微生物在农业生态环境中的应用

微生物在农业生态中的作用西北农林科技大学资环学院摘要：土壤中存活着大量的微生物，在各个领域都具有重要的作用。

本文论述了微生物在农业方面的作用，包括农田土壤环境，植物的营养吸收，以及在肥料、农药上的应用，综合的分析了其在各个环节的作用，以期为微生物的研究提供参考意见。

关键词：微生物；农业；生物肥料；生物农药0 前言微生物是指一切肉眼看不到的，需要借助显微镜观察的微小生物，包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体。

它们个体微小，与我们生活密切相关。

微生物能够致病，能够导致食品、布匹、皮革等发霉腐烂，但微生物也有好的一面。

最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素，是医学上的一次重大发现。

后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来[1]。

经济作物柑橘的致病菌是国际上第一个发表了全序列的植物致病微生物。

还有一些在分类学、生理学和经济价值上非常重要的农业微生物，例如：胡萝卜欧文氏菌、植物致病性假单胞菌[2]。

微生物体小面大代谢快，生长繁殖快，并且可以生产各种酶类，一些有益的分泌物，都会对外界环境产生影响。

因此，对微生物本身或者其产生的次生代谢产物的应用研究具有现实意义。

尤其是在农业上的开发与利用，比如肥料、农药等，不仅对生态环境具有保护作用，而且对农产品的质量也具有一定的提高作用。

本文综述了微生物在农业各个方面的应用。

为微生物在农业上的研究提供参考意见。

1 微生物对农田土壤的作用1.1 创造土壤、改善土壤环境土壤的形成、除物理、化学囚子外,微生物起主要作用,某些地衣、硫藻、细苗等对岩石矿化起重要作用,类硅酸盐细菌有使砂子变土壤的能力。

土壤中的微生物还具有降解和转化毒害物质的能力,对土壤的修复起到一定的作用[3]。

微生物在土壤改良方面也具有重要的作用。

日本环境研究中心的研究人员利用一种黄色杆菌,能在分酸性和富含铝条件下生长繁殖,结果证明,该细菌能提高土壤pH 值,并降低铝离子浓度,通过微生物的作用改善厂酸性土壤[4]。

1.2 增加土壤有机质的含量土坡表层生长的藻类,其有光合色素、通过光合作用制造有机物,增加十壤中的有机物,固氮菌能固定空气中的氮,使土壤中的氮增加,有些腐生菌能把土壤中的动、植物残体和有机肥料分解,增加土壤肥力[5]。

并且有些微生物本身能够分泌有机物质，释放到土壤中。

土壤微生物能促使根系周围的有机物形成腐殖酸，促进植物生长发育。

1.3 提高土壤中营养物质的转化和有效性土壤中的原生动物通过吞食细菌、单细胞藻类、真菌袍子和有机残片等,对有机物的分解有重要作用,并促进物质转化。

真菌能分解纤维系、木质素和果胶,真菌菌丝的积累,使土壤的物理结构得到改善[6]。

微生物能够分泌有机酸，降低土壤中的pH值，对一些营养元素的溶解性，移动性和有效性都具有提高的作用。

比如Fe、Mn等元素。

2 对农作物的影响根际土壤中来自根系的有机物质可占植物光合产物的30％左右[7]。

其成分可从简单的碳水化合物、氨基酸到复杂的生长物质等。

V A菌根是土壤中某些真菌和宿主植物的互惠共生体，能够增加了植物对磷素和硫、铜、锌、硼等微量元素的吸收，也可以提高作物的抗性能力，包括抗旱、抗病和抗逆能力[8]。

2.1 促进植物对N、P等营养元素的吸收共生固氮根瘤菌与豆科植物共生，可以为豆科植物提供氮素。

土壤微生物量氮属土壤可矿化氮，土壤微生物量氮与土壤可矿化氮间有十分密切的正相关[9]。

芽抱杆菌属的一些磷细菌能分解磷矿石和骨粉,促进了土壤中磷的分解和释放,能改善了植物磷素的营养状况。

丛枝菌根在农田广泛分布,能提高植物磷素营养,因为菌丝的表面积很大,扩大了根系对磷的吸收范围,而且菌丝的表面对磷具有很强的亲和力[10]。

丛枝菌根产生的有机酸能溶解矿质态磷,对磷铁矿的作用潜力更大[11]。

2.2 产生生长素,促进作物生长土壤中的微生物包括细菌、真菌、酵母、放线菌、藻类等都具有合成生长素(IAA)和类生长素物质的能力。

李春俭、张福锁认为植物根系中产生植物生长调节物质的微生物群落的数量很大,例如从不同的植物根际中分离出来的50种微生物中分别由86%、58%和90%的微生物可以产生生长素(1AA),赤霉素(GA)或激动素类物质[12]。

3 微生物在化肥上的应用微生物肥料是农业生产中使用的肥料制品，它是利用微生物的生命活动及生命代谢产物的作用，为农作物提供营养元素，达到提高产量和品质，提高土壤肥力的目的[13]。

按照作用机理分类，可以分为根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷菌肥料、解钾菌肥料。

3.1 微生物肥料的作用3.1.1 改善土壤的肥力状况固氮微生物可以和豆科植物形成共生体，可以将空气中的氮气转化为植物生长的可用氮素，增加土壤中的氮素来源。

一些溶磷、解钾的微生物，比如一些芽孢杆菌、假单胞菌，可以将土壤中的难溶性磷、钾转变成可供植物吸收利用形态[14]。

微生物还可以分泌一些有机物质和有机酸，一方面可以增加土壤的有机质含量，另一方面，还可以促进一些难溶性物质的溶解，增加它们的移动性和有效性。

比如分泌的有机酸物质，其中的阴离子可以和磷结合，减少土壤的固定作用，增加磷元素的有效性。

微生物能分泌酶类，可以促进有机态营养物质的矿化作用，增加土壤中养分浓度。

3.1.2 协助农作物吸收营养肥料中的根瘤菌可以侵染豆科作物的根部而形成根瘤，根瘤菌类菌体利用空气中的氮转化为氨，进而转化为其他可被植物吸收利用的形态，为作物提供优质氮素[15]。

化肥氮施入土壤中容易造成损失，如氨挥发，硝态氮的淋溶损失等，肥料的利用率不高，而且会造成环境的污染问题，但微生物提供的氮素几乎全部被植物吸收，利用率高又不污染环境。

3.1.3 提高植物的抗性能力特别是一类根际微生物，如植物促生根圈细菌（PGPR），它们可以分泌一些促进植物生长的物质。

Hussain等分析了荧光假单胞菌的代谢产物，发现所有的菌株都能产生赤霉素和类赤霉素物质，部分菌株能够产生吲哚乙酸。

许多学者发现PGPR的生物控制与腐霉菌引起的幼苗猝倒病有关。

还能够控制植物的病害，PGPR类能够产生铁载体，将铁整合起来，抑制有害微生物的生长，有的能产生抗生素，可限制多种病害[16]。

3.2 不同种类的微生物肥料3.2.1 磷细菌肥料磷细菌肥料是一类促进土壤有机态或无机态磷化物转化为有效磷，从而改善作物磷速营养的菌肥。

磷细菌主要分为两大类，一类是分泌酸使不溶性磷矿物溶解为可溶性磷酸盐；另一类是通过某些细菌产生一些酸性物质，使土壤中的难溶性磷素、磷酸铝以及有机盐酸矿化，形成可被植物吸收利用的磷素，以供植物吸收利用[17]。

磷细菌肥料具有较大的实用意义，因为施入土壤中的磷肥，其利用率不高的主要原因就是被土壤胶体所固定，而无法被植物吸收利用，磷细菌的作用可以增加土壤中磷素的有效性。

3.2.2 钾细菌肥料钾细菌肥料主要成分是活的硅酸盐细菌，如胶质芽孢杆菌和环状芽孢杆菌等。

这类细菌可以分解正长石、磷灰石，释放磷、钾矿物中的元素。

我国钾元素本身储量并不丰富，实际生产过程中又不重视钾肥的投入，生物钾肥的使用，有效的缓解了我国钾肥不足的缺陷，促进了农作物的生长状况，提高了作物的品质。

3.2.3 固氮菌肥料该类菌是除了根瘤菌以外的所有能够固定大气中氮素的细菌，有自身固氮菌和联合固氮菌两种[18]。

它们可以利用大气中的氮气转化成为植物可吸收利用的氮素。

有的还能合成生长物质，刺激植物的生长过程。

大多应用于禾本科作物，也有用于蔬菜的，注意速效氮对水稻根际固氮菌具有明显的抑制作用，应该避免与速效氮肥混合使用。

4 微生物在农药上的应用微生物农药是利用微生物或其基因表达的各种生物活性物质制备的一种农药，生物农药的选择性强，不伤害天敌，害虫不会产生抗药性，并且也不会污染环境[19]。

微生物农药的使用可以减少化学农药的使用，对减轻环境的污染，提高作物食品安全具有重大意义。

微生物农药按照用途大致可分为微生物杀虫剂、微生物杀菌剂、微生物除草剂、微生物生长调节剂、微生态制剂等[20]。

4.1 不同种类的微生物农药4.1.1 微生物杀虫剂目前使用的微生物杀虫剂并不多，研究最多的是芽孢杆菌属的苏云金杆菌类和日本金龟子芽孢杆菌。

苏云金杆菌能够生产很多毒素，其中毒杀作用主要是晶体毒素，为一种碱性蛋白，可以引起昆虫肠壁穿孔而死亡。

该类农药的特点是，高效、不杀害昆虫的天敌、对植物无害，且抗性产生慢。

金龟子乳状杆菌只对金龟子幼虫才有感染作用。

4.1.2 微生物杀菌剂主要包括农用抗生素，细菌、真菌、病毒杀虫剂。

农用抗生素是微生物发酵过程中的次生产物，在低浓度时可抑制或杀死作物病、虫、草及调节作物生长发育。

1968年上海农药研究所发现一株链球菌，其活性物质可以杀菌，属于低毒杀菌剂。

20世纪80年代，中国农科院研发了一种农用抗生素—农抗120，主要用于治疗瓜果枯萎病、小麦白粉病等。

日本山阳公司开发了一种用于防治烟草白绢病的木屑霉菌。

我国开发的灭菌灵主要用于防治各种霜霉病[21]。

4.1.3 微生物除草剂主要是制作微生物菌剂，至今开发的微生物除草剂主要有两类，一类是利用放线菌生产的抗生素除草剂，另一类是利用病原菌生产的孢子除草剂。

茴香霉素是一种抗生素除草剂，可以破坏叶绿素的合成，主要用于蔬菜地和稻田除草剂，它易被微生物降解，无残留问题[22]。

孢子除草剂可以直接穿透寄主表皮，产生毒素而使寄主死亡。

多种混合可以增强功效，如百日草链格孢制剂与灭草喹使用，防治苍耳具有极显著作用[3]。

4.2 对农药的代谢降解作用农药的微生物降解研究始于20世纪40年代。

以往的工作已经肯定了微生物对农药在土壤中的降解与转化起着重要作用[23]。

有学者用灭杀威作为碳源，从土壤中富集培养出2 类细菌。

一类为芽枝菌属的细菌，可加水分解氨基甲酸脂的结构，但不能利用灭杀威及其分解物。

另一类为极毛杆菌Pseudomonas sp，却以3、4- 二甲苯酚作碳源生长。

两种细菌混合培养就都能增殖生长[24]。

目前研究发现，土壤中的整个微生态系统都对农药具有代谢作用。

例如土壤真菌，虽然其对农药的降解作用已经被大多研究者所公认，但涉及其催化降解机制的相关报道很少，这是因为真菌的代谢系统要比细菌复杂的多[25]。

开展农药降解菌中分解酶及其表达调控、作用机理乃至关键降解酶的分子起源、分布、生态的综合研究，就有可能预测生态系统中农药的微生物降解体系，有助于土壤的生物修复[26]。

5研究展望微生物在农药与化肥中的使用也会有一定的限制。

如苏云金杆菌制剂中的杀毒作用，其毒性成分为晶体毒素，是一种碱性蛋白，会受到环境的影响而影响毒性作用。

微生物作为化肥生长过程也会受环境的影响，比如温度、湿度、pH等。

因为微生物在土壤中的储量丰富，且随着环境的差异和时间的延续发生着变化。

新菌株的筛选将极大提高微生物在农业中应用的效率。