浅谈微生物与现代农业

王海燕

（天津艾赛博生物技术有限公司，天津 300457）

现代农业是指用现代工业力量装备、用现代科技武装、以现代管理理论和方法经营，以及生产效率达现代先进水平的农业，是比传统农业更先进的农业发展形态。目前，我国正处于从传统农业向现代农业加速转变的时期，各种先进的装备、技术、管理理念和经营方式逐渐应用到农业生产当中，使我国农业呈现出持续稳定发展的好势头。

在当前农业生产中，机械、化肥、农药及除草剂等的大量使用，虽然极大地提高了土地生产率和劳动生产率，但同时也带来如环境污染、耕地退化、土壤板结、作物病虫害加重、生态条件恶化及产品质量下降等一系列不良的后果，致使农业和社会的持续发展陷入困境。针对这一弊端，一直存在于环境中，个体微小却在物质循环、营养转化及能量流动中起到重要作用的微生物，随着“白色农业”概念的提出，在现代科技的推动下，在农业生态系统中从被动和隐性变为主动和显性，以新的形式开始逐步进入现代农业的生产中。目前，微生物进入农业的领域主要是农业生产、农产品加工、农业废弃物处理、农业环境保护及农业生物技术，以微生物肥料、微生物农药、微生物饲料、微生物食品和微生物能源等为代表的新型农业生产技术的研究和开发利用取得了长足发展。

1 微生物肥料

微生物肥料是指由有效菌类与吸附材料混合在一起经过人工培制而成的，施用后利用微生物的生命活动使作物得到特定肥效的生物制剂，也称为菌肥。按照微生物种类可分为细菌肥和真菌肥；按照剂型可分为液体和固体；按照内含物可分为单菌株制剂、多菌株制剂和微生物加增效物。比较常见的是固氮类菌肥、磷解类菌肥、钾解类菌肥、复合类菌肥和微生物生长调节剂等。

微生物肥料主要作用机理：一是提高土壤肥力。固氮类菌肥通过生物固氮作用，在固氮酶的催化作用下，将空气中游离的分子态氮转化固定成为植物可利用的化合态氮素，增加土壤中的氮素来源。磷解类和钾解类等菌肥可分泌多种有机酸,通过螯合作用促使难溶性磷及封闭态钾等的释放，转化成易溶性的矿质化合物，使环境中的营养充足，帮助植物对这些矿质元素吸收。复合类菌肥中含有两种或两种以上的微生物，并可添加有机肥、无机肥和微量元素等其它物质，按照作物需求科学配比，达到供肥均衡和肥效持久的目的。二是调节植物生长。微生物生长调节剂主要是一些微生物产生如生长素、吲哚乙酸和赤霉素等激素类物质以及多种维生素和氨基酸等，这类微生物肥料在施用后，能够刺激和调节作物生长，起到单施化肥所达不到的促进植物生长代谢的作用。三是增强植物抗性。微生物菌肥中含有多种非病原微生物菌群，在微生物的生长繁殖过程中，能分泌多种抗生素、杀虫物质及植物生长激素，并可诱导植物产生过氧化物酶、多酚氧化酶及苯甲氨酸解氨酶等参与植物防御反应，抑制植物病原微生物的活动，提高作物的抗逆性，减少病虫害发生。

微生物肥料不仅使作物产量增加，更能达到农产品品质的改善、提高化肥利用率、改良或修复土壤、降低病虫害的发生及保护农田生态环境等多方面功效。在当前倡导生态农业、绿色农业和有机农业的时代，微生物肥料的开发、生产及应用力度在逐步加大，也将进一步在农业生产中发挥其应有的经济价值和生态价值。

2 微生物农药

微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治农业有害物质的生物制剂。按作用物分为真菌农药、细菌农药、病毒农药和抗菌素农药等，按用途分为杀虫剂、杀菌剂和除草剂等。

微生物杀虫剂是目前应用最多的生物农药，占整个生物防治剂的90%以上，包括细菌杀虫剂、真菌杀虫剂和病毒杀虫剂等。细菌杀虫剂中B t（苏云金芽孢杆菌）杀虫剂是研究最深入和应用最广泛的，它能防除粮、棉、茶及果等150多种鳞翅目害虫，药效比化学农药提高55%。作用机理是胃毒作用，昆虫摄入病原细菌制剂后全身中毒死亡。真菌杀虫剂利用白僵菌和黄僵菌等真菌，通过接触虫体后侵入并寄生繁殖达到杀虫作用。病毒杀虫剂主要利用昆虫杆状病毒感染虫体，并通过传播使群体持续感病死亡。微生物杀菌剂包括农用抗生素、细菌杀菌剂和真菌杀菌剂等。农用抗生素由多种微生物特别是放线菌所产生，可抑制有害微生物生长，如防治水稻纹枯病的井岗霉素等，有些抗生素除了防治病害外，还有促进植物生长作用。细菌和真菌利用对不同植物病原菌的特异性选择，通过抑制病原菌能量产生、干扰生物合成和破坏细胞结构，达到杀菌的目的。微生物除草剂是用杂草菌素和细交链孢霉素等杂草病原微生物制成的制剂，通过大面积喷洒，抑制杂草的正常生理代谢实现杀灭目的。

相比较化学农药，微生物农药具有选择性强，对人、畜、农作物和自然环境安全，不伤害天敌，不易产生抗性，维护生态平衡等特点，将为农产品优质安全生产和降低有毒物质残留量提供技术和物质保障。随着人们对环境保护越来越高的要求，微生物农药是今后农药的发展方向之一。

3 微生物饲料

微生物饲料是指含微生物菌体或代谢产物的饲料和饲料添加剂。利用微生物在饲料原料中的生长繁殖和新陈代谢，积累有用的菌体、酶制剂、维生素、抗菌素和中间代谢产物，将饲料原料转化为微生物菌体蛋白、生物活性小肽类氨基酸、微生物活性益生菌及复合酶制剂为一体的生物发酵饲料。微生物饲料不但可以弥补常规饲料中容易缺乏的氨基酸，而且能使其它粗饲料原料营养成份迅速转化，达到增强消化吸收利用效果。能够用于微生物饲料的生产及调制的微生物，主要有细菌、酵母菌、担子菌及部分单细胞藻类微生物等。主要产品为单细胞蛋白（SCP）、发酵饲料、微生物添加剂及酶制剂等。

主要由微型藻类及一些富含蛋白质的微生物产生的菌体单细胞蛋白（SCP），如饲料酵母、菌体蛋白及食用菌菌丝等，不但蛋白质含量丰富，而且还含有脂肪、糖、核酸、维生素和无机元素，营养价值很高。生产发酵饲料的菌种有纤维素分解菌、霉菌及酵母菌等，利用微生物的发酵作用来改变秸秆及饼粕等饲料原料的理化性能，将一些不易消化吸收的成分转化为蛋白质、氨基酸、维生素及有机酸等可给态，提高营养价值和适口性，提高消化吸收率，延长贮存期限，常见的有青贮饲料、发酵粗饲料、畜禽粪便与动物下脚料发酵饲料及脱毒饼粕类饲料等。微生物饲料添加剂主要由芽孢杆菌属、乳酸菌属、酵母、双歧杆菌属及部分霉菌等菌种产生，其在动物体内的作用主要抑制和阻止肠内有害菌的繁殖，激发动物自身有益菌种繁殖增长，实现微生态平衡，提高饲料转化率，免疫刺激等。用细菌和霉菌发酵生产的淀粉酶、纤维素酶和蛋白酶等酶制剂，参与生物体内各种反应,提高酶促反应的速度,增强动物对饲料的消化和利用，并改善动物体内的代谢效能。

利用微生物加工和调制饲料具有物理和化学方法所不可替代的优势，其原料来源广泛，投资少效能高，代谢旺盛，产出率高，不受生产产地和气候条件所限制，可以保护环境。在当前常规饲料生产成本居高不下的环境下，发展微生物饲料的潜力十分巨大，对促进畜牧产业的良性发展起到了非常关键的作用。

4 微生物食品

微生物食品比较常见的有食用菌、微生态食品和微型藻食品等。其中，食用菌属于真菌，素有“植物肉之称”，是21世纪八大营养保健食品之一，目前我国已知的食用菌有350多种，多数如香菇、草菇及木耳等属担子菌亚门，少数如羊肚菌等属于子囊菌亚门，分别生长在不同的地区和不同的生态环境中。食用菌含有丰富的蛋白质和多糖，具有较高的营养和食疗价值。随着现代生物技术的发展和应用，人工培养栽培种的菌丝通过全天候的集约化经营和工厂化的生产，加快了食用菌的繁殖速度，提高了产量，满足了人们的需求。酸奶及红茶菌等微生态食品含有丰富的乳酸菌及酵母菌等活菌，这些活菌产生对人体有益菌生长的代谢产物和能促进有益生长的促进因子，成为人们喜欢的食品。螺旋藻是典型的微型藻食品，属于蓝藻门，别名蓝细菌，含有丰富的蛋白质、维生素和矿物质等多种营养成分，以光合作用获取高蛋白质产物这一代谢途径将显示出它独特的功能和巨大的生命力，目前人们对螺旋藻正在进行全方位的开发研究。

微生物食品不仅能提供蛋白质、脂肪、碳水化合物和维生素等生理活性物质，而且具备生理保健功能，参与机体调节，改善体内微环境。由于现代微生物技术使人们可以不受土地、季节和气候限制，短期内在工厂里生产出天然、营养和保健的微生物食品，在单纯动植物源食品不能满足人们营养需求的情况下，发展微生物食品拥有巨大潜力。

5 微生物能源

目前，微生物在农业能源领域上应用主要以沼气为主。沼气可以利用农用废弃物或家畜粪便在一定温度、湿度、酸度及厌氧条件下，经过多种沼气微生物发酵作用产生的可燃性混合气体，其主要成分是甲烷。沼气可用于照明、炊事及生产供能等。

沼气微生物主要包括发酵性细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷菌等几大类群，发酵主要经过三个阶段：第一阶段是液化阶段，发酵性细菌群先把碳水化合物、蛋白质和脂肪等复杂的有机物水解成简单的物质,然后把水解产物进一步发酵，生成结构简单的有机酸、醇、二氧化碳及氨等。第二阶段是产酸阶段，产氢产乙酸细菌将第一阶段所产生的除甲酸、乙酸和甲醇外的有机酸和醇类，进一步分解成乙酸、氢及二氧化碳等。第三阶段是产甲烷阶段，产甲烷菌将前两个阶段发酵产生的乙酸、二氧化碳、一碳化合物和甲酸、甲醇等为底物,代谢生成甲烷和二氧化碳,完成沼气发酵。

沼气是可再生的清洁能源，既可替代秸秆、薪柴等传统生物质能源，也可替代煤炭等商品能源，而且能源效率明显要更高。发展沼气在我国农村不仅是一项能源建设，而且是一项有效的环保和生态建设，优化广大农村地区能源消费结构，是中国能源战略的重要组成部分。

6 微生物在现代农业中的发展前景

微生物与农业紧密结合形成的微生物农业，它遵循生态学原理,填补农业生态系统潜在生态位，减少能源和资源消耗，减轻环境污染，实现农业动植物安全生产和生态环境保护，提高有机废弃物的利用效率，对建立农业产业“新结构”、开辟农业生产“新领域”、创造农业生产方式“新模式”有着积极促进作用。在当前我国现代农业建设的关键时期，农业微生物资源的开发与利用具有明显的现实意义和深远的历史意义。

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