微生物与农业生产

虽然，单细胞蛋白可以为我们解决一些蛋白质的不足，但地球要养活50多亿人口和几百几千亿的畜禽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神通广大的生命家族上来。前面我们已谈到微生物在土壤物质转化中的作用及微生物与植物间存在着的极为密切的关系。事实上，微生物与农业生产密不可分。任何植物都必须依土壤为基地，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是微生物的作用。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，这样大大改善土壤肥力。
     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。积肥、沤粪、翻土压青等有意识地创造有机肥料腐熟条件是人在农业生产中控制微生物的生命活动的规律的生产技术，这些技术很早就被古代劳动人民所接受，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。生物固氮，这在土壤中的许多微生物中都有这种功能。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。寄生于豆科植物根部的根瘤菌就是一种很好的固氮菌。这种细菌在土壤中自由生活并不能固氮，但当它侵入到豆科植物的根部结瘤后即具有从大气中固氮的能力。把根瘤菌接种到植物根部，结瘤后，植物即能依此而固氮，从而节约了化肥，提高了作物的产量，这种方法已得到大面积应用。
     我国在建国初期，即在华北地区推广应用花生根瘤菌接种剂，接着又在东北地区推广应用大豆根瘤菌剂，在长江流域使用紫云英、苜蓿和苕子等的根瘤菌剂。目前根瘤菌接种剂已在全国各地广泛使用，成为栽培豆科植物中一项重要的农业技术。不仅如此，我国山东大学的聂延富等人还用植物生长剂“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。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。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。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1300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，用作细菌杀虫剂的目前主要是苏方金杆菌和日本金龟子芽胞杆菌。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均有良好效果。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，象医用的链霉素、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。
     有许多则是农业上专用的，如防治稻瘟病的杀稻瘟素一S和春雷霉素；防治麦类及瓜类百粉病和稻瘟病的庆丰霉素；防水稻纹枯病的井岗霉素和“5102”等，有些抗生素除了防治病害外，还有促植物生长作用，如“5406”等。抗生素在农业生产中的应用，对作物高产稳产提供了有力的保障。生物除草剂，是利用某些微生物对有害杂草有致病作用的原理而培养的制剂，如我国曾使用“保鲁一号菌”用来防治危害大豆的菟丝子取得良好效果。农业上使用植物生长激素比较多，其中大家比较熟悉的就是“九二○”，也叫赤霉素，它是水稻恶苗病菌的一种代谢产物。它对植物有很强的生理活性，一般在很低的浓度（几十万分之一）就能促使植物细胞迅速长大，茎杆伸长，叶面增大；也可以使作物提前抽苔、抽穗和开花，缩短发育周期，提高成熟；也能打破种子、块根、块茎的休眼，催芽发苗；还能刺激果实生长，增加结果率。甚至对动物中的“僵猪”都有催长作用。因而“九二○”广泛用于催芽、催熟和促生长上。