1、 微生物在農業生態中的作用西北農林科技大學資環學院摘要： 土壤中存活著大量的微生物，在各個領域都具有重要的作用。本文論述了微生物在農業方面的作用，包括農田土壤環境，植物的營養吸收，以及在肥料、農藥上的應用，綜合的分析了其在各個環節的作用，以期為微生物的研究提供參考意見。關鍵詞： 微生物；農業；生物肥料；生物農藥0 前言微生物是指一切肉眼看不到的，需要借助顯微鏡觀察的微小生物，包括細菌、病毒、真菌以及一些小型的原生動物等在內的一大類生物群體。它們個體微小，與我們生活密切相關。微生物能夠致病，能夠導致食品、布匹、 皮革等發霉腐爛，但微生物也有好的一面。最早是弗萊明從青霉菌抑制其它細菌的生長中發現了

2、青霉素， 是醫學上的一次重大發現。后來大量的抗生素從放線菌等的代謝產物中篩選出來 1。 經濟作物柑橘的致病菌是國際上第一個發表了全序列的植物致病微生物。還有一些在分類學、生理學和經濟價值上非常重要的農業微生物，例如：胡蘿卜歐文氏菌、植物致病性假單胞菌2 。微生物體小面大代謝快，生長繁殖快，并且可以生產各種酶類，一些有益的分泌物， 都會對外界環境產生影響。因此， 對微生物本身或者其產生的次生代謝產物的應用研究具有現實意義。尤其是在農業上的開發與利用，比如肥料、農藥等， 不僅對生態環境具有保護作用，而且對農產品的質量也具有一定的提高作用。本文綜述了微生物在農業各個方面的應用。為微生物在農業上的研究

3、提供參考意見。微生物對農田土壤的作用創造土壤、改善土壤環境土壤的形成、除物理、化學囚子外, 微生物起主要作用, 某些地衣、硫藻、細苗等對巖石礦化起重要作用, 類硅酸鹽細菌有使砂子變土壤的能力。土壤中的微生物還具有降解和轉化毒害物質的能力, 對土壤的修復起到一定的作用3 。微生物在土壤改良方面也具有重要的作用。日本環境研究中心的研究人員利用一種黃色桿菌 , 能在分酸性和富含鋁條件下生長繁殖, 結果證明 , 該細菌能提高土壤pH值 , 并降低鋁離子濃度, 通過微生物的作用改善廠酸性土壤4 。增加土壤有機質的含量土坡表層生長的藻類,其有光合色素、通過光合作用制造有機物,增加十壤中的有機物,固氮菌能固

4、定空氣中的氮,使土壤中的氮增加,有些腐生菌能把土壤中的動、 植物殘體和有機肥料分解,增加土壤肥力5。 并且有些微生物本身能夠分泌 TOC o 1-5 h z 有機物質，釋放到土壤中。土壤微生物能促使根系周圍的有機物形成腐殖酸，促進植物生長發育。提高土壤中營養物質的轉化和有效性土壤中的原生動物通過吞食細菌、單細胞藻類、真菌袍子和有機殘片等,對有機物的分解有重要作用,并促進物質轉化。真菌能分解纖維系、木質素和果膠,真菌菌絲的積累,使土壤的物理結構得到改善6。 微生物能夠分泌有機酸，降低土壤中的 pH 值，對一些營養元素的溶解性，移動性和有效性都具有提高的作用。比如Fe、 Mn 等元素。2 對農作物

5、的影響根際土壤中來自根系的有機物質可占植物光合產物的30左右7。其成分可從簡單的碳水化合物、氨基酸到復雜的生長物質等。VA 菌根是土壤中某些真菌和宿主植物的互惠共生體，能夠增加了植物對磷素和硫、銅、鋅、硼等微量元 TOC o 1-5 h z 素的吸收，也可以提高作物的抗性能力，包括抗旱、抗病和抗逆能力8。促進植物對N、 P 等營養元素的吸收共生固氮根瘤菌與豆科植物共生，可以為豆科植物提供氮素。土壤微生物量氮屬土壤可礦化氮，土壤微生物量氮與土壤可礦化氮間有十分密切的正相關9。芽抱桿菌屬的一些磷細菌能分解磷礦石和骨粉,促進了土壤中磷的分解和釋放,能改善了植物磷素的營養狀況。叢枝菌根在農田廣泛分布,

6、能提高植物磷素營養,因為菌絲的表面積很大,擴大了根系對磷的吸收范圍,而且菌絲的表面對磷具有很強的親和力10。叢枝菌根產生的有機酸能溶解礦質態磷,對磷鐵礦的作用潛力更大。產生生長素,促進作物生長土壤中的微生物包括細菌、真菌、酵母、放線菌、藻類等都具有合成生長素 (IAA) 和類生長素物質的能力。李春儉、張福鎖認為植物根系中產生植物生長調節物質的微生物群落的數量很大,例如從不同的植物根際中分離出來的50 種微生物中分別由86%、 58%和 90%的微生物可以產生生長素(1AA),赤霉素 (GA)或激動素類物質12。微生物在化肥上的應用微生物肥料是農業生產中使用的肥料制品，它是利用微生物的生命活動及

7、生命代謝產物的作用，為農作物提供營養元素，達到提高產量和品質，提高土壤肥力的目的13。按照作用機理分類，可以分為根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷菌肥料、解鉀菌肥料。微生物肥料的作用改善土壤的肥力狀況固氮微生物可以和豆科植物形成共生體，可以將空氣中的氮氣轉化為植物生長的可用氮素，增加土壤中的氮素來源。一些溶磷、解鉀的微生物，比如一些芽孢桿菌、 假單胞菌，可以將土壤中的難溶性磷、鉀轉變成可供植物吸收利用形態14。微生物還可以分泌一些有機物質和有機酸，一方面可以增加土壤的有機質含量， 另一方面，還可以促進一些難溶性物質的溶解，增加它們的移動性和有效性。 比如分泌的有機酸物質，其中的陰離子可以和磷結合，減

8、少土壤的固定作用，增加磷元素的有效性。微生物能分泌酶類，可以促進有機態營養物質的礦化作用，增加土壤中養分濃度。協助農作物吸收營養肥料中的根瘤菌可以侵染豆科作物的根部而形成根瘤，根瘤菌類菌體利用空氣中的氮轉化為氨，進而轉化為其他可被植物吸收利用的形態，為作物提供優質氮素 15。化肥氮施入土壤中容易造成損失，如氨揮發，硝態氮的淋溶損失等，肥料的利用率不高，而且會造成環境的污染問題，但微生物提供的氮素幾乎全部被植物吸收，利用率高又不污染環境。提高植物的抗性能力特別是一類根際微生物，如植物促生根圈細菌(PGPR)，它們可以分泌一些促進植物生長的物質。Hussain等分析了熒光假單胞菌的代謝產物，發現所

9、有的菌株都能產生赤霉素和類赤霉素物質，部分菌株能夠產生吲哚乙酸。許多學者發現 PGPR的生物控制與腐霉菌引起的幼苗猝倒病有關。還能夠控制植物的病害， PGPR類能夠產生鐵載體，將鐵整合起來，抑制有害微生物的生長，有的能產生抗生素，可限制多種病害16。不同種類的微生物肥料磷細菌肥料磷細菌肥料是一類促進土壤有機態或無機態磷化物轉化為有效磷，從而改善作物磷速營養的菌肥。磷細菌主要分為兩大類，一類是分泌酸使不溶性磷礦物溶解為可溶性磷酸鹽；另一類是通過某些細菌產生一些酸性物質，使土壤中的難溶性磷素、 磷酸鋁以及有機鹽酸礦化，形成可被植物吸收利用的磷素，以供植物吸收利用17。磷細菌肥料具有較大的實用意義，

10、因為施入土壤中的磷肥，其利用率不高的主要原因就是被土壤膠體所固定，而無法被植物吸收利用，磷細菌的作用可以增加土壤中磷素的有效性。鉀細菌肥料鉀細菌肥料主要成分是活的硅酸鹽細菌，如膠質芽孢桿菌和環狀芽孢桿菌等。這類細菌可以分解正長石、磷灰石，釋放磷、鉀礦物中的元素。我國鉀元素本身儲量并不豐富，實際生產過程中又不重視鉀肥的投入，生物鉀肥的使用，有效的緩解了我國鉀肥不足的缺陷，促進了農作物的生長狀況，提高了作物的品質。固氮菌肥料該類菌是除了根瘤菌以外的所有能夠固定大氣中氮素的細菌，有自身固氮菌和聯合固氮菌兩種18。它們可以利用大氣中的氮氣轉化成為植物可吸收利用的氮素。有的還能合成生長物質，刺激植物的生

11、長過程。大多應用于禾本科作物，也有用于蔬菜的，注意速效氮對水稻根際固氮菌具有明顯的抑制作用，應該避免與速效氮肥混合使用。微生物在農藥上的應用微生物農藥是利用微生物或其基因表達的各種生物活性物質制備的一種農藥，生物農藥的選擇性強，不傷害天敵，害蟲不會產生抗藥性，并且也不會污染環境 19。 微生物農藥的使用可以減少化學農藥的使用，對減輕環境的污染，提高作物食品安全具有重大意義。微生物農藥按照用途大致可分為微生物殺蟲劑、微生物殺菌劑、微生物除草劑、微生物生長調節劑、微生態制劑等20 。不同種類的微生物農藥微生物殺蟲劑目前使用的微生物殺蟲劑并不多，研究最多的是芽孢桿菌屬的蘇云金桿菌類和日本金龜子芽孢桿

12、菌。蘇云金桿菌能夠生產很多毒素，其中毒殺作用主要是晶體毒素，為一種堿性蛋白，可以引起昆蟲腸壁穿孔而死亡。該類農藥的特點是，高效、不殺害昆蟲的天敵、對植物無害，且抗性產生慢。金龜子乳狀桿菌只對金龜子幼蟲才有感染作用。微生物殺菌劑主要包括農用抗生素，細菌、真菌、病毒殺蟲劑。農用抗生素是微生物發酵過程中的次生產物，在低濃度時可抑制或殺死作物病、蟲、 草及調節作物生長發育。 1968年上海農藥研究所發現一株鏈球菌，其活性物質可以殺菌，屬于低毒殺菌劑。 20 世紀 80 年代，中國農科院研發了一種農用抗生素農抗120，主要用于治療瓜果枯萎病、小麥白粉病等。日本山陽公司開發了一種用于防治煙草白絹病的木屑霉

13、菌。我國開發的滅菌靈主要用于防治各種霜霉病21。微生物除草劑主要是制作微生物菌劑，至今開發的微生物除草劑主要有兩類，一類是利用放線菌生產的抗生素除草劑，另一類是利用病原菌生產的孢子除草劑。茴香霉素是一種抗生素除草劑，可以破壞葉綠素的合成，主要用于蔬菜地和稻田除草劑，它易被微生物降解，無殘留問題22 。 孢子除草劑可以直接穿透寄主表皮，產生毒素而使寄主死亡。多種混合可以增強功效，如百日草鏈格孢制劑與滅草喹使用，防治蒼耳具有極顯著作用3 。對農藥的代謝降解作用農藥的微生物降解研究始于20 世紀 40 年代。 以往的工作已經肯定了微生物對農藥在土壤中的降解與轉化起著重要作用23 。 有學者用滅殺威作

14、為碳源，從土壤中富集培養出2 類細菌。一類為芽枝菌屬的細菌，可加水分解氨基甲酸脂的結構，但不能利用滅殺威及其分解物。另一類為極毛桿菌Pseudomonas s，卻p以3、 4- 二甲苯酚作碳源生長。兩種細菌混合培養就都能增殖生長24。目前研究發現， 土壤中的整個微生態系統都對農藥具有代謝作用。例如土壤真菌，雖然其對農藥的降解作用已經被大多研究者所公認，但涉及其催化降解機制的相關報道很少， 這是因為真菌的代謝系統要比細菌復雜的多25 。 開展農藥降解菌中分解酶及其表達調控、作用機理乃至關鍵降解酶的分子起源、分布、 生態的綜合研究，就有可能預測生態系統中農藥的微生物降解體系，有助于土壤的生物修復2

15、6 。研究展望微生物在農藥與化肥中的使用也會有一定的限制。如蘇云金桿菌制劑中的殺毒作用， 其毒性成分為晶體毒素，是一種堿性蛋白，會受到環境的影響而影響毒性作用。微生物作為化肥生長過程也會受環境的影響，比如溫度、濕度、pH 等。因為微生物在土壤中的儲量豐富，且隨著環境的差異和時間的延續發生著變化。新菌株的篩選將極大提高微生物在農業中應用的效率。通過現代分子生物學技術， 將篩選獲得的新菌株的功能性基因片段分離克隆，進行人工構建，塑造新的生物活性菌種，將成為重要的科研方向，用微生物治理污染，改善環境將是主題7 。但是，隨著土壤的破壞，微生物的棲息地也在被逐漸的破壞，因此，保護土壤微生物資源也尤為重要

16、。土壤微生物從農藥到飼料，從肥料至食品都將有廣闊的應用前景。參考文獻張炳火 ,方亮 ,李漢全等. 微生物資源研究開發進展J.國外醫藥抗生素分冊,2006,27(4):33235.Ross D J,Sparling G P,Burkd C M.Microbial biomass C and N in litter and mineral soil under pinus radiata on a coastal stand:Influence of stand age and harvest measurement. Plant and Soil, 1995,175:167 177.洪堅平 ,來

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