类似又有区别的二个概念。相同点：提供必需的能量，蛋白质、矿物质营养成分。不同点：底物量大，主要是被处理，调制的对象，如植物秸杆，农付产品，工业下脚，矿物和废物等。微生物与底物必须相适应，有时多种微生物接续应用。如生产石油酵母，选热带假丝酵母和解脂酵母。为了降解木质素，选小齿薄耙齿菌等担子菌。为了降解粗纤维，选能分泌纤维素分解酶的木霉等。

3、生产工艺设备和环境控制从底物形态分：液态和固态，深层和浅层，熟料和生料发酵。从利用角度看：有的利用纯微生物或其代谢产物；有的主要利用经微生物处理后的底物，当然微生物也一起被利用。产品有的是经干燥、粉碎后应用，有的为液态，有的为半干产品。有的是供氧，有的厌氧。4、不同动物，需要不同微生物饲料动物有单胃、复胃；草食、杂食、肉食；陆生、水生之分。它们对饲料的消化利用不同，对营养需要不同。不同动物体内的微生态，存在着差别。微生物饲料的生产和选用都应有较强的针对性。高粗纤维的秸杆、农付产品，经过微生物处理，喂牛羊鹿驼马甚至兔和鹅都可能很，喂猪鸡是不行的。光合细菌，微型藻可能更适合于水生动物。5、产品方向不同，对产品要求不同，适用对象不同。有的微生物饲料，专以调制底物为主，最成功的是青贮饲料。有的微生物饲料是以生产菌体蛋白或单细胞蛋白为主，有的是微生物促长剂。有的是以生产微生态制剂为主。6、研究创新与生产应用的关系。由微生物饲料的特点，优势所决定，它是一类极有前途的饲料。微生物饲料而言，研究与生产，创新与实用脱节严重。科普宣传，推广应用，售后服务做得都不够。对微生物饲料的无知加上大量夸大甚至欺骗性宣传，导致真假难辩，现今微生物饲料的声誉并不好。这一点应引起研究者，生产者，经营者，使用者，行业管理者的共同深思。

随着世界人口的急剧增长，食物缺乏日益显著，传统的农业将不能提供足够的食物来满足人类的需求，尤其是蛋白质资源短缺。据统计，目前蛋白质供需之间相差2500万吨。因此研究者们在寻求利用微生物将可再生性生物资源及其他廉价资源转化成蛋白质，开拓了从高含量蛋白的微生物中获取蛋白质的新领域，即单细胞蛋白的生产，目前这已成为国际瞩目的研究课题。（四）单细胞蛋白（SCP）单细胞蛋白是通过培养单细胞生物作为动物饲料蛋白质来源的酵母、细菌、放线菌、霉菌、藻类和高等真菌等微生物的干细胞。这些菌体细胞含有大量的蛋白质、糖类、脂肪、维生素和无机盐等营养成分。目前，国内外用于SCP工业化生产的微生物主要有酵母、小球藻、螺旋藻和丝状真菌等。酵母菌由于对营养的要求低，适应性强，蛋白含量高，氨基酸的种类齐全，富含维生素与微量元素，并能在动物体内表现较高的酶活性，因而广泛应用于SCP生产。其主要原料包括农副产品（如麦麸、米糠、饼粉等）、工业废液（糖厂、淀粉厂、纸厂废液等）和石油化工产品（石蜡、烷烃和醇类等）微生物使用原料酵母菌

酿酒酵母假丝酵母废糖蜜、淀粉糖化液、甘蔗渣纸浆废液、木材糖化业、乙醇、淀粉废水、味精废液

解脂假丝酵母正烷烃、

克鲁维酵母乳清夜绿色木霉甘蔗渣

丝状真菌禾本镰孢菌米曲霉黑曲霉拟青霉藻类小球藻细菌乳酸菌氢细菌放线菌诺卡氏菌废糖蜜、淀粉渣咖啡加工废液柑桔加工废液纸浆废液二氧化碳、太阳能乳清氢气

废弃饲料微生物蛋白同传统动植物蛋白相比的优点（1）微生物生长快，蛋白产量高。（2）微生物的蛋白质含量高，氨基酸组成齐全，富含维生素，营养价值大。适于生产SCP的有机物需满足的条件：（1）价格低廉（2）易于被微生物降解（3）原料供应可靠，储存经济安全（４）原料运输方便（５）质量稳定且可预测单细胞蛋白的缺陷

（1）核酸含量很高。人体不容易消化核酸，核酸代谢会产生大量尿酸，人体没有尿酸酶，尿酸可能导致肾结实和痛风。（2）有毒性物质存在的可能性。如微生物从培养基中吸收重金属及自身代谢产生的毒素等，因此，必须投入大量资金、人力和物力进行质量检测。（3）不容易消化。由于微生物细胞在人类消化管中消化得较慢，还有些细胞壁组分不能被消化，因此可能会使一些食用者产生消化不良或过敏症状。（4）价格较高。

单细胞蛋白的生产价格较其他来源的蛋白质如鱼粉、大豆蛋白等为高，尚难与之竞争，这依赖于生产工艺的改进和生产成本的降低。近年来单细胞蛋白研究方向的变化

（1）生产原料从矿物产品转向可再生性生物资源。从60年代起，英、美、日、意等国家都在研究利用石油或石油副产品生产单细胞蛋白。70年代英国的Imperial化学公司（ICI）利用能利用甲醇作为碳源的基因工程菌生产单细胞蛋白，但所生产的单细胞蛋白成本仍然很高。最近单细胞蛋白又成为人们所关注的研究热点，是因为人们可利用再生性生物资源生产单细胞蛋白，据估计地球上每年靠光合作用生成的碳水化合物量达一千亿吨，其中农业植物获得的纤维素量亦甚可观，以之作为生产单细胞蛋白的原料，自然成为关注的目标。

（2）从单纯生产单细胞蛋白提供饲料，转为消除环境污染、促进资源的多层次利用、改善生态系统循环、提供新型蛋白质产品几个方面互相结合。单细胞蛋白能否成功地投入使用其关键是成本问题。人们正在努力寻找一种经济的方法从发酵工业排放的废水、废渣、农产品加工的淀粉质、纤维质废弃物及生活废弃物中生产单细胞蛋白，这样单细胞蛋白的生产就可以广泛应用于生物除污的过程中。

（3）从现代技术高度集中的大型厂转向技术要求较低、生产流程和设备简化的中小型工厂，适于向农村地区推广。例如用粗粮或甜菜、甘蔗、马铃薯等的渣粕进行固体发酵，微生物繁殖后其蛋白质含量可提高到精饲料水平。原料可就地取材，产品也可就地使用。（4）从单一生产蛋白饲料，转为生产食用蛋白，直接供人消费，减少畜牧业上物质转换的损失。

酵母是一类广泛用于SCP生产的菌株，其蛋白质含量高达50%以上，氨基酸组成与牛肉相近，氨基酸齐全，具多种水解酶的活性，并含丰富的B族维生素，含有促进动物生长的生物活性物质，并且酵母细胞大、易培养，产品易分离回收。应用于SCP生产的常用酵母有酿酒酵母属、汉逊酵母属、毕赤酵母属和假丝酵母属中的产朊假丝酵母、热带假丝酵母、解脂假丝酵母、扣囊拟内孢霉和白地霉等.举例：

酵母

是工业最常用菌种之一,不仅蛋白质含量高,还含有丰富的转化酶、核酸、麦角质醇、维生素C、凝血质和辅酶A等活性因子，是生产食用、药用和饲料用单细胞蛋白的常见菌株。（1）酿酒酵母（S.cerevesiae）根据细胞的长与宽的比例酿酒酵母可分3组：1）细胞为卵圆形，长与宽的比值为1-2。这类酵母可用于制作面包和酿造酒精。2）细胞形状以卵圆形和长卵圆形为主，也有些圆形或短卵形，长与宽的比例通常为2，常形成假菌丝，但不发达也不典型。这类酵母可用于酿造葡萄酒、果酒，也可以用来酿造啤酒、蒸馏酒和酵母生产，亦称葡萄酒酵母（S.ellisoideus）。3）大部分细胞长宽之比大于2，其特点是耐高温、高压，可忍受高浓度的盐。该酵母原称威尔酵母。常用于以糖蜜为原料生产酒精。汉逊酵母属（Hansenula）中以异常汉逊酵母异常变种为代表，细胞为圆形、椭圆形或腊肠形，直径4-7μm，大小为（2.5-6）μm×（4.5-20）μm，多边芽殖，有发达的假菌丝。液体培养时，液面有白色菌醭，培养基浑浊，有菌体沉淀于底部。在一定的培养条件下，可由细胞生成子囊，每个子囊有1-4个帽子形的子囊孢子，子囊孢子在从子囊内放出后常不散开。生长在麦芽汁琼脂培养基上的菌落平坦，乳白色，边缘呈丝状。这类酵母能产生乙酸乙酯香味。它氧化烃类化合物的能力强，可以以甘油作为碳源，能同化硝酸盐。其菌体还能积累L-色氨酸，是生产单细胞蛋白优选菌种之一。（2）汉逊酵母

假丝酵母属（Candidaberkhout）为无性繁殖，多边芽殖，细胞圆形、卵形或腊肠形，有假菌丝和真菌丝，可生厚垣孢子，无有性孢子。其不产生色素，很多种有酒精发酵能力，有的种能利用农副产品或碳氢化合物生产蛋白质，以供食用或饲用。其代表种有产朊假丝酵母、热带假丝酵母和解脂假丝酵母。（3）假丝酵母产朊假丝酵母细胞呈圆形、椭圆形或圆柱形，大小为（3.5-4.5）μm×（7-13）μm。液体培养时无菌醭产生，有菌体沉淀，能发酵。在麦汁琼脂培养基上培养时菌落为乳白色，平滑，有光泽或无光泽，边缘整齐或呈菌丝状。在玉米粉培养基上培养时只能产生不发达的假菌丝或无假菌丝。