口袋K号20:微生物发酵

多年来,人类通过利用数百万土壤微生物的工作来提高农业生产率。这些微生物可以大规模培养并制成重要的生物肥料,协助植物生长;以及生物杀虫剂,控制杂草,害虫,和疾病。这个过程称为微生物发酵。

微生物既是供应者,又是保护者。他们可以促进植物营养重要大分子转化为可用的植物形式,作为生物肥料;或者它们可以保护植物免受其他入侵,寄生植物和害虫,作为生物除草剂和生物杀虫剂。

生物肥料

磷酸盐和氮对植物生长很重要。然而,植物从环境中提取它们的能力有限,因此需要微生物帮助它们以最佳浓度吸收这些营养。


来源:http://www.dehs.umn.edu/iaq/
真菌/青霉/比莱.html
培养皿上生长的比拉伊青霉菌落

这些微生物也参与其中营养循环,“即它们帮助工厂获取能源,而植物将废物副产物捐赠给微生物作为食物。有了这种共生关系,植物根系越来越发达。植物的根,越大那里有更多的生活空间和食物供微生物使用。在某种程度上,微生物用作生物肥料。

真菌就是一个例子。比莱青霉,这允许植物从土壤中吸收磷酸盐。它通过产生一种有机酸将土壤中的磷酸盐溶解成植物可以使用的形式。用这种生物制成的生物肥料或者用真菌包种种子(称为接种),或者直接把肥料施到地上。

另一个例子是细菌。根瘤菌.这种细菌在植物根部的细胞集合中称为结节。这些结核是生物工厂,可以把氮气从空气中取出,转化成植物可以使用的有机形式。因为细菌生活在根中,他们把养分直接输送到植物中。根瘤菌与豆类,比如豆类,花生,和大豆。

已发现生物肥料:

  • 增加作物产量20 - 30%。
  • 用25%代替化学氮和磷。
  • 促进植物生长。
  • 使土壤生物活化。
  • 恢复自然土壤肥力。
  • 防止干旱和一些土传疾病。

Bioinsecticides

害虫的重要作物很难控制。多亏了发酵方法,然而,已经开发了生物杀虫剂,基于细菌的杀虫蛋白,真菌,和病毒。

基于细菌的生物杀虫剂



来源:http://www.micro.brary.org
杆菌服务提供商。

最广泛使用的生物杀虫剂之一是一种天然存在的土壤细菌,称为苏云金芽孢杆菌或BT。Bt产生一种对昆虫有毒的蛋白质。在被吃掉的15分钟内,Bt毒素开始在昆虫的胃壁上产生溃疡。昆虫停止进食,最终死亡。研究人员已经鉴定出500至600个菌株,或类型苏云金芽孢杆菌.Bt具有很强的选择性,它只影响特定种类的害虫,对人体无害,鸟,鱼,或有益的昆虫。

真菌基生物杀虫剂

有些真菌能引起昆虫的疾病,已知有多达200种不同的昆虫易患这种疾病。因此,这些真菌被用于以真菌为基础的生物杀虫剂。


资料来源:Keith Weller/USDA
文化球孢白僵菌真菌

廉价的发酵技术用于大量生产真菌。孢子被收获并包装,因此它们可以应用于昆虫猖獗的田野。当孢子,他们用酶来突破昆虫身体的外表面。一旦进去,他们开始成长,最终导致死亡。

一种生物杀虫剂,Bb基于白僵菌,一种真菌,在世界各地的土壤和植物中发现。在中国,为了控制林业害虫,每年向200多万公顷地区喷洒硼。

以Bb为基础的生物杀虫剂具有许多优点。这种真菌不是在温血生物体(如人类)中生长的,它也不能在水库或河流中长期生存。然而,其孢子能够经受长期的干燥和其他恶劣的环境条件。研究表明,真菌也不会伤害植物,成为太阳的紫外线灭活的八个星期。

病毒基生物杀虫剂

昆虫害虫也容易感染病毒性疾病,而基于病毒的杀虫剂利用这种特性来控制害虫的蔓延。

目前正在测试的一个例子是杆状病毒组。摘要杆状影响害虫如玉米螟虫,马铃薯甲虫,跳甲,蚜虫。一种特殊的菌株正被用作伯莎军蠕虫的控制剂。这些蠕虫攻击油菜,亚麻,和蔬菜作物,而且众所周知,在高侵染水平下,清理掉多达100万公顷的草原作物。农民使用化学杀虫剂来控制蠕虫在过去。环境中的Bioinsecticides做不会持续很长时间,不像合成杀虫剂。它们的货架寿命也较短,而且数量较少,与人工合成杀虫剂相比,对人和动物更安全,非常具体,通常只影响一种昆虫。然而,生物杀虫剂也有一些缺点。它们工作缓慢,应用的时机相对关键。此外,因为大多数这些bioinsecticide代理是生命体,它们的成功受到几个因素的影响,如温度,酸碱度,水分,紫外线土壤条件,以及在环境中存在的其他微生物竞争者。

Bioherbicides

杂草是农民经常遇到的问题。他们与庄稼争水,营养物,阳光,和空间;窝藏病虫害;堵塞灌溉和排水系统;破坏农作物品质;把杂草种子存入作物收获中。如果不加控制,杂草能显著降低作物产量。


资料来源:Scott Bauer/USDA
黄蜂将鸡蛋注入东方果蝇卵

农民用耕作来除草,手除草,合成除草剂,或者所有技术的组合。不幸的是,耕作使宝贵的表层土壤暴露于风蚀和水蚀中,对环境造成严重的长期后果。由于这个原因,越来越多的农民喜欢减少或免耕的耕作方法。

使用生物除草剂是控制杂草的另一种方法,而不会造成合成除草剂的环境危害。生物除草剂由微生物和某些昆虫组成。寄生蜂,(彩绘的女蝴蝶)可以瞄准非常特定的杂草。这些微生物具有入侵基因,可以攻击杂草的防御基因,从而杀死了它。
由于对微生物和植物的遗传学有了更好的理解,科学家已经能够分离出基因与特定杂草相匹配的病原体,这些杂草会引起致命的疾病,只在那些杂草里。有些生物除草剂含有这种微生物,他们送出到田野杂草时最容易生病。微生物对特定杂草的特异性使这种生物除草剂非常有用,因为它们只能杀死某些杂草而不会伤害重要的庄稼。

生物除草剂也能够在环境中存活足够长的时间,以适应下一个生长季节,当有更多的杂草要感染时。它们比合成农药便宜,如果管理得当,基本上可以减少农业费用。

生物除草剂与条斑病

撒哈拉以南非洲地区是高粱和玉米的田地,以及寄生在任一作物上的杂草。Striga可以清除一公顷和一公顷的重要谷物,降低作物产量,增加种植和生产成本。


资料来源:IPM CRSP

使用bioherbicides加上某些谷类食品的基因改造工作,科学家已经能够降低Striga的寄生性,增加玉米和高粱的收成。

高粱种子,例如,可以接种镰刀菌,真菌,通过一层阿拉伯树胶。制备包衣材料和接种物本身需要14天,由农村妇女进行。

最新的Striga shield是一种名为Ua Kayongo的新型杂交玉米,其种子被施特瑞格威除草剂覆盖。Ua Kayongo是Imazapyr抗性玉米(IR-玉米),其抗性基于玉米中自然发生的除草剂抗性,后来由国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)和肯尼亚农业研究所(KARI)的非洲植物育种家将其并入肯尼亚玉米品种。

结论

作为生物肥料,微生物可以与植物共生工作,同时接受自身的营养。作为生物除草剂,他们可以单独工作,或者与其他物种协同,除草而且,作为生物杀虫剂,它们保护植物免受毁灭性害虫的侵害。虽然微生物通常被标示为危险或致命的,他们实际上可以帮助拯救农作物,提高产量,为下一个种植季节保护土壤。

工具书类

接种剂百科全书http://www..ulants.com/encyclopedia/encyclopedia_5.html

  1. 综合害虫管理资源中心。生物农药(http://www.ipmrc.com/./biosticides/index.shtml
  2. 综合植物保护中心。微生物生物农药数据库。(http://www.ippc.orst.edu/biocontrol/bio杀虫剂/
  3. 国际财团开发生物农药。生物农药(http://www.biopesticide.org/biopesticides.htm
  4. UPLB成熟和发展技术简介。(http://www.uplb.edu.ph
  5. 生物肥料http://edu..teri.res.in/./bio/ferti.htm
  6. 生物肥料常见问题http://www.vusat.org/./agri/FAQs/bio.zer.htm
  7. 土壤细菌(http://..usda.gov/sqi/._./._bio./..html
  8. 室内真菌资源williamhillhttp://www.dehs.umn.edu/iaq/fungus/penicillium/bilaii.html

*2006年11月

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