微生物在农业生产中的应用

微生物在农业生产中的应用

由于人口的急剧增长，地球要养活60多亿人口和几百几千亿的畜禽的问题日益严峻，虽然，单细胞蛋白可以为我们解决一些蛋白质的不足，但主要还要依靠农业生产。怎样提高粮食单产，怎样防治粮食病害的问题，早已摆在人们面前，多年来人们作过各种尝试，走过许多弯路，回过头来还是把目光投到了微生物这个庞大的家族上来。

农业生产与微生物的关系一直都密不可分。任何植物都必须依靠土壤为基础，从土壤中汲取养分。而土壤形成的本身，及土壤熟化的过程都主要依赖于微生物的作用。微生物分解土壤中植物所不能直接利用的有机质，形成腐殖质，改善了土壤结构，增加了植物可吸收利用的养分。同时，土壤中的一些固氮的微生物把大气中游离态的N₂固定到菌体中或土壤里供植物利用，大大改善土壤肥力。另外，土壤中的微生物由于存在着拮抗作用，而产生了许多抗生物质，这些物质可以抑制和杀灭有害微生物，从而使作物生长的更好，使产量大大提高。

古代劳动人民很早就掌握了积肥、沤粪、翻土压青等创造有机肥料腐熟条件以控制微生物的生命活动的规律的生产技术，公元前一世纪的《汜胜之书》中就指出，肥田要熟粪；同时，该书也提出了瓜与小豆间作，即与豆类作物间作，利用豆科植物的共生性固氮作用来改善植物营养条件，可见古人也已知共生固氮的作用了。而公元五世纪，贾思勰所著的《齐民要术》更反复强调了相类似的观点。

微生物在农业生产上的应用主要有这几个方面：①有机肥的腐熟；②生物固氮作用；③土壤中难溶的矿物态磷、硫的转化作用；④生物农药等。人粪尿、厩肥等都是很好的有机肥，这些肥料在施用之前都必须经堆积腐熟后才可使用，否则，会因为有机肥发酵发热而烧坏作物。有机肥腐熟过程就是微生物分解有机物，同时产热的一个过程。有机肥在堆制之初，由于富含有机养料而导致大量微生物生长，在微生物生长的同时，有机物被分解，这时产生了大量的热，导致堆积的有机肥温度上升。在高温和一些耐热的微生物共同作用下，堆积肥中的一些难分解的有机物如纤维素、半纤维素和果胶质等也开始分解，并在堆肥中形成了腐殖质。之后，堆积的肥料开始降温，在这过程中继续有许多有机质被分解，新的腐殖质被形成。最后，堆积的有机肥完全腐熟，而成主要以腐殖质为主的稍加降解就能为植物直接利用的有机肥了。

土壤中的许多微生物中都生物固氮的功能。在农业生产中我们可以有意识地选用固氮能力强的菌种接种到植物上或施用到大田中去，即所谓的菌肥或增产菌。把豆类植物连根拔起，除了看到像胡须一样的根毛之外，我们还能看到根毛上长有许多的小圆疙瘩，这是由于一种微生物侵入植物根部后形成的“肿瘤”，叫根瘤。利用显微镜来观察根瘤，会发现根瘤中住着一种叫根瘤菌对细菌。它们在侵入植物根部后能分泌一些物质刺激根毛的薄壁细胞，很快增殖就形成了“肿瘤”。根瘤菌是依赖于植物提供营养来生活的，同时，它们也把空气中游离的氮固定下来供给植物利用。一个小小的根瘤就像一个微型化肥厂一样，源源不断地把氮转变成氨，供给植物吸收，使它们枝繁叶茂，欣欣向荣。

我国山东大学的聂延富等人还发明了小麦固氮技术，他们用植物生长剂“2，4—D”将根瘤菌导入小麦根系，并形成根瘤，从而使小麦也可以固氮。在国外，许多科学家利用细胞融合技术或基因技术，使一些树木或作物获得固氮机制。如在新西兰，科学家将自养固氮菌融合到松树的外生菌根原生质体中，培养200天后使松树具有固氮作用。日本科学家用重组基因技术改良水稻固氮菌，他们利用基因重组技术，改变细菌的染色体，破坏阻碍固氮的基因，并促使固氮基因充分发挥作用，从而提高水稻固氮菌的固氮能力。

科学家经研究发现，除根瘤菌有固氮作用外，光合细菌中的红螺菌和蓝细菌也能进行固氮。其中固氮的蓝细菌是提供氮肥来源的一类重要的生物，目前，已在许多国家水稻中试养蓝细菌，促进水稻增产获得成功。在印度，曾有广泛的田间试验，结果表明，在完全不施化肥的情况下，使用蓝细菌后，可使每公顷土壤增加氮素约20～30公斤，稻谷增产10%～15%。近年来，在我国湖北省也大面积放养蓝细菌获得成功。

虽然地球的岩石中含磷量很高，但多数磷都以难溶性的磷酸盐形式存在，这些磷酸盐不能为植物所利用。而土壤中含有的一些细菌如氧化硫硫杆菌、磷细菌等则可以通过产酸或直接转化磷盐存在的形式而成为植物可利用的成分。因而在农业生产上，我们可以培养这类细菌，然而把它们放养到缺磷肥的土壤中去，通过这类微生物的转化，即可使该土壤成为富含磷肥的地块而使作物高产。

现在人们为了防治病虫害，获得粮食高产而广泛使用农药。据统计，目前世界上生产和使用农药的多达1 300多种，其中主要是化学农药。过去化学农药在植保工作中一直占主导地位。但是，由于化学农药对所有生物都有毒害作用，有些化学农药在土壤中很难降解，如DDT、六六六、艾氏剂等通过食物链的富集，现在已成为一种公害。因此，寻找高效、低毒、低残留的农药已成为当务之急，而生物农药的出现恰解决了这一难题。生物农药统属于所谓的“第三代农药”。第三代农药包括杀灭剂、绝育剂、性诱剂、拒食剂、激素等，这些多数是生物代谢的产物。生物农药根据其作用可分为杀虫剂、农用抗生素、除草剂和植物生长激素等。

生物杀虫剂包括细菌、真菌和病毒等微生物，目前主要是苏方金杆菌和日本金龟子芽孢杆菌已被用作细菌杀虫剂。这类细菌对人畜无害，而当昆虫吃下这类细菌即可发病而死亡。真菌杀虫剂种类很多，目前最常用的是白僵菌，它主要可以用来防治玉米螟、松毛虫、甘薯象虫、大豆食心虫、苹果食心虫和栎褐天蛾等许多农林害虫。昆虫病毒是近年来开始使用的生物杀虫剂，如美国的棉铃虫病毒，日本的赤松毛虫病毒，我国的桑毛虫核型多角体病毒在防治一定的病虫害上也取得了良好效果。

有一些真菌长在昆虫体内，叫虫生真菌，它也可以消灭害虫。蝗虫是一种危害农作物的害虫，以前我国的一些地区闹蝗虫，数不清的蝗虫在天空飞舞，遮天蔽日，它们飞过庄稼地，庄稼的叶子、杆子就会被吃得精光，颗粒无收。而现在，人们发现了一种能使蝗虫得病的真菌——蝗虫霉。它可谓蝗虫的克星。

松毛虫是危害松树的大敌，它们专门食用松树的叶子，使松树大片大片地死亡。以前人们对付松毛虫的办法就是喷洒化学药剂，但是喷药杀灭了一些松毛虫，却也株连了许多森林害虫的天敌，结果使害虫更加泛滥。后来人们使用白僵菌来杀死松毛虫，还可以保护害虫的天敌，使益虫和白僵菌一道共同杀敌。白僵菌现在已被制成农药，通过喷洒到森林、田间的方法，消灭害虫，成为我们的新式武器。但是白僵菌除了对付松毛虫外，还能使家蚕得病，所以在养蚕业发达的地方如何使用白僵菌还有待于去研究。农用抗生素是由多种微生物，特别是放线菌所产生的一类抑制有害微生物生长的生物制剂，目前在农业生产中使用的抗生素很多，像医用的链霉素、氯霉素、土霉素等在防治瓜果、蔬菜的一些细菌性病害中同样有效。