第四章 微生物与农业pptConvertorWord格式.docx
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合格的微生物肥料对环境污染少
微生物肥料用量少,每亩通常使用500~1000克微生物菌剂
微生物肥料作用的大小,容易受到微生物生存环境的影响,例如:
光照、温度、水分、酸碱度、有机质等;
细菌有期限、微生物肥料有它的有效期限,通常为半年至一年
微生物肥料的特点
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(二)微生物肥料种类
1.根瘤菌菌剂
用于豆科作物结瘤、固氮的接种剂。
是用人工选育出来的高效根瘤菌株经大量繁殖用载体吸附制成的,是迄今为此世界上研究最早、应用时间最长、生产量最多、应用最广泛和效果最稳定的微生物肥料之一。
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细菌与豆科植物的共生
Ⅰ根瘤菌
①形态特征
②一般生理特征
③根瘤菌与宿主的共生特性
Ⅱ根瘤
①根瘤形成过程的主要步骤
②豆血红蛋白
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①根瘤菌的形态特征:
在分类上归属于变性杆菌门的根瘤菌目。
细胞呈杆状,常内含许多折光性聚β—羟基颗粒(贮藏性物质),使细胞染色不均匀,有时呈环节状。
能与豆科植物共生,形成根瘤并固定空气中的氮气。
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在生活史中表现出多形态,存在于根瘤中的根瘤菌在形态和功能上都同培养基上生长的根瘤菌有很大的区别,形态不规则,这些变形的菌体称为类菌体,具有固氮功能。
在根瘤中菌体常呈棒状、T形和Y形。
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但不同形状的类菌体,受寄主细胞的制约,如花生根瘤中呈球形,蚕豆根瘤中常呈梨形或膨大杆状,大豆根瘤中主要以稍大有杆状存在。
形态上高度分化的成熟类菌体一般不能再分裂繁殖(只有形态上分化不明显的类菌体大部份在培养基上可以再分裂繁殖,如大豆),它们将随着根瘤的衰败而解体,释放到土壤中,呈小杆状、球状。
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②一般生理特性:
化能有机营养型能利用NO3-、NH4+,但培养基中含植物性氮素物质(豆芽汁、酵母汁等)时大多数根瘤菌生活得更好。
需要多种灰分元素:
P素的要求尤其高;
铁是合成豆血红蛋白和铁蛋白的必要元素。
当缺少某些二价阳离子(Ca2+、Mg2+)时生活力显著下降;
钼是固氮酶的成分;
钴用于合成维生素B12,并能防止Ni和Cu的毒害作用。
适合中性和微碱性条件,适合的pH在6.5-7.5,适合的温度25-30℃。
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③根瘤菌与宿主的共生特性:
侵染性、专一性和有效性。
侵染性:
根瘤菌能进入豆科植物根内,在其中繁殖,并形成根瘤。
专一性:
根瘤菌的各个种和菌株只能感染一定的豆科植物种类。
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有效性:
(类菌体)的高效的固氮能力。
但并不是能够结瘤的菌株都能固氮,据它们在根瘤中是否固氮而分为有效菌株和无效菌株,它们形成的根瘤分别称为有效根瘤和无效根瘤。
许多无效根瘤的结瘤能力比有效根瘤强。
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互接种族:
从一个属植物根瘤中分离的根瘤菌能够在其它属植物上结瘤,人们将这种能相互利用同一根瘤菌菌株形成共生体系的豆科植物称为“互接种族”。
如:
大豆族只有大豆一属植物;
豇豆族包括豇豆、花生、绿豆、赤豆、猪屎豆和胡枝子等许多植物。
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表2根瘤菌--豆科植物互接种族
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Scanningelectronmicrographofwheatroot-colonizingPseudomonasfluorescensOE28.3
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田菁茎瘤
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生长期为6个月的松树幼苗
A:
没有接种菌根;
b:
接种菌根
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RootNoduleBacteriaandSymbiosiswithlegumes
Soybeanrootnodules
Unnodulatedsoybean
Nodulatedsoybean
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CKSpr4-5
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Ⅱ根瘤
①根瘤形成过程的主要步骤:
特定的根瘤菌与相应的豆科植物相互辩认使根瘤菌特异地吸附在根毛上二者相互作用使根毛变形,主要表现卷曲或分枝细菌进入根内形成侵入线侵入线发展,进入根皮层后导致一部份细胞转化为分生组织,细胞分裂和分化,根瘤开始发育根瘤菌从侵入线内释放到根瘤细胞中繁殖,而后转化成类菌体形态豆血红蛋白出现,固氮作用开始。
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根瘤的的寿命较寄主植物短得多,在植物成熟之前根瘤就开始衰败,表现为类菌体周膜破坏,类菌体裂解,根瘤内部由浅红色变为绿褐色。
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Rhizobiumnodulesonapearoot
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2.固氮菌菌剂
自生和联合固氮微生物的固氮能力比自生固氮的根瘤菌要少得多,而且在使用过程中更易受到环境条件中氮素含量的影响。
但在实践中发现,它们对作物的作用除了固氮外,更重要的是它们能够产生多种植物激素类物质。
1991年Coppla等从圆褐固氮菌细胞浸出液中发现了植物刺激物质;
1974年Barea等用雀稗固氮菌培养物处理几种植物的幼苗和根部,均有根、叶增重的结果。
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3.解磷微生物菌剂
能分解土壤中难溶态磷的细菌制成的解磷细菌肥料,使解磷细菌在作物根际形成一个磷素供应较为充分的微区,因磷细菌在生长代谢过程中能够产生一些有机酸和如植酸酶的酶类,使土壤中的难溶性磷形成作物能够吸收利用的可溶性磷,供作物吸收利用。
目前生产上应用较多的菌种为巨大芽孢扦菌。
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4.硅酸盐微生物菌剂
分解土壤中难溶的磷、钾等营养元素,并在生长、代谢过程中分泌可以刺激作物生长的激素类物质,在植物根际形成优势种群,可抑制其它病原菌的生长,因而达到增产效果。
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5.光合细菌菌剂
光合细菌是地球上最早的光合生物,广泛分布于海洋、江河、湖泊、沼泽、池塘、活性污泥及水稻、水葫芦、小麦等根际土壤中。
它能促进土壤中放线菌、固氮菌等微生物的生长,增强农产品的耐贮性和提高品质,降解土壤中残留的农药及其它有毒物质。
与生产应用关系密切的光合细菌主要是红螺菌科中的一些种、属。
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6.菌根菌剂
使用的菌种包括由多数内囊霉科属或种形成的泡霉—丛枝状菌根,简称AM真菌。
目前的土法生产已能够解决小批量生产问题,用于名贵花卉、苗木、药材,有较好的应用前景。
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应用菌根菌的增产效果
CK
菌根菌剂
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7.促生菌剂
指通过接种在植物根际增殖且具有促进生长作用的土壤细菌称为植物促生根际细菌(PGPR)。
作用机理:
①分泌植物促生物质;
②改善植物根际的营养环境。
加强了土壤中有机物的分解,促进了植物营养元素的矿化,增强了对作物营养的供应;
③对作物病害的生物控制作用,主要是能够产生抗生素、胞外溶解酶、氰化物和铁载体,还有可能是改变根际微环境平衡,促进作物生长;
④对污染物的降解;
⑤对豆科植物结瘤的促生作用。
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GrowthpromotionwithPGPR.Legumesshownweresownwith[right]andwithout[left]PGPR.
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8.抗生菌肥料
指用分泌抗生物质和刺激素的微生物制成的肥料产品,使用菌种通常是放线菌,如细黄链霉菌(Streptomycesjingyangesis)。
我国应用多年的“5406”即属此类,应用后不仅有肥效作用而且能抑制一些作物病害,刺激和调节作物生长。
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9.复合微生物肥料
是由两种或两种以上的微生物或一种微生物与其它营养物质复配而成的一种新型肥料。
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应用根瘤菌肥料的增产效果
Spr2-9
Spr2-9+0.3%钼
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应用菌根菌和根瘤菌双接种的增产效果
菌根菌+根瘤菌
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基础研究力度不够,科研人员相对不足
菌株目标效能不稳定,配伍不尽合理,抗逆性差
生产工艺落后,产品质量不稳
微生物肥料产品质量标准有待进一步完善
我国微生物肥料的研制应用中存在的问题
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由豆科作物接种剂向非豆科用肥方面发展
由单一菌种向复合菌种方面发展
由单功能向多功能方面发展
由无芽孢菌转向芽孢菌种
我国微生物肥料研制的发展趋势
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利用微生物或其产物来防治植物病虫害和杂草危害的一类微生物制剂。
当这些病原体和拮抗微生物或其代谢产物为昆虫吞食、接触或病菌感染后,通过微生物的活动、毒素的作用而使害虫和病原菌的新陈代谢受影响,破坏其机体器官,影响其发育繁殖或变态,从而达到灭菌防病的目的。
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阿维菌素(avermectin)是杀线虫和节肢动物(特别是螨类)的抗生素。
它能增加虫体内的γ-氨基丁酸,后者对神经有抑制作用。
Streptomycesavermitilis
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球孢白僵菌(Beauveriabassiana)的菌丝长出金龟甲尸体表面
球孢白僵菌杀死松毛虫、蝗虫和家蚕
松毛虫
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僵蚕
(家蚕幼虫感染白僵菌而致死的干燥带菌虫体)
性味和功用辛、咸,平。
归肺、肝、胃经。
祛风解痉,化痰散结。
用于肝风头痛眩晕,惊风抽搐,咽喉肿痛,中风失音,喉痹,痰热结核,齿痛,瘰疬,风疮丹毒作痒。
常用量5~10克。
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棉铃虫幼虫的环节处被核型多角体病毒感染.
80%的昆虫病毒都是农林业中常见的鳞翅目害虫的病原体,因此是害虫生物防治的巨大资源库。
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近20年来,利用昆虫病毒防治农作物害虫已成为国内外生物防治的一个重要发展方向。
HaSNPV是棉铃虫特异性病原病毒,由武汉病毒所分离,自70年代起被用于棉铃虫的防治。
在武汉病毒所和兄弟单位的协助之下,该病毒在1993年被登记注册为我国的第一个病毒杀虫剂,目前年产200~400吨,年应用面积达200万亩次,在国际上具有较大的影响。
我国许多地方都开展了不同规模的田间治虫试验,其中面积较大的有赤松毛虫质型多角体病毒(CPV),棉铃虫和油桐尺蠖核型多角体病毒(NPV)和菜粉蝶颗粒体病毒(GV)等病毒杀虫剂,而且取得了较好的防治效果。
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微生物农药的种类
细菌杀虫剂
真菌杀虫剂
病毒杀菌剂
农用抗生素
微生物除草剂
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微生物农药的特点:
对脊椎动物和人类无害,不污染环境;
对植物无毒害;
能保护害虫天敌;
昆虫不易产生抗药性;
自然传播感染能力:
有些昆虫病原微生物,可在昆虫群落中自然传播感染成流行病;
容易进行大量生产。
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微生物杀虫剂
——细菌杀虫剂(bacterialinsecticide)
是利用对某些昆虫有致病或致死作用的杀虫细菌,及其所含有的活性成分制成,用于防治和杀死目标害虫的生物杀虫制剂。
作用机制是胃毒作用,通过肠细胞吸收,进入体腔和血液,使之得败血症导致全身中毒死亡
全世界约有30多个国家100多家公司生产细菌杀虫剂,品种可达150多个,并已逐渐应用于蔬菜、林业、园艺、卫生害虫等领域的害虫防治中
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1)苏云金杆菌(Bt)
用途最广、开发时间最长、产量最大、应用最成功
占生物防治剂总量的95%以上,已有60多个国家登记了120多个品种
美国用以防治蔬菜害虫和玉米害虫的面积分别占总面积的80%和50%,销售额从80年代末的4000万美元上升到90年代的5亿多美元
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我国于1959年引进Bt杀虫剂,1965年在武汉建成国内第一家Bt杀虫剂生产企业
我国目前已登记的Bt杀虫剂粉剂有l6种,液剂l2种,生产厂家达76家,年产量达2.0×
108kg-3.0×
108kg
由我国构建的高效杀虫重组苏云金杆菌,已于2000年底通过了安全评价,并获准进行商品化生产
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Bt应用的剂型:
油悬剂
是指一类用经过试验可以作为菌剂助剂且不污染作物的油类作为载体的一种剂型。
油类包括植物油或矿物油。
作为稀释剂,要求油类本身具有良好的帖着性和展着性。
容易附于蜡质或光滑的叶面。
所以油悬剂具有粘着性和展着性好、抗雨冲刷能力强等优点
湖北省农业科学院生物农药工程研究中心
对棉铃虫的田间防效达85.3%96.0%
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微囊剂
是指将有效成分包在囊壁物质中制成几微米至儿百微米的微小球体。
靠改变囊壁厚度和孔径大小控制药物释放速度
苏云金芽胞杆菌微胶囊制剂已开发了3种类型,一种是可喷洒性制剂,加水后形成的悬液可以直接用常规喷雾器喷洒;
另一种是传统的颗粒饵剂,经过干、湿过程后颗粒之间仍保持相互分离;
第三种是粘着性颗粒剂,与水接触后会发生部分膨胀,干燥后仍可粘着在作物叶片上
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漂浮块剂
是缓释剂的一种类型。
主要用于蚊虫幼虫的防治。
苏善强等用粘合剂、凝结剂和松散剂按一定比例混合,加热溶解、搅拌、冷却后按所需剂量加入苏云金杆菌H14粉剂,压缩成边长1.5cm的正立方体块状缓释剂。
现场毒杀埃及伊蚊幼虫的实际效果显示,按剂量0.0005%投药后1个月,室内幼虫密度布雷图指数从投药前的123.26降至2.56;
投药后3个月,室外布雷图指数从投药前的136.11降至3.33,灭蚊持效时问达3个月以上
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油烟雾剂
烟雾载药技术防治植物病虫害具有工效高、用药经济、使用方便、收效快等优点,尤其适用于交通不便、水源困难、山坡陡峭、林木高大的林区病虫害防治
能直接对家蚕致死
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火箭抛撒剂型
将苏云金芽胞杆菌工业菌粉进行复配后,装入火箭弹头,装菌量700g~50g。
弹头将菌粉带到空中爆炸抛撤落粉,分布在防治目标的叶面上。
弹头射高100~150m。
射距200~300m,抛撒散落直径大于30m,抛撒环境温度低于65℃。
经检测,抛撒后菌粉对马尾松毛虫的毒力效价不但没有下降,而且还因复配改良的原因有所上升。
结果表明。
这一抛撒方式有利于保护苏云金芽胞杆菌的生物活性,爆炸抛撒对菌粉芽胞也无不良影响
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紫外线防护剂型
苏云金芽胞杆菌制剂直接与适量化学紫外线吸收剂混合,即可取得防护效果
苏云金杆菌制剂中加入木质素及蔗糖溶液,可以防止紫外线的伤害,提高残效期
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青虫菌、乳状芽胞杆菌、球形芽孢杆菌、金龟子芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、枯草杆菌、放射形土壤杆菌、洋葱球茎病假单胞菌、荧光假单胞菌、丁香假单胞菌、灰绿链霉菌
2)其他细菌
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世界上已记载的杀虫真菌约有100属,800多种。
各国应用研究最多的是白僵菌,其次是绿僵茵。
此外,还有赤僵菌、虫生藻菌等
——真菌杀虫剂
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1)白僵菌(Beaurevriabassiana)
研制较早,普及面积大、应用最广。
美国已经产业化的两种白僵菌制剂,即:
B.bassianoStrainTBl,Bb147和CHA,以及B.brongniar。
菌株Bb-147是从被感染的玉米螟幼虫体上分离得到,其生产工艺由INRA研制而成。
菌株TBI由美国的一家研究中心从墨西哥棉铃虫体内获得
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被用于防治螫草等地下害虫、天牛等蛀干害虫以及苹果食心虫,并且对蚊子幼虫也有效⋯。
最近,由我国研制的绿僵菌农药,虽速效性较低,但7-9天可使蝗虫集中大量死亡,能有效控制蝗虫种群数量。
药后持效期15天以上
2)绿僵菌(Metarhiziumanisopliae)
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目前,已有30多个国家和地区,开展病毒防治害虫工作,20多个国家的30多种病毒杀虫剂已进行登记、注册、生产应用。
病毒杀虫剂宿主特异性强,能在害虫群内传播形成流行病。
也能潜伏于虫卵,传播给后代,持效作用长。
缺点是施用效果受环境影响大,宿主范围窄
已知的昆虫病毒有1600多种,其中60%为杆状病毒,可引起1100种昆虫和螨类发病,可控制近30%的粮食和纤维作物上的主要害虫。
在昆虫病毒研究领域中,我国已发现报道的昆虫病毒近220种,约250株,其中,110株为我国首次分离得到。
目前,已有20多种昆虫病毒进入大田试验推广,针对农牧业害虫的有l2株
——昆虫病毒杀虫剂
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1993年。
国内第一个昆虫病毒杀虫剂—棉铃虫核型多角体病毒(HaNPV)完成了产品注册登记,标志着我国昆虫病毒杀虫剂的研究开始从实验室走向实用化
斜纹夜蛾NPV(虫瘟一号)、茶尺蠖NPV、茶毛虫NPV、黄地老虎GV及菜青虫GV杀虫剂
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20世纪80年代,我国引进昆虫病原线虫优良品种,并通过固体培养进行大量生产,90年代进行液体发酵生产昆虫病原线虫,也获得成功
斯氏线虫:
已在田间用于防治小菜蛾、桃小食心虫、地老虎、蝇蛆、天牛等害虫
异小杆线虫“泰山1号”:
已正式生产,防治人蜡螟等害虫,效染良好
——线虫杀虫剂
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微孢子杀虫剂:
是原生动物,它是经宿主口或卵或皮肤感染,并在其中增殖,使宿主死亡。
当前用于农林防治的微孢子杀虫剂有3种,即:
行军虫、云杉卷叶蛾和蝗虫微孢子虫
1986年,从美国引进的蝗虫微孢子虫(Nosemalocustae)在防治草原蝗虫方面取得了显著效果,在短时间内迅速降低虫口密度,引起虫病流行,达到长期防治的目的。
并通过研究建立大盆增殖微抱子虫的生产技术,年产制剂可供防治3×
10hm草原蝗虫。
1994年,防治面积超过1×
10hm,虫1=1减退率在55%以上,并可有效降低蝗虫第二代种群密度
——微孢子杀虫剂
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微生物杀菌剂是一类控制植物病原菌的制剂,主要有农用抗生索、细菌杀菌剂、真菌杀菌剂和病毒杀菌剂等类型。
微生物杀菌剂主要抑制病原菌能量产生、干扰生物合成和破坏细胞结构。
内吸性强、毒性低,有的兼有刺激植物生长的作用。
目前,生产上应用的微生物杀菌剂,包括有井冈霉素、公主岭霉素、赤霉索、春雷霉素、农抗120、农抗5102、中生菌素、武夷菌素、浏阳霉素等·
微生物杀菌剂
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除草剂双丙胺磷
具有强烈的广谱杀草活性,能防治一年生和多年生的杂草,同时具有很高的杀螨活性
1963年,我国首次将真菌用于杂草的生物防治,利用炭疽病“鲁保一号”防治大豆菟丝子。
1966年以后,生物除草剂“鲁保一号”推广到全国2O多个省、市、自治区,防治效果稳定在80%以上
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植物生长调节剂中的品种有细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、多聚寡糖(oligosaccharins)和超敏蛋白(Harpinprotein)
巾国农业科学院,于20世纪5O年代发现“5406”,其活性有效成分为玉米素和激动素,在浙江嘉善微生物农药厂实现产业化生产,现已广泛用于蔬菜、柑桔、茶叶、烟草、人参等多种植物上
国内植物生长调节剂发酵罐单罐生产最大吨位已达到50t,最小吨位也达20t
赤霉素
微生物植物生长调节剂
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技术落后
多为发酵制作,生产工艺停留在自然筛选上,导致成本偏高
价格偏高
生产企业规模小、设备差、缺乏资金和技术落后
科研成果转化率低
广泛推广应用的主要是井冈霉素、阿维菌索和赤霉素3种
微生物农药面临的问题
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农药市场比较混乱
假冒伪劣农药充斥市场
发展速度缓慢
推广周期长,至少要六、七年时间;
品种也不齐全,在农药中所占比例不到10%
产品质量不稳定
开发力度小
投资太少,导致新产品开发的后劲不足,上市的微生物农药品种也不够齐全;
生产结构不合理、企业生产规模小、研究开发与生产衔接不力
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食用菌资源十分丰富,全世界可供食用的真菌有2000多种。
常见栽培品种有双孢蘑菇、草菇、金针菇、平菇、香菇、猴头菌、木耳、银耳、灵芝、和茯苓等。
原料:
主要是农副产品下脚料。
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不争人地力、效快益高
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人工栽培的金针菇
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市场广阔
属于供不应求的紧俏品
有潜在的巨大市场
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(一)微生物饲料的概念及主要微生物
微生物饲料是利用微生物的新陈代谢和个体的繁殖来生产和调制的饲料。
与微生物饲料生产与调制有关,能提供菌体蛋白和有益代谢物,具备解毒、脱毒功能的有益微生物,称为饲料微生物。
主要有细菌、酵母菌、担子菌和单细胞藻类等
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(1)利用微生物处理难利用的大宗饲料原料.
发酵原料的理化性状,增加适口性,提高消化率及营养价值;
或解毒、脱毒,积累有益物质等。
包括乳酸发酵(青贮饲料),粗饲料发酵,担子菌发酵,粪便发酵,屠宰残渣发酵,有毒饲料解毒,饼粕脱毒等。
(2)利用广泛存在的废弃物,矿物、纤维素,糖类资源生产菌体蛋白。
如:
饲料酵母、石油酵母,固态法菌体蛋白,食用菌,白地霉,光合细菌和微型藻等。
(3)利用微生物及其有益产物作饲料添加剂。
抗生素,维生素,氨基酸,酶,微生物促长剂和各种微生态制剂。
而药物,维生素,氨基酸和纯酶类一般不称为微生物饲料。
上述三种形式很难截然分开,多半是互相结合在一起的,各有侧重而已。
(二)诱人的前景
当前世界有三大难题:
食物、环境和能源。
这三个问题的解决,都与微生物有关,都与微生物饲料有关。
如何解决蛋白饲料匮乏和有效利用组纤维是解决人类食物,改善环境,节约能源的重要环节,微生物饲料则是重要途径。
21世纪生物饲料的发展前景:
A、发展生物饲料符合环境保护的需要
饲料被动物摄入后,各种营养成分不可能完全被动物吸收利用,没有被动物吸收的成分将随粪便排出。
动物对各成分的利用率越高,则排泄物中的含量就越低,对环境的污染就越少。
B、生物
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