农业微生物制剂产业化关键技术研发与示范

农业微生物制剂产业化关键技术研发与示范

微生物在农业生产中应用的关键技术研究及其产业化示范

一、 专项概述

上世纪70年代以来，发达国家迅速发展了以机械化、化学化和能源化为主要标志的现代化农业。机械、化肥、农药等的大量使用，极大地提高了土地和劳动生产率，在很大程度上满足了人口膨胀对粮食的需求。但是，现代化农业也带来了一系列不良的后果，如环境污染、耕地退化、作物病虫害加重、生态条件恶化、产品质量下降等。因此，发达国家纷纷行动起来，寻求可持续发展的出路。在我国全面建设小康社会的进程中，胡锦涛总书记在党的“十七大”会议上首次提出建设“生态文明”放在工业化、现代化发展战略的突出位置，落实到每个单位、每个家庭。姜春云在2007年第三届中国（海南）生态文化论坛的致辞中提出：中国生态文明是人类一切文明的根基，自然生态恶化是世界一切文明消亡的根本原因。而应用高科技开发丰富的微生物资源宝库的工业型农业，是保护生态环境、资源可循环利用的可持续农业，它符合生态文明建设的需求，是生态文明建设的重要组成部分。目前，微生物已在农业的相关方面形成了6大产业：微生物饲料、微生物肥料、微生物食品、微生物农药、微生物能源和微生物环境保护剂。

本专项以提升我省微生物产业的科技水平和产品在国内外市场

的竞争力为导向，以自主创新为原则，围绕制约我省微生物产业发展的菌种技术和生产工艺两大问题为突破口，解决我省微生物产业菌种效能和产品质量有待进一步提高的关键技术与共性问题。调查我省各种自然生态区内的微生物资源，并从全国各地的特色生态区收集微生物，在做好资源的收集和保存的基础上，加强微生物资源的挖掘和利用研究，针对生产需求对获得的微生物资源开展功能和产业工艺技术研究，建立以服务产业为目的微生物种质资源及利用技术信息库。

本项目以功能特性为依据进行微生物资源的收集、采用现代生物学技术建立资源鉴定系统和评价方法，建立资源的快速筛选模型；在种质资源库的基础上采用常规诱变、细胞融合技术和基因改造技术等方法，创新微生物种质材料，提高微生物种质的效能；针对不同高效菌株的特性，自主研究个性化的微生物发酵生产工艺技术，建立相应微生物产品标准化生产关键技术体系，创制一批具有原创性知识产权的微生物制剂新产品，服务于福建生态农业和可持续农业，为我省出口型农业产业升级提供科技支撑，对建设生态文明和加速我省社会主义新农村建设进程，将起到有利的促进作用。

专项拟设立以下五个专题：

专题一“芽孢杆菌种质资源及功能基因库的建设与利用” 专题二“微生物农药新资源及制剂化技术创新与产业化示范” 专题三“高效复合多功能微生物肥料新技术与产业化示范” 专题四“饲草创新利用技术与微生物饲料产业化示范” 专题五“农业生产环境污染无害化治理新技术与示范应用”

微生物是一类现实和潜在用途均很大的可再生生物资源，它不仅在维持生态平衡方面发挥巨大作用，而且广泛应用于工、农、医等各个领域，与人们的日常生活密切相关。目前微生物资源已在饲料、肥料、制药、食品、能源和生态环境保护剂方面形成了6大产业，微生物产业已经成为继植物、动物之后的第三大生物产业和发展生态农业、循环农业的重要途径。芽孢杆菌由于其独特的生物学特性，使其易于产业化开发应用，而倍受人们的青睐，它在6大产业中均占有重要的地位。我国农业微生物资源菌种中心仅保存8千余株菌种，全国各单位农业微生物菌种总数估计也不超过2万株，而美国农业部的农业菌种保藏中心(NRRL)现有菌种8万株，这与我国丰富的微生物资源蕴藏量极不相称，更无法满足我国农业微生物研究及产业对菌种资源的需求。芽孢杆菌资源由于其广泛的应用前景而倍受人们的重视，但我国的资源保藏量也与发达国家保藏库(DSMZ、NRRL等)有较大差距，有些发达国家如美国有芽孢杆菌的专业保藏中心(BGSC)。在资源的功能研究与应用前景分析方面，我国更加落后，对库中的资源缺乏功能特性与利用研究。为此利用从DSMZ引进的芽孢杆菌标准菌株及相关菌株建立分类系统为基础，大量收集鉴定我国的芽孢杆菌资源，建立芽孢杆菌资源与功能信息库可为保障和推动微生物产业的发展提供基础，为农业微生物科学研究与生物技术产业及整个农业可持续发展提供重要基础。基于我省地处亚热带，森林覆盖率居全国之首，有国家级自然保护区12个，微生物资源极其丰富，特别是武夷山被列为世界自然与文化遗产，设置专题一“芽孢杆菌种质资源及功能基因库

的建设与利用”。通过该专题研究明确芽孢杆菌的系统发育进化，并在系统学研究的基础上建立芽孢杆菌快速鉴定系统，对已有菌株和新分离菌株进行系统分类，结合对菌株的功能及其基因鉴定工作，建立芽孢杆菌资源及其功能基因信息库；建立系统分类信息与功能信息的在线比对分析系统，为芽孢杆菌的分类鉴定提供一个方面快捷的信息平台；收集芽孢杆菌资源种类达200个种以上，菌株总数达5000株以上；通过系统筛选获得对十字花科蔬菜的小菜蛾及植物细菌性青枯病和作物枯萎病具有良好控制效果的芽孢杆菌5-7株，并对其功能基因进行初步分析。获得微生物肥用菌

随着科学技术的不断发展进步与人们生活水平的提高，减少化学农药使用量，保护人类生存环境、谋求可持续发展的呼声日益高涨，已引起人们的高度重视。微生物农药由于具有安全、环保的特性得到人们的广泛关注，它是利用微生物菌体或其代谢产物来防治植物病虫害的一种生物制剂，通过从自然界采集各种样本，进行分类筛选昆虫病原体或病菌拮抗微生物，经人工培养、收集、提取而制成的。这些病原体和拮抗物及其产物为昆虫吞食、动植物接触感染、与病原物互作拮抗，由于微生物自身活动产生活性物质，导致昆虫新陈代谢受阻，组织器官受到破坏，植物病原细胞生长受抑制或死亡，从而达到控制病虫害的目的，所以不存在农药残留的问题。我省是蔬菜、茶叶出口大省，但受农药残留影响，每年损失巨大，为了有效地保证产量的同时使农产品农药残留达到出口标准，有必要大力推广使用生物农药。而目前我省的生物农药的提升空间还很大，农民对生物农药的认可度

也还不高。为保障我省出口农业产品的质量，促进农业出口贸易的发展，增加农民的收入，也为微生物农药的发展奠定物质基础、技术基础、条件基础和人才基础，设置专题二“微生物农药新资源及制剂化技术创新与产业化示范”。通过该专题的实施，筛选具有潜在开发价值的各类微生物50株以上，采用诱变或细胞技术选育出高效杀虫或防病菌株5株，效果比野生菌株提高20%以上，构建高效基因工程菌3株以上；至少完成2种病虫害高效生防菌株的发酵营养组分与条件优化及产业化中试，完成制剂配方研究；产品对主要目标虫害防治效果达80%、病害防治效果达70%以上；年生产相关生物农药1000吨以上，三年累计推广应用1000万亩次以上。

目前，中国农业的化肥施用总量相当于美国、印度的总和，而亩均施用量则是美国的3倍多。但是，中国农业的水利用率只有40%，仅相当于美国的一半。我国耕地仅占世界的7%，但氮肥的使用量占全世界的近30%，每年因不合理施肥使得超过1000多万吨的氮流失，直接经济损失约300亿元。微生物肥料是利用微生物的生命活动及代谢产物的作用，改善植物的养分供应，为农作物提供营养元素，调控生长、增强抗逆性，可提高产量、改善品质又提高土壤肥力、减少化肥使用。微生物肥料的主要种类有根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷、解钾菌肥料、光合细菌肥料、复合微生物肥料、微生物生长调节剂、菌根制剂、抗生菌肥料及促进植物生长的根细菌类制剂，可以从多方面满足作物生长的需要。为保护农业生态环境、强化食品安全，近年来西方国家在农业生产中开始更多地使用微生物肥料。农业专家们普

遍认为，与传统化学肥料相比，微生物肥料在保护农业生态、提高作物产量和提高肥料利用率方面具有明显优势，要实现农业生产的可持续发展，我国有必要大力发展和推广微生物肥料。 专题三“高效复合多功能微生物肥料新技术与产业化示范”。 该专题选用植株体内和根际的高效固氮、解磷、解钾等微生物菌株，采用现代微生物发酵技术加工制备农用微生物制剂，达到促进作物生长、提高抗逆性和改善农产品品质等作用效果。使土壤肥力明显提高，减少化肥用量30%左右，克服化学肥料造成的土壤板结、地力下降，以及作物连作带来的生产障碍。通过该专题的实施，选育高效增产菌株10株，至少完成3种高效微肥菌株的发酵营养组分与条件化及产业化中试；完成5个复合微生物肥料配方的研究；产品对主要作物的增产作用达10%以上；年生产相关微生物肥料 吨以上，累计推广应用 万亩次以上。

我国是养殖业大国，畜牧业是我国农村经济的优势产业和支柱产业。畜牧业发展快的地区，畜牧业收入已占到农民收入的40%以上。目前，从事畜牧业生产的劳动力达1亿多人。但我国畜牧业发展水平与畜牧业发达国家相比差距还很大，尤其是草食畜牧业。国际上畜牧业中60％以上的产值是由饲草转化来的，即使美国这样的粮食出口大国，该转化比值亦达到73％。近几年我国对饲草的需求在急剧增长，每年有7000万t工业饲料需要优质草粉的添加。福建省属饲料粮紧缺省份，耗粮型畜牧业生产方式十分突出，仅福建省单南平地区每年干草缺口约10万吨左右。农作物秸秆是草食性动物的主要饲草

来源，农作物秸秆是指籽实收获后剩留下的含纤维成分很高的作物残留物，包括禾谷类、豆类、薯类、油料类以及棉花、甘蔗、烟草等多种作物的秸秆。据统计，我国目前农作物秸秆年产量约7亿t左右，占全世界秸秆总量的30%左右。但我国的秸秆等农业生物质资源利用率很低，每年有超过2亿吨以上的秸秆被焚烧与弃置，不仅造成极大的资源浪费，由此引发的生态环境问题严重。农业生物质资源浪费及利用效率不高与生态环境问题交织在一起，严重地困扰着我国农业的持续稳定发展，提高秸秆等农业生物质资源的利用率，进行有效的开发利用已成为我国亟待解决的农业问题。秸秆含有一定的营养成分，稻草、小麦、大豆等主要作物的秸秆粗蛋白含量都在2%左右，是巨大的饲料资源，以我国现有的秸秆资源量，按每kg秸秆转化1kg牛肉（同时需1kg精粮），可收获的牛羊肉0.52～0.60亿t，并相当于从秸秆中收获了2.08～2.40亿 t的粮食。福建省每年产生的秸秆资源量约1000万t，但目前秸秆的处理利用率还很低，秸秆氨化利用率只有1%，整个秸秆资源在福建省的畜牧应用率不到10%，秸秆饲料资源浪费严重。因此，在我省规模化养殖业中，饲草不足与秸秆饲料资源的浪费形成了鲜明的反差。另外，在农村大部分农户对秸秆的利用也只是将秸秆简单的铡切后，不经任何处理饲喂牲畜，未经处理的秸秆不仅消化率低，而且适口性差，这就制约了草食家畜生产水平的提高。微生物饲料从微生态理论和绿色食品的理念出发，在微生态理论指导下，采用有益微生物与饲料混合经发酵、干燥等特殊工艺制成的含活性有益菌的安全、无污染、无残留的优质饲料。通过微生物发酵分解

饲料的有毒有害成分，丰富营养，提高饲料的品质和卫生安全，又能预防疾病和治理环境污染。为此设置专题四“饲草创新利用技术与微生物饲料产业化示范”。本专题主要结合我省实际情况，开展高效降解纤维酶(菌)和食用菌株的筛选；开展饲草青贮、微贮技术研究；开展酶制剂、微生物制剂、复合微生物等发酵饲草和菌渣生产蛋白质饲料研究；开展秸秆、狼尾草等饲草资源青贮、微贮技术以及发酵饲料在草食性动物体内消化效果研究，以及开展肉牛、肉猪育肥和奶牛饲喂效果研究，促进秸秆等饲草和菌渣等资源饲料转化高效利用。项目以龙头企业为核心，建立微生物饲料示范推广点，以点带面，辐射周边，带动养殖业的健康持续发展。

2010年2月9日，历时两年多, 动员57万人、普查近600万个污染源的第一次全国污染源普查结果出炉，环境保护部、国家统计局、农业部联合发布《第一次全国污染源普查公报》。结果显示农业污染是污染“大户”，成为水环境的主要破坏者。农业污染源是化学需氧量的最大贡献者，其化学需氧量排放量为1324.09万吨，占化学需氧量排放总量的43.7％。农业源是总氮、总磷排放的主要来源，其排放量分别为270.46万吨和28.47万吨，分别占排放总量的57.2％和67.4％。农业源污染中比较突出的是畜禽养殖业污染，其化学需氧量、总氮和总磷分别占农业源的96％、38％和56％。大规模、集约化畜禽养殖场的出现，大量的畜禽粪、尿和污水导致环境污染，国外曾有“畜产公害”之称。这些污染物一方面污染周边环境，另一方面造成河流、湖泊、海域水体的富营养化。畜禽养殖场的污染不仅影响周边

地区，还极易引发疫情疾病流行，使养殖业的养殖成本加大。农业污染还造成渔业、畜牧业、旅游业的经济损失。利用微生物对废弃物的分解，将自然界的生物循环引导到更利于维护生态环境的方向。用微生物发酵腐熟剂，用于处理畜禽粪便和作物秸秆，有利于保护生态环境和资源可循环利用，实现农业的可持续发展。我省是畜牧业生产大省，畜牧业已成为农村经济的支柱产业，对于调整优化农村产业结构和区域经济发展具有明显的带动作用。但畜牧业的发展也给环境带来了巨大的压力，据统计2007年猪、牛、鸡粪年排放总量为1949．65万t，其中，猪粪为1057．65万t，牛粪为694万t，鸡粪为198万t。另外，我国每年农药使用量达30多万吨(原药量)，集约化农区施用水平，每公顷低则300 kg，高则达450 kg剂量水平，除30％~40％被作物吸收外，大部分多余的药液进入了水体和土壤及农产品中，农药浪费造成造成了严重污染，农药污染严重影响我省出口型农业的发展。为了有效治理我省的畜禽养殖业污染和农药污染设置专题五“农业生产环境污染无害化治理新技术与示范应用”。专题根据微生态理论和生物发酵理论，采用锯末、秸秆和微生物菌种等混合作为猪舍垫料，生猪圈养在垫料上，靠垫料中的微生物发酵作用和垫料本身的吸附作用，把生猪排泄出来的粪和尿液进行分解、同化和利用，转变为无臭、无害的物质和菌体蛋白质。通过微生物对蔬菜、茶叶等出口农产品种植地残留农药进行分解，为出口产品的生产提供一个更加安全可靠的生态环境。专题研究筛选获得农药残留降解菌30株，制备农药残留微生物降解菌产品2个；筛选获得畜禽粪便处理微生物20株，

研制猪舍零排放体系微生物制剂2个--零污染1号和零污染2号

二、 专项与我省经济社会发展符合性

1、该专项符合我省科技发展规划

《福建省中长期（2006-2020年）科学技术发展规划纲要》中强调“增强农业科技创新能力，加快农业现代化进程为农业生态安全提供支撑。开发人与自然和谐的生产模式和技术。”《福建省科技发展第十一个五年规划纲要》的优先主题21指出“重点开展农林重大病虫害防治研究，外来有害生物预警与控制技术研究，生物防治综合技术研究，研制开发生物农药、农药环保制剂以及高效低毒化学农药等”。本专项研究的高效微生物农药产品及相关技术为农林重大病虫害的绿色防控提供技术支撑，微生物肥料可减少化学肥料的污染增强土壤的肥力及可持续利用，微生物饲料技术可充分利用农业生产中的废弃物避免费焚烧秸秆带来的环境污染、生态破坏。微生物环境保护剂可治理大规模、集约化畜牧场的畜禽粪、尿和污水导致的环境污染。这些技术为发展人与自然和谐的生产模式提供技术基础。

为了保障国内粮食供给平衡，中央、国务院从1990年以来发出了关于“发展秸秆畜牧业”、“大力开发利用地方饲料资源”和“调整畜禽结构，发展节粮型畜牧业”的重要指示。国家在“九五”计划和2010年远景规划中明确提出发展畜禽养殖，主攻食草型和非粮型饲料。我省早在2003年提出了农业\三四九\发展思路（即发展闽西北绿色产业带、闽东南高优农业产业带和沿海蓝色产业带等“三个产业带”，畜

杆菌杀虫剂是目前世界上用途最广、产量最大、应用最成功的微生物杀虫剂，苏云金芽孢杆菌占微生物杀虫剂总量的90％以上，已有60多个国家登记了120多个品种，广泛应用于防治农业、林业和贮藏的害虫，主要应用于鳞翅目害虫防治。此外还有杀螟杆菌、松毛虫杆菌、7216杆菌、球形芽孢杆菌等。

1.2 真菌杀虫剂 以分生孢子附着于昆虫的皮肤，分生孢子吸水后萌发而长出芽管或形成附着孢，侵人昆虫体内，菌丝体在虫体内不断繁殖，造成病理变化和物理损害，最后导致昆虫死亡。真菌杀虫剂具有某些化学杀虫剂的触杀性能，并具有防治范围广、残效长、扩散力强等特点。但也存在见效慢，侵染过程较长，受环境影响较大等缺点。真菌杀虫剂种类繁多，包括：白僵菌杀虫剂、绿僵菌杀虫剂、拟青霉杀虫剂及座壳孢菌杀虫剂。应用真菌杀虫剂防治害虫一直受到国内外的广泛关注，我国开展真菌制剂的研究开发已有30多年的历史，目前世界上已记载的杀虫真菌大约有100个属，800多个种，其中约50％集中于半知菌亚门，如：白僵菌属、绿僵菌属、被毛孢属、蟪霉属、轮枝拟青霉属、棒孢霉属。研究最多的是该亚门中的白僵菌，其次是绿僵菌。此外还有拟青霉属、赤僵菌、虫生藻菌等；英国、美国等国家还有蚧生轮枝菌、汤普生多毛菌的商品制剂。国际生防组织使用黄绿绿僵菌防治沙漠蝗虫，美国引进舞毒蛾噬虫霉防治舞毒蛾，巴西使用金龟子绿僵菌防治甘薯沫蝉等，均取得了显著效果。

1.3 线虫杀虫剂 线虫杀虫剂是国际上新兴的生物杀虫剂。虽然从

严格意义上讲，线虫是多细胞真核生物，并不属于微生物范畴。但线虫作用于昆虫的机制和微生物杀虫剂相似。因此，也就归为一类微生物杀虫剂。食虫的线虫通过自然伤口穿透虫体，然后和致病杆菌属(Xenorhabdus)或光杆状菌属(Photorhabdus)的细菌共生。这些细菌能很快得以释放毒素的方式杀死寄主。在腐烂的寄主组织中再产生线虫。但线虫对干燥特别敏感，所以它们仅限在潮湿生活环境中对害虫进行有效的控制。斯氏线虫(Steninernema fehiae)等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(Heterorhahditis sp)“泰山1号”已中试生产，防治大蜡螟等害虫，效果良好。 2 微生物杀菌剂

2.1 细菌杀菌剂 近年来细菌杀菌剂的应用也较为普遍。在国外用放射土壤杆菌k84菌系来防治果树的根癌病是最成功的例子，并且已商品化。美国报道用草生欧氏杆菌防治梨火疫病效果与链霉素相当。沈阳农业大学生物农药工程中心利用拮抗木霉和拮抗细菌混合发酵制成粉剂，成功地防治了保护地蔬菜和甜瓜的苗期病害，该项产品正处于中试阶段。其他报道的细菌杀菌剂还有：用来防治黄瓜及烟草炭疽病菌的地衣芽孢杆菌，防治甘蓝黑腐病的枯草芽孢杆菌，以及防治水稻纹枯病的假单孢菌等。由于细菌的种类多、数量大、繁殖速度快，且易于人工培养和控制，因此，细菌杀菌剂的研究和开发具有较大的前景。

2.2 真菌杀菌剂 真菌杀菌剂研究和应用最广泛的是木霉菌，其次

是粘帚霉类。我国开发研制的灭菌灵，主要用于防治各种作物的霜霉病。此外，一些食线虫真菌可用来防治大豆孢囊线虫、根结线虫病害，如淡紫拟青霉用于防治香蕉穿孔线虫病、马铃薯金线虫病，并提高其产量。以色列开发出一种名为Trichode的哈茨木霉制剂，能够防治灰霉病、霜霉病等多种叶部病害。日本山阳公司则开发了用于防治烟草白绢病的木霉属菌。WRGrace公司开发了用于园艺的绿粘帝霉。Ecologicallabs的木隔孢伏革霉被用于森林病害的防治。目前，此类制剂商品化市场尚未形成。 3 微生物除草剂

微生物除草剂主要是利用活体生物或其代谢产物来杀灭杂草。活体微生物除草剂，目前成为国外的研究和开发的热点，其中以真菌除草剂的研究和开发最为活跃，活体微生物除草剂的作用方式是孢子、菌丝等直接穿透寄主表皮，进入寄主组织、产生毒素，使杂草发病并逐步蔓延，影响杂草植株正常的生理状况，导致杂草死亡，从而控制杂草的种群数量。利用微生物代谢产物除草即为农用抗生素除草剂，以日本的研究最为领先。双丙氨磷(2一氨基一4一甲基磷酰乙酰)是一种广谱微生物除草剂，能防治一年生和多年生的杂草，同时具有很高的杀螨活性。除日本明治制果开发的双丙氨磷产业化成功外，其它抗生素除草剂几乎均未实现产业化。 4、存在的问题

4.l 微生物农药防效的评价问题 以微生物农药为主的生物防治

是一种持久效应，因此对微生物农药的防治效果应该进行长期追踪调查，这样才能制定出使用微生物农药进行农作物病虫害管理的途径和策略。把微生物农药的防效与化学农药的防效进行比较，并套用化学防治的使用方法进行生物防治，这是一种错误的思路。微生物农药是通过生物间的相互作用来控制植物病虫害发生、为害的，微生物农药的效果不可能像化学农药那么快速、有效，但它们的防效是持久的、稳定的。因此，应该建立生物农药防治植物病虫害效果的评价体系，从生物农药对环境保护、可持续控制、农产品安全等诸方面的影响进行评估，有利于生物农药健康、迅速地发展。

4.2 微生物农药的中试和制剂问题 微生物农药进行实验室研究、小试的产品和品种很多，但真正最终实现产业化的却很少，究其原因，主要是未能解决产销用三个环节的实际问题。许多研究人员不大愿意做大范围的田间生物防治试验，因为这种试验费用大，各种干扰因素复杂，获得成果的可能性小。所以，政府在经费投入上应对微生物农药的研制及其产业化给予倾斜，鼓励研究人员加快微生物农药的产业化进程，同时对微生物农药产品的商品化应给予优惠条件。 微生物农药剂型单一、生产工艺落后，产品的理化指标和有效成分含量不稳定，致使成为微生物农药发展的一个瓶颈。因此，要开展产学研联合攻关，筛选能保持新剂型理化性状的助剂配方，筛选能提高新剂型分散性和附着性的表面活性剂，研制出提高生物农药防治效果的新助剂和新剂型。提高微生

物农药的防治效果和有效利用率。

4.3 农民对微生物农药的认识问题 由于农民长期使用化学农药，首先考虑效果好坏，其次是成本与经济效益的关系，基本不考虑环境污染和农产品残留问题，对微生物农药的优点和可持续控制作用缺乏感性认识，加上微生物农药的毒性低、药效相对慢等弱点和宣传力度不足等原因，使农民对微生物农药的优越性认识不足。因此要加大宣传力度，使广大农民充分认识到生物农药的优越性，同时应加强农产品化学农药残留的检测，严格实行农产品优质优价，使农民真正获得使用生物农药的好处；要抓住当前各级政府大力发展无公害农产品、大面积建设无公害农产品生产基地的契机，促进微生物农药的迅速发展。 5 微生物农药发展趋势

5.1 抑病、抑虫土壤 这种有杀虫和拮抗微生物的土壤，使病原菌不能生存，有害生物不能导致为害。目前虽然已有一些抑病、抑虫土壤的报导，但其抑制机制还不够了解，而其抑制机制可引导新的生物防治因子的发现。

5.2 生物防除杂草 杂草的生物防治就是利用寄主范围较专一的植食性动物或植物病原微生物，将影响人类经济活力的杂草种群控制在经济为害阈值之下。生物治草与化学除草相比，具有不污染环境、不产生药害、经济效益高等优点。有时一次成功的天敌引种可一劳永逸地解决草害。对一些恶性杂草或在特殊环境(如水域)的草害、生物防治往往是最理想的防治措施。然而生物除草涉

及的问题广泛复杂，难度较大，所以有必要加强这方面的研究工作。

5.3 基因工程微生物 近几年来，基因工程微生物的研究十分活跃，并先于抗病虫遗传工程植物进入了实用化阶段。这一发展显示出生物技术用于生防微生物遗传改良的巨大潜力，并为新一代微生物农药的进一步研究开发奠定了基础。美国Mycogen公司将Bt毒蛋白基因转入定殖在植物根部的萤光假单胞菌中，使杀虫作用可延长到两周以上，对小菜蛾的杀虫效果与化学农药相当，这种工程杀虫菌剂无污染环境的副作用，1991年登记注册，商品名为MVP，成为一种新型的微生物杀虫剂，用于蔬菜害虫防治。 5.4 转基因抗病虫植物 转基因抗病虫植物为病虫害防治开辟了新路。1985年美国科学家将烟草花叶病毒外壳蛋白基因(cp)导入感病的烟草，转基因植株增强了对病毒的抵抗力。这种通过转cp基因获得抗病性的方法后来在蕃茄、马铃薯、大豆、水稻等多种植株上获得了成功。可见这是一种很有前景的生物工程研究。

（三） 微生物肥料的研究现状

利用微生物对农业加工废弃物进行处理，是废弃物无害化处理和资源化利用的一个重要有效途径。通过人工接种菌剂可提高微生物数量，促进农业加工废弃物无害化处理的过程，缩短处理时间，提高终产品的质量。目前商品化的菌剂有日本的EM菌剂、酵素菌等，我国正加速这方面的研究，目前得到农业部正式批准的有机物料腐熟剂只有15个，临时登记的产品为9个，我省还没有。通过添加其他营养

物质，制备成的高效液肥或固体肥料，对提高肥料的利用率，活化细胞，加强植物的环境适应力及抗病力有很好的作用。我所自主分离筛选的地衣芽孢杆菌，嗜热脂肪土芽孢杆菌等数十株功能菌株，在农业废弃物的堆肥化处理上，对促进堆肥的腐熟，缩短处理周期上的效果明显。将两种菌剂组合，研制成新型的微生物制剂，发挥各自菌株的优势，将对农业加工废弃物的资源化处理有重要的意义。

当前菌剂的研究正朝着高效,多功能,抗逆性强，易于保存，耐运输，方便使用的方向的发展。将不同功能，无拮抗的菌株组合在一起，组合形成高效复合微生物制剂是发展的趋势。市场上的许多微生物制剂存在应用不规范，作用机理不明确，有的甚至夸大其作用效果，产品单一，价格昂贵，生产的肥料使用效果不理想等缺点。不同的高效微生物制剂，可快速处理不同类型的农业废弃物，生产各类型的环境友好型肥料。研发高效微生物制剂，通过高效微生物制剂处理农业加工废弃物生产的环境友好型肥料具有无毒无害无残留，对环境无污染、肥效高、可增强土壤肥力、改善作物品质等优点。随着环境保护进程的推进，绿色食品产业化成为新的农业增长点，高效多功能微生物有机肥的需求将越来越大。

(四) 饲草创新利用与微生物饲料研究现状

国外20世纪60年代初就开始研究开发微生物饲料。目前，美、日、欧洲、中南美洲、东南亚等地均使用，并有推广普及的发展趋势。在日本和欧美，微生物饲料的应用具有相当长的历史，日本1991年活菌剂用量已达1000t以上，使用菌株最多的是Toyoi菌，其次是酪

酸菌、枯草芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、乳酸菌、Biifd菌，也有多种菌的复合制剂。美国生产微生物饲料添加剂的公司较多，主要菌种是嗜酸乳杆菌、链球菌属和枯草杆菌，美国还有多种混有活菌配合物出售，主要用于犊牛育成及育肥期牛，其次为仔猪、母猪和火鸡等方面，销售额已超过3000万美元。我国于1994年批准使用的益生菌有6种：芽孢杆菌、乳酸杆菌、粪链球菌、酵母菌、黑曲霉和米曲霉。我国目前实际应用的菌株远远不止这几种，但最常用的仍为芽孢杆菌属、乳酸杆菌属、酵母菌属和粪链球菌属等。在秸秆等饲草利用方面，目前主要通过微生物处理转化技术，将秸秆等植物废弃物加工变为微生物蛋白产品；通过发酵技术对青绿秸秆处理制得青贮饲料；通过对秸秆等废物氨化处理，改善原料的适口性、饲喂安全性、保存性和营养价值等。杨红建等研究表明用阿魏酸酯酶预处理农作物秸秆等粗饲料，可促进瘤胃微生物对饲料细胞壁的降解。刘科等研究发现，利用发酵活杆菌发酵秸秆喂断乳后的仔猪，饲料报酬、日增重等指标均得到显著提高。但目前微生物发酵秸秆还面临许多困难，主要困难有：秸秆的纤维素、木质素与蜡质紧密结合在一起，抑制和降低了各种酶的活性；难以选育纤维素酶产量高的菌种；必须解决发酵过程中降解终产物对酶的合成及其活性产生反馈抑制的问题。因此从整体看，目前对秸秆等饲草的微生物饲料技术在快速发展的同时，仍然有许多难题有待攻关。

目前，微生物饲料在我国畜牧业已得到了广泛应用。随着人们对微生物饲料、畜产品质量重视程度的加强以及生物技术的迅速发

展，微生物饲料将向以下几个方向发展：（1）、对菌种的要求考虑更加全面，今后的微生物饲料，不光要考虑到其增重效果，还要考虑其安全性、长效性、多效性、广泛性、高效性和针对性，如控制臭味，改善和控制氮、磷的环境污染等因素。（2）、菌种由单一菌株向复合菌株或基因工程菌发展。如有益微生物(EM)即是由光合细菌、放线菌、乳酸菌及发酵型丝状真菌等多种微生物培养而成的复合微生物制剂。基因工程菌则向抗逆性强、多功能和生长快等特点发展。（3）、功能由单一功效向多功效方向发展。微生物饲料不应在功能上单一，而应同时具有如促生长、防治疾病、消除粪便臭味等多重效果。（4）、使用的对象和方法更加细化。使用对象针对不同动物、不同生长阶段。如适用于单胃动物的微生物所用菌株一般为乳酸菌、芽孢杆菌、酵母等，而适于反刍动物的却是真菌酵母。（5）、在使用方法方面，更倾向于根据菌种的不同特点设计不同产品，如乳酸菌的产酸能力强，但不耐高温，与一些微量元素等物质易产生拮抗，所以不宜在饲料，特别是颗粒料中添加，但可做成水剂直接饮喂。而芽孢杆菌及粪链球菌等耐受性强，可在饲料中直接添加，方便实用。

（五）“农业生产环境污染无害化治理新技术与示范应用

解决环境中存在的农药残留问题已经成为世界各国的研究热点。其中，微生物的降解作用也引起了更加广泛关注。到目前为止，人们已分离了许多可降解农药的微生物，这些微生物包括细菌、真菌、放线菌和藻类。其中，对细菌的研究较为深入，其次是真菌。细菌主要

有：假单孢菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、节细菌属(Arthrobacter)、棒状杆菌属(Corynebacterim)、黄杆菌属(Flavobacterium)、黄单孢杆菌属(Xanthomonas)、固瘤细菌属(Azotomonus)、硫杆菌属(Thiobacillus)等。真菌主要有：曲霉属(Aspergillus)、青霉属(Penlcillium)、木霉属(Trichoderma)、镰刀菌属(Fusarium)等。在这些微生物中，往往一种微生物可降解多种农药，如细菌中假单孢菌属的一些种可降解DDT、 一BHC、艾氏剂、毒杀芬、马拉硫磷等20多种农药，而真菌中曲霉属的一些种可降解狄氏剂屏狄氏剂、七氯、敌百虫、澳硫磷、地虫磷等多种农药。同时一种农药也可被多种微生物所降解 。存在于自然环境中的藻类对有机磷也有降解作用，如小球绿藻属(Chorolla)降解甲拌磷、对硫磷等。获取高效农药降解菌和降解基因的主要途径是从受污染的土壤、水体底泥、污水处理厂排出的污泥等受污染的环境介质中筛选、驯化、富集和分离 。

通常，人们直接从自然界筛选的降解酶活性较低，不能满足实际需要，可以通过定向诱变、随机突变或DNA改组以及加入强启动子等分子生物学技术提高其活性，以增强降解菌对农药的降解能力。DNA改组技术是1994年由美国Stemme博士首先提出来的，是一种在试管中模拟达尔文进化的过程，该技术可以大幅度地提高降解酶的活性，而又不需要知道酶的三维结构，自DNA改组技术诞生以来，得到了迅猛发展和广泛应用，美国已经开始用该技术去除农药污染物。加入强启动子可以提高降解酶基因的表达，有利于农药的降解 。

农药的微生物降解目前虽已得到了很大的发展，各种降解农药的微生物菌株(包括细菌、真菌等)也相继被分离和鉴定，但是应用微生物进行生物修复的实际应用却往往由于其较低的降解效率而受到影响。微生物降解农药的研究方向主要有：高效农药降解工程菌的开发，混合菌的培养，降解菌的固定化，白腐真菌降解农药的研究和农药生物降解的模型定量化研究。近年来，伴随着基因工程和分子生物学研究技术的发展，科研工作者开始把重心转移到高效工程菌的构建，采用基因重组技术，将表达高效降解农药的酶的基因构建到载体中，经转化获工程菌，以期提高起降解作用的特定蛋白质或酶的表达水平，从而提高降解效率，既能克服一些酶在环境中不能稳定存在的问题，又保持了酶的高活性。

四、 专项目标和预期成果

专项的总体目标是提高农业微生物产品在农业生产过程中的作用，降低生产过程的化肥、农药对环境的污染，提高农产品品质和产量，增强废料、废渣的综合利用和农业污染的治理技术水平，减少污染，增加农民收入，促进农业可持续发展为目标。建立微生物种质资源库，包括杀虫微生物300株，防病微生物800株，秸杆发酵降解微生物80株，有机污染降解微生物50株，筛选出高效菌株，并明确其产业化关键技术，研究开发微生物杀虫剂产品3个，杀菌剂3个，微生物肥料产品3个，微生物饲料产品3个，预期取得重大科技成果5-6项，申请发明专利30项以上，国家和地方行业技术标准20个，建立微生物产品生态应用示范基地3-6个，农业废弃物资源利用率提

高30%，示范基地综合经济效益提高20%。

五、 研究内容、技术路线、关键技术和创新点

本专项设置五个专题：芽孢杆菌种质资源及功能基因库的建设与利用”“微生物农药新资源及发酵技术创新与产业化示范”，“高效复合多功能微生物肥料新技术与产业化示范”，“ 饲草创新利用技术与微生物饲料产业化示范”，“ 农业生产环境污染无害化治理新技术与示范应用”。

（一）专题一、芽孢杆菌种质资源及功能基因库的建设与利用 1、研究内容

（1）芽孢杆菌资源收集

在已引进的100多株芽孢杆菌模式菌株的基础上，继续从德国DSMZ资源库中引进芽孢杆菌模式菌株；从全国各地采集的样品中选择性分离芽孢杆菌，特别注意收集一些特殊生态位中的资源，如植物内生芽孢杆菌、污染源中芽孢杆菌。

（2）芽孢杆菌系统发育进化与快速鉴定系统

以进化速率不同的分子为研究对象，进行芽孢杆菌系统发育关系分析，建立芽孢杆菌系统发育关系图。主要克隆测序16S rDNA、gyrB、cheA和rpoD等基因序列进行分析，构建芽孢杆菌的系统发育树；开展芽孢杆菌脂肪酸的定性和定量分析，根据芽孢杆菌的生长发育特性建立有利于区分种及其以下分类阶元的芽孢杆菌脂肪酸分析的标准操作程序，以芽孢杆菌模式菌株及已确认的相关已知菌株的脂肪酸分

析结果建立信息库；根据分子进化分析结果确定作为鉴定用的基因，并寻找快速区分分子差异的方法，建立起芽孢杆菌快速高通量鉴定技术，结合标准脂肪酸分析的结果和计算机信息处理技术，建立芽孢杆菌快速鉴定系统。

（3）芽孢杆菌资源库及在线分类信息库构建

利用已建立的快速鉴定系统对从各地样品中选择性分离的菌株进行分类鉴定，建立芽孢杆菌种质资源库，同时选择克隆一些经系统鉴定的种的相关基因进行测序分析，验证快速鉴定系统的可靠性；通过生化功能鉴定对菌株进行功能描述，建立与种质资源库相对应的菌株功能信息数据库；建立系统分类信息与功能信息的在线比对分析系统。

（4） 芽孢杆菌功能基因

针对重要农作物病虫害、秸杆降解、解磷、解钾、等开展相关功能基因的鉴定分离与改造研究。 2、技术路线

大范围采集 芽孢杆菌标准菌株芽孢杆菌选择性分 离与资源的收集 芽孢杆菌系统学及快速鉴定系统 芽孢杆菌种质菌株的功能及基因分析与在线比对分析系统芽孢杆菌信息资源库特色菌株的功能研究芽孢杆菌功能进化与特色菌株的基因改造

3、关键技术

1）从芽孢杆菌资源的收集与系统鉴定入手，建立芽孢杆菌系统发育关系网；

2）研究确定芽孢杆菌的快速鉴定技术；

3）分析芽孢杆菌不同菌株的功能特性，通过现代信息技术与手段分析功能进化与系统进化的关系；

4）建立芽孢杆菌系统学及分类鉴定和功能分析的信息系统。 4、创新点

1) 同时利用不同进化速率的分子对芽孢杆菌群体进行系统分析

建立系统发育进化树，同时结合化学生物学的技术进行芽孢杆菌的系统进化研究，克服单个分子(16S rDNA)分析时难以区分一些近缘种的问题。

2) 利用微生物的功能进化与系统进化的关系来对微生物新种的功能进行预测，促进微生物新功能基因的挖掘与利用研究。

3) 以整个群体内各个种的区分为目的，创建微生物快速鉴定的系统方法，而一般我们所建立的快速鉴定方法都是针对某一种或一类生物区别于其他生物的技术。

（二）专题二、微生物农药新资源及发酵技术创新与产业化示范 1、研究内容

1.1重大虫害生防微生物产品研制与应用

（1）新型微生物杀虫剂的研究：筛选苏云金芽孢杆菌菌株、杀虫真菌等杀虫活性菌株，研究菌株的杀虫基因如Bt-cry新基因，虫生真菌的及Bt的几丁质酶、蛋白酶的分离、纯化、酶学性质以及效应物对酶活性的影响，生物农药的抗性机理等研究。通过功能菌株的发酵及其后处理与制剂化工艺实现高效菌株的制剂化与应用。

（2）生物藕合技术与蛋白农药的研究：研究生物杀虫毒素的生物藕合技术，开辟生物农药增效新途径。基本方法：将杀虫毒素进行酶切改造，形成带末端氨基的原毒素，将阿维菌素上的羟基进行激活、衍生化，形成带羧基的杀虫毒素衍生物，最后利用氨基-羧基偶联剂，如EDC，进行藕合（conjugation），实现两种生物毒素的结构改造和生化结合，研制蛋白农药。

（3）新型真菌杀虫剂研究：扩大现有轮枝菌、座壳孢菌等虫生真菌资源库，揭示其属内种间亲缘关系、系统进化，澄清其致病机理，筛选高毒菌株，研究菌株生物学、发酵工艺及粗毒素的杀虫谱。重点研究粗毒素活性组分的性质、相关基因鉴别、毒素的发酵工艺、毒素大量提取与纯化工艺。

1.2重大病害生防微生物产品研制与应用

（1）农作物枯萎病、青枯病、疫病等生物杀菌剂的研究与应用：通过多种途径和方法筛选拮抗微生物，研究生防菌微生物学特性，定殖方法，抑菌机理，生产工艺，使用方法。

（2）植物线虫生防菌剂的研究与应用：筛选防治植物线虫的生防菌，研究微生物学，抑制作用与机理，生产工艺，生物测定，应用技术等。 1.3 植物疫苗研究与应用

植物内生菌免疫抗病接种剂的研究：筛选内生生防菌和病源菌的无致病力菌株，研究免疫抗病机理、生产工艺、使用方法、免疫抗病效果，首先在茄科和香蕉青枯病、瓜类和香蕉枯萎病上使用。此外将植物内生细菌作为外源基因载体用于生物防治是现代生物技术在植物内生细菌应用方面开辟的又一个新的领域。 2、技术路线

杀虫防病细菌的筛选 功能与特性研究 不同菌株作用机理研究 不同功能菌株组合 优良菌株或组合 发酵培养特性 制剂化 复合菌株作用条件与功能 应用技术研究 生产应用 3、关键技术

3.1 生物农药的微生物转基因技术的研究

用遗传操作的方法获得含不同基因类型的特异高毒力菌株，生产出各种不同的生物工程杀虫剂、杀菌剂、生物杀线剂、生物除草剂等，拓宽生物农药的应用范围。

3.2 生物农药制剂生产工艺技术的研究

利用自行研制的处于国际先进水平的生物毒素藕合技术、流滤式固膜分离技术、沸腾造粒技术等技术，将活体生物农药制成水分散性颗粒剂，克服生物农药制剂生产中的瓶颈问题，提高产品产生菌的生

产能力，提高产品的市场竞争力，延续产品的生命力。 3.3 生物农药的生物测定和产品质量检验技术的研究

制定生物农药质量检测标准，利用科学有效的质量分析方法，如液相色谱、气相色谱的应用和严格的质检制度来规范产品质量检验技术，稳定产品质量，迎接激烈的市场竞争。 4 创新点

1）材料创新 以可在植物体内繁殖、传导，能较长期地发挥生物学功能具有自主知识产权的新型生防菌株为起点，创制新型生物农药，并利用内生与根际菌相结合的达到对植物内外兼治的目的。

2）产品创新

以高效防病促生的植物内生细菌为生防微生物，研究与其相应的发酵与产品绿色生产技术，研制开发的生防制剂为具有内生、防病、促生等多功能的原创产品。

3）技术创新

以超滤结合纳滤的双重过滤技术进行产品有效成份回收，实现有效成份的高回收和产品的高效价。

4）理论创新

利用防病促生内生生防菌制剂与根际细菌制剂相结合的方法防治植物病虫害，实现对作物全方位的保护，达到一药多效保健促生，为植物保护提供了新的方法和理论。

（三）专题三、高效复合多功能微生物肥料新技术与产业化示范

1、研究内容

1.1有机固体废弃物微生物腐熟剂的研制与应用

有机固体废弃物微生物腐熟剂的研制，快速降解有机物料，缩短腐熟时间，提高产品品质。高效腐植酸产生菌研发，经发酵工艺条件优化，提高菌种的产酸率，发酵后腐植酸（FA）含量可达24%，提高了我国生物腐植酸产品的生产能力与质量水平。 1.2高效微生物肥料药肥两用剂的研制与应用

筛选对香蕉枯萎病菌等病菌具有较强抑制作用的菌株，高效微生物肥料药肥两用剂和生态有机肥，改善土壤微生态和土壤质量健康。 1.3 高效复合多功能微生物肥料产品研究与应用

应用现有根瘤菌、固氮菌、解磷钾菌研发高效复合多功能微生物菌剂，生产高效复合多功能微生物肥料产品，为农产品安全提供绿色、有机论证的生产资料。 2、技术路线

菌种分离---有机固体废弃物降解---有机肥研制---功能菌株添加---高效微生物有机肥研制---推广应用 3、关键技术

高效微生物菌株的分离、鉴定、匹配、发酵工艺及不同类型有机肥的研制。

（四）专题四“饲草创新利用技术与微生物饲料产业化示范” 1.研究内容

1.1、开展高效纤维素降解菌(酶) 和食用菌株的筛选研究：研究

筛选出1-2个CMC酶活力强的降解纤维素菌株和纤维素酶，用于秸秆等饲草青贮技术利用。

1.2、开展饲草和菌渣等青贮、微贮技术研究：开展不同水分含量、不同原料配比和不同微生态制剂青贮、微贮饲草技术研究，分析不同技术青贮、微贮对饲草营养品质的效果影响，以筛选出最佳的青贮和微贮的水分含量、原料配比以及微生态制剂。

1.3、开展酶制剂、微生物制剂、复合微生物等发酵饲草和菌渣生产蛋白质饲料研究：开展利用酶制剂、菌制剂、复合微生物等微生物制剂通过发酵秸秆和菌渣生产蛋白质饲料的研究，研究发酵处理对秸秆及菌渣蛋白质、粗纤维等营养品质的影响。

1.4、开展饲草和菌渣等微生物饲料在动物体瘤胃内的消化研究：开展秸秆、狼尾草等饲草和菌渣微生物饲料在草食性动物体内消化效果研究，重点开展饲草微生物饲料的营养成分在瘤胃内的降解特性研究。

1.5、开展饲草和菌渣等微生物饲料在畜牧业上利用及其产业化示范基地建设：分别建立南平市三田牧业有限公司奶牛场、南安市官桥金牛养殖场和龙岩龙马畜牧饲料有限公司原种猪场建立饲草和菌渣等微生物饲料在畜牧业上利用产业化示范基地；开展饲草等青贮、微贮技术产业示范，年生产秸秆等饲草等微生物饲料1万吨以上；开展肉牛、肉猪育肥和奶牛饲喂效果研究，促进秸秆等饲草和菌渣资源饲料转化高效利用，并向全省辐射推广。

2 技术路线

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0kfg.html