农业微生物生物技术

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1、一．背景农业包括种植业、养殖业、水产业及农产品加工等各个领域，不仅为人类生存、发展提供食物、能源而且还为工业发展提供原材料等。可持续农业是指控制农业病虫害破坏程度、提高作物生命力、保持生物多样性、改良农业环境以及采用新式农具等方面的内容，与生态农业密切相关，其中农业微生物在可持续农业中将发挥愈来愈重要的作用。有些微生物对农业生产有益，如根瘤菌（固氮作用），苏云金芽孢杆菌（微生物杀虫剂——它的主要活性成分是一种或数种杀虫晶体蛋白(ICPs)，又称δ-内毒素，对鳞翅目、鞘翅目、双翅目、膜翅目、同翅目等昆虫，以及动植物线虫、蜱螨等节肢

2、动物都有特异性的毒杀活性）等；而有些有害，但二者之间较难区分。例如：茭白，它是一种粮食，被茭白黑粉菌感染后发生黑粉病，植株变短，不能抽穗结实，对以收获为目的的栽培来说是有害的，但这种病变的粗短茭白茎很鲜嫩，可以作为蔬菜食用，因为茭白黑粉菌可分泌一种生长素，刺激茭白细胞膨大。引发水稻恶苗病的赤霉菌感染水稻以后，水稻秧苗又细又长，然后枯萎死去，严重影响水稻的产量，但该病原真菌可产生植物激素赤霉素（具有促进细胞分裂和细胞伸长，促进花芽分化，促进果实与胚生长，促进种子萌发的生理作用），目前采用发酵法生产赤霉素。固定发酵:保藏菌种—斜面试

3、管活化—液体摇瓶扩大培养—固体发酵生产。液体发酵:保藏菌种—活化—液体发酵二．附生微生物根据微生物生长的部位不同，可分为（一）根际微生物土壤组成很复杂，对于微生物来讲属于营养贫乏的环境，其中有机质的含量在0.8～2.0%，大多数的碳以腐殖酸形式存在，微生物难以利用。植物根际包括跟表面及其周围2mm范围内的区域，在这个区域内，由于根在土壤中生长代谢，向周围释放部分有机质包括氨基酸、单糖、有机酸、根分泌的糖类、酶，根部脱落的细胞或死亡的细胞及根产生的二氧化碳及乙烯等物质。据估计，植物光合作用固定的碳有20%分布在根部，因此根际的环境

4、有利于微生物各种群间的平衡。根际微生物之间发生复杂的相互关系，，且与植物本身有密切的联系，可刺激植物的非特异性防御反应，从而提高植物抵抗其他病原微生物的能力，还可向植物提供营养元素等物质。根际微生物类群包括细菌（含放线菌）、真菌（含酵母菌）及原生动物等，多种微生物以微生物生物膜的形式存在于根际，比如根瘤菌属。（二）叶际微生物叶际微生物并不仅限于生活在植物叶片上的微生物，还包括生活在幼芽、花等植物地上部分的微生物。因为叶片上细菌数目占有绝对优势，所以多数研究是从此进行的。叶际微生物群体包括不同种类的细菌、丝状真菌、酵母菌、微藻，有

5、时也发现有原生动物与线虫等。1.叶际微生物对植物的影响（1）叶际微生物可改变植物表面的性质植物表面温度与湿度变化大，且为微生物生长提供的营养极其有限，则叶际微生物可以产生一些具有表面活性剂功能的化合物来增加叶面表皮层的亲水性，使细菌易于向营养丰富的地方游动。假单胞菌具有产生表面活性剂与丁香霉素的能力，大多数叶际细菌可产生吲哚乙酸，影响植物的生长发育。叶际的甲基杆菌属可产生细胞分裂素，刺激植物细胞分裂伸长，并可刺激细胞壁释放出甲醇供细菌利用。已发现在大豆叶部应用甲基杆菌属可提高大豆的产量。（2）叶际微生物的细胞密度变化对叶际微环境

6、的影响细菌在植物叶面以聚集体形式存在，这样有利于细菌在叶际微环境抵抗不良的环境条件，其中的细菌还可产生细胞外多糖，不仅有利于维持聚集体结构，而且可保护细菌免受干旱与活性氧自由基的影响。如丁香假单胞菌在干旱与活性氧刺激下，可提高海藻酸合成量，以减轻不利因素对细胞的影响，同时细菌聚集体中高密度的多糖还可向叶际微生物提供营养，这些细菌聚集体通过产生细菌信号物质N-酰化高丝氨酸内酯来调控不同种类细菌的代谢活动，共同适应其生活环境。（3）病原细菌通过改变叶际微环境而表现出致病性致病性丁香假单胞菌的致病能力与叶际细菌群体数量有关2.叶际微生

7、物在生物技术中的应用（1）苹果火疫病防治菌剂由解淀粉欧文菌引发的，对苹果和梨的危害最大。在致病菌定殖于花之前，由非致病菌荧光假单胞菌菌株A506或成团泛菌定殖于植物花部位，就可抑制致病性解淀粉欧文菌对花的定殖与危害。（2）新型病害生防制剂——Harpin的开发Harpin是一类能激活、诱导植物保卫反应和产生系统抗性的新型蛋白，最早发现于梨火疫病菌的侵染过程。这类蛋白具有作用机制独特、防病和促进植物生长效果显著和环境友好的优点，将其用于绿色农药。（3）叶瘿的应用藤黄红球菌是一种可在叶际存活的放线菌。自然条件下，主要以附生形式生活在

8、植物表面，通过破坏叶片表层细胞进入植物内部，在植物有伤口时通过伤口进入。它可干扰植物激素平衡形成叶瘿，但是它的维持需要藤黄红球菌菌体的存在，所以将其应用于植物种质的资源保存与快速繁殖（红球菌受到诱导合成细胞分裂素有关）。（4）冰核细菌（INA细菌）的应用冰核细菌