淺談微生物與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)

王海燕

（天津艾賽博生物技術(shù)有限公司，天津 300457）

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是指用現(xiàn)代工業(yè)力量裝備、用現(xiàn)代科技武裝、以現(xiàn)代管理理論和方法經(jīng)營，以及生產(chǎn)效率達(dá)現(xiàn)代先進(jìn)水平的農(nóng)業(yè)，是比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)更先進(jìn)的農(nóng)業(yè)發(fā)展形態(tài)。目前，我國正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)加速轉(zhuǎn)變的時(shí)期，各種先進(jìn)的裝備、技術(shù)、管理理念和經(jīng)營方式逐漸應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，使我國農(nóng)業(yè)呈現(xiàn)出持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的好勢頭。

在當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械、化肥、農(nóng)藥及除草劑等的大量使用，雖然極大地提高了土地生產(chǎn)率和勞動(dòng)生產(chǎn)率，但同時(shí)也帶來如環(huán)境污染、耕地退化、土壤板結(jié)、作物病蟲害加重、生態(tài)條件惡化及產(chǎn)品質(zhì)量下降等一系列不良的后果，致使農(nóng)業(yè)和社會(huì)的持續(xù)發(fā)展陷入困境。針對(duì)這一弊端，一直存在于環(huán)境中，個(gè)體微小卻在物質(zhì)循環(huán)、營養(yǎng)轉(zhuǎn)化及能量流動(dòng)中起到重要作用的微生物，隨著“白色農(nóng)業(yè)”概念的提出，在現(xiàn)代科技的推動(dòng)下，在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中從被動(dòng)和隱性變?yōu)橹鲃?dòng)和顯性，以新的形式開始逐步進(jìn)入現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中。目前，微生物進(jìn)入農(nóng)業(yè)的領(lǐng)域主要是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品加工、農(nóng)業(yè)廢棄物處理、農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)及農(nóng)業(yè)生物技術(shù)，以微生物肥料、微生物農(nóng)藥、微生物飼料、微生物食品和微生物能源等為代表的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的研究和開發(fā)利用取得了長足發(fā)展。

1 微生物肥料

微生物肥料是指由有效菌類與吸附材料混合在一起經(jīng)過人工培制而成的，施用后利用微生物的生命活動(dòng)使作物得到特定肥效的生物制劑，也稱為菌肥。按照微生物種類可分為細(xì)菌肥和真菌肥；按照劑型可分為液體和固體；按照內(nèi)含物可分為單菌株制劑、多菌株制劑和微生物加增效物。比較常見的是固氮類菌肥、磷解類菌肥、鉀解類菌肥、復(fù)合類菌肥和微生物生長調(diào)節(jié)劑等。

微生物肥料主要作用機(jī)理：一是提高土壤肥力。固氮類菌肥通過生物固氮作用，在固氮酶的催化作用下，將空氣中游離的分子態(tài)氮轉(zhuǎn)化固定成為植物可利用的化合態(tài)氮素，增加土壤中的氮素來源。磷解類和鉀解類等菌肥可分泌多種有機(jī)酸,通過螯合作用促使難溶性磷及封閉態(tài)鉀等的釋放，轉(zhuǎn)化成易溶性的礦質(zhì)化合物，使環(huán)境中的營養(yǎng)充足，幫助植物對(duì)這些礦質(zhì)元素吸收。復(fù)合類菌肥中含有兩種或兩種以上的微生物，并可添加有機(jī)肥、無機(jī)肥和微量元素等其它物質(zhì)，按照作物需求科學(xué)配比，達(dá)到供肥均衡和肥效持久的目的。二是調(diào)節(jié)植物生長。微生物生長調(diào)節(jié)劑主要是一些微生物產(chǎn)生如生長素、吲哚乙酸和赤霉素等激素類物質(zhì)以及多種維生素和氨基酸等，這類微生物肥料在施用后，能夠刺激和調(diào)節(jié)作物生長，起到單施化肥所達(dá)不到的促進(jìn)植物生長代謝的作用。三是增強(qiáng)植物抗性。微生物菌肥中含有多種非病原微生物菌群，在微生物的生長繁殖過程中，能分泌多種抗生素、殺蟲物質(zhì)及植物生長激素，并可誘導(dǎo)植物產(chǎn)生過氧化物酶、多酚氧化酶及苯甲氨酸解氨酶等參與植物防御反應(yīng)，抑制植物病原微生物的活動(dòng)，提高作物的抗逆性，減少病蟲害發(fā)生。

微生物肥料不僅使作物產(chǎn)量增加，更能達(dá)到農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的改善、提高化肥利用率、改良或修復(fù)土壤、降低病蟲害的發(fā)生及保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境等多方面功效。在當(dāng)前倡導(dǎo)生態(tài)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)和有機(jī)農(nóng)業(yè)的時(shí)代，微生物肥料的開發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用力度在逐步加大，也將進(jìn)一步在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮其應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值。

2 微生物農(nóng)藥

微生物農(nóng)藥是利用微生物或其代謝物來防治農(nóng)業(yè)有害物質(zhì)的生物制劑。按作用物分為真菌農(nóng)藥、細(xì)菌農(nóng)藥、病毒農(nóng)藥和抗菌素農(nóng)藥等，按用途分為殺蟲劑、殺菌劑和除草劑等。

微生物殺蟲劑是目前應(yīng)用最多的生物農(nóng)藥，占整個(gè)生物防治劑的90%以上，包括細(xì)菌殺蟲劑、真菌殺蟲劑和病毒殺蟲劑等。細(xì)菌殺蟲劑中B t（蘇云金芽孢桿菌）殺蟲劑是研究最深入和應(yīng)用最廣泛的，它能防除糧、棉、茶及果等150多種鱗翅目害蟲，藥效比化學(xué)農(nóng)藥提高55%。作用機(jī)理是胃毒作用，昆蟲攝入病原細(xì)菌制劑后全身中毒死亡。真菌殺蟲劑利用白僵菌和黃僵菌等真菌，通過接觸蟲體后侵入并寄生繁殖達(dá)到殺蟲作用。病毒殺蟲劑主要利用昆蟲桿狀病毒感染蟲體，并通過傳播使群體持續(xù)感病死亡。微生物殺菌劑包括農(nóng)用抗生素、細(xì)菌殺菌劑和真菌殺菌劑等。農(nóng)用抗生素由多種微生物特別是放線菌所產(chǎn)生，可抑制有害微生物生長，如防治水稻紋枯病的井崗霉素等，有些抗生素除了防治病害外，還有促進(jìn)植物生長作用。細(xì)菌和真菌利用對(duì)不同植物病原菌的特異性選擇，通過抑制病原菌能量產(chǎn)生、干擾生物合成和破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，達(dá)到殺菌的目的。微生物除草劑是用雜草菌素和細(xì)交鏈孢霉素等雜草病原微生物制成的制劑，通過大面積噴灑，抑制雜草的正常生理代謝實(shí)現(xiàn)殺滅目的。

相比較化學(xué)農(nóng)藥，微生物農(nóng)藥具有選擇性強(qiáng)，對(duì)人、畜、農(nóng)作物和自然環(huán)境安全，不傷害天敵，不易產(chǎn)生抗性，維護(hù)生態(tài)平衡等特點(diǎn)，將為農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)安全生產(chǎn)和降低有毒物質(zhì)殘留量提供技術(shù)和物質(zhì)保障。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)越來越高的要求，微生物農(nóng)藥是今后農(nóng)藥的發(fā)展方向之一。

3 微生物飼料

微生物飼料是指含微生物菌體或代謝產(chǎn)物的飼料和飼料添加劑。利用微生物在飼料原料中的生長繁殖和新陳代謝，積累有用的菌體、酶制劑、維生素、抗菌素和中間代謝產(chǎn)物，將飼料原料轉(zhuǎn)化為微生物菌體蛋白、生物活性小肽類氨基酸、微生物活性益生菌及復(fù)合酶制劑為一體的生物發(fā)酵飼料。微生物飼料不但可以彌補(bǔ)常規(guī)飼料中容易缺乏的氨基酸，而且能使其它粗飼料原料營養(yǎng)成份迅速轉(zhuǎn)化，達(dá)到增強(qiáng)消化吸收利用效果。能夠用于微生物飼料的生產(chǎn)及調(diào)制的微生物，主要有細(xì)菌、酵母菌、擔(dān)子菌及部分單細(xì)胞藻類微生物等。主要產(chǎn)品為單細(xì)胞蛋白（SCP）、發(fā)酵飼料、微生物添加劑及酶制劑等。

主要由微型藻類及一些富含蛋白質(zhì)的微生物產(chǎn)生的菌體單細(xì)胞蛋白（SCP），如飼料酵母、菌體蛋白及食用菌菌絲等，不但蛋白質(zhì)含量豐富，而且還含有脂肪、糖、核酸、維生素和無機(jī)元素，營養(yǎng)價(jià)值很高。生產(chǎn)發(fā)酵飼料的菌種有纖維素分解菌、霉菌及酵母菌等，利用微生物的發(fā)酵作用來改變秸稈及餅粕等飼料原料的理化性能，將一些不易消化吸收的成分轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素及有機(jī)酸等可給態(tài)，提高營養(yǎng)價(jià)值和適口性，提高消化吸收率，延長貯存期限，常見的有青貯飼料、發(fā)酵粗飼料、畜禽糞便與動(dòng)物下腳料發(fā)酵飼料及脫毒餅粕類飼料等。微生物飼料添加劑主要由芽孢桿菌屬、乳酸菌屬、酵母、雙歧桿菌屬及部分霉菌等菌種產(chǎn)生，其在動(dòng)物體內(nèi)的作用主要抑制和阻止腸內(nèi)有害菌的繁殖，激發(fā)動(dòng)物自身有益菌種繁殖增長，實(shí)現(xiàn)微生態(tài)平衡，提高飼料轉(zhuǎn)化率，免疫刺激等。用細(xì)菌和霉菌發(fā)酵生產(chǎn)的淀粉酶、纖維素酶和蛋白酶等酶制劑，參與生物體內(nèi)各種反應(yīng),提高酶促反應(yīng)的速度,增強(qiáng)動(dòng)物對(duì)飼料的消化和利用，并改善動(dòng)物體內(nèi)的代謝效能。

利用微生物加工和調(diào)制飼料具有物理和化學(xué)方法所不可替代的優(yōu)勢，其原料來源廣泛，投資少效能高，代謝旺盛，產(chǎn)出率高，不受生產(chǎn)產(chǎn)地和氣候條件所限制，可以保護(hù)環(huán)境。在當(dāng)前常規(guī)飼料生產(chǎn)成本居高不下的環(huán)境下，發(fā)展微生物飼料的潛力十分巨大，對(duì)促進(jìn)畜牧產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展起到了非常關(guān)鍵的作用。

4 微生物食品

微生物食品比較常見的有食用菌、微生態(tài)食品和微型藻食品等。其中，食用菌屬于真菌，素有“植物肉之稱”，是21世紀(jì)八大營養(yǎng)保健食品之一，目前我國已知的食用菌有350多種，多數(shù)如香菇、草菇及木耳等屬擔(dān)子菌亞門，少數(shù)如羊肚菌等屬于子囊菌亞門，分別生長在不同的地區(qū)和不同的生態(tài)環(huán)境中。食用菌含有豐富的蛋白質(zhì)和多糖，具有較高的營養(yǎng)和食療價(jià)值。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，人工培養(yǎng)栽培種的菌絲通過全天候的集約化經(jīng)營和工廠化的生產(chǎn)，加快了食用菌的繁殖速度，提高了產(chǎn)量，滿足了人們的需求。酸奶及紅茶菌等微生態(tài)食品含有豐富的乳酸菌及酵母菌等活菌，這些活菌產(chǎn)生對(duì)人體有益菌生長的代謝產(chǎn)物和能促進(jìn)有益生長的促進(jìn)因子，成為人們喜歡的食品。螺旋藻是典型的微型藻食品，屬于藍(lán)藻門，別名藍(lán)細(xì)菌，含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)成分，以光合作用獲取高蛋白質(zhì)產(chǎn)物這一代謝途徑將顯示出它獨(dú)特的功能和巨大的生命力，目前人們對(duì)螺旋藻正在進(jìn)行全方位的開發(fā)研究。

微生物食品不僅能提供蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物和維生素等生理活性物質(zhì)，而且具備生理保健功能，參與機(jī)體調(diào)節(jié)，改善體內(nèi)微環(huán)境。由于現(xiàn)代微生物技術(shù)使人們可以不受土地、季節(jié)和氣候限制，短期內(nèi)在工廠里生產(chǎn)出天然、營養(yǎng)和保健的微生物食品，在單純動(dòng)植物源食品不能滿足人們營養(yǎng)需求的情況下，發(fā)展微生物食品擁有巨大潛力。

5 微生物能源

目前，微生物在農(nóng)業(yè)能源領(lǐng)域上應(yīng)用主要以沼氣為主。沼氣可以利用農(nóng)用廢棄物或家畜糞便在一定溫度、濕度、酸度及厭氧條件下，經(jīng)過多種沼氣微生物發(fā)酵作用產(chǎn)生的可燃性混合氣體，其主要成分是甲烷。沼氣可用于照明、炊事及生產(chǎn)供能等。

沼氣微生物主要包括發(fā)酵性細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌等幾大類群，發(fā)酵主要經(jīng)過三個(gè)階段：第一階段是液化階段，發(fā)酵性細(xì)菌群先把碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪等復(fù)雜的有機(jī)物水解成簡單的物質(zhì),然后把水解產(chǎn)物進(jìn)一步發(fā)酵，生成結(jié)構(gòu)簡單的有機(jī)酸、醇、二氧化碳及氨等。第二階段是產(chǎn)酸階段，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌將第一階段所產(chǎn)生的除甲酸、乙酸和甲醇外的有機(jī)酸和醇類，進(jìn)一步分解成乙酸、氫及二氧化碳等。第三階段是產(chǎn)甲烷階段，產(chǎn)甲烷菌將前兩個(gè)階段發(fā)酵產(chǎn)生的乙酸、二氧化碳、一碳化合物和甲酸、甲醇等為底物,代謝生成甲烷和二氧化碳,完成沼氣發(fā)酵。

沼氣是可再生的清潔能源，既可替代秸稈、薪柴等傳統(tǒng)生物質(zhì)能源，也可替代煤炭等商品能源，而且能源效率明顯要更高。發(fā)展沼氣在我國農(nóng)村不僅是一項(xiàng)能源建設(shè)，而且是一項(xiàng)有效的環(huán)保和生態(tài)建設(shè)，優(yōu)化廣大農(nóng)村地區(qū)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，是中國能源戰(zhàn)略的重要組成部分。

6 微生物在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的發(fā)展前景

微生物與農(nóng)業(yè)緊密結(jié)合形成的微生物農(nóng)業(yè)，它遵循生態(tài)學(xué)原理,填補(bǔ)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)潛在生態(tài)位，減少能源和資源消耗，減輕環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)動(dòng)植物安全生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，提高有機(jī)廢棄物的利用效率，對(duì)建立農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)“新結(jié)構(gòu)”、開辟農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“新領(lǐng)域”、創(chuàng)造農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式“新模式”有著積極促進(jìn)作用。在當(dāng)前我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)的關(guān)鍵時(shí)期，農(nóng)業(yè)微生物資源的開發(fā)與利用具有明顯的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。

［1］沈曉豐，蒲林昌.開發(fā)白色農(nóng)業(yè)走出傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的困境[J].經(jīng)濟(jì)師，2002（11）：68-69.

［2］黃曉東，盧林綱.植物促生菌及其促生機(jī)理[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2002（6）：13-15.

［3］趙興，秀何義.微生物農(nóng)藥的研究應(yīng)用及前景展望[J].四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，18（1）：108-110.

［4］張以芳.微生物飼料的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景[J].中國飼料，2001（3）：12－13.

［5］錢澤澎，等.沼氣發(fā)酵微生物學(xué)[M].杭州：浙江科技出版社，1996.