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1、微生物与农业,一、微生物给农业带来的危害1、微生物与植物病害 植物病害每年导致的损失为植物总产量的15%,植物细菌性病害是较难防治的一类植物病害，导致的症状有：腐烂，萎蔫，畸形,病原菌包括细菌、真菌、病毒,水稻白叶枯病,烟草青枯病,桃树根癌病,白菜软腐病,植物真菌性病害占植物病害的90%,葡萄霜霉病,柑橘煤烟病,小麦锈病,蕃茄病毒病,马铃薯晚疫病世界各地马铃薯产区都有发生,流行年一般减产30%。19世纪40年代爱尔兰马铃薯大量死亡,减产一半,使100多万人饿死,200万人移居海外。当时对马铃薯死亡的原因有各种推测,1842年冯马蒂尤斯(von Martius)首先认为是病菌引起,1857年斯皮
2、尔许奈德(Speerschneider)证明叶上霉菌能引起块茎腐烂。,2 微生物与动物疾病我国将家禽家畜的疾病分为3类第一类：14种感染多种动物的1种：口蹄疫；仅感染反刍动物的7种：牛瘟、传染性胸膜肺炎、牛海绵状病、痒病、蓝舌病、小反刍兽疫、绵羊痘和山羊痘；感染马的1种：非洲马瘟；仅感染猪的3种：猪水泡病、猪瘟、非洲猪瘟；感染禽类的2种：禽流行性感冒（高致病性禽流感）、鸡新疫。,在封锁期间，禁止染疫和疑似染疫的动物、动物产品流出疫区，禁止非疫区的动物进入疫区，并根据扑灭动物疫病的需要对出入封锁区的人员、输工具及有关物品采取消毒和其他限制性措施。,多种动物共患病9种：伪狂犬病、狂犬病、炭疽、魏氏
3、杆菌病、副结核病、布鲁氏菌病、弓形体病、棘球蚴病、钩瑞螺旋体病。感染牛的病8种：牛传染性鼻气管炎、牛恶性卡他热、牛白血病、牛出血性败血病、牛结核病、牛焦虫病、牛锥虫病、日本血吸虫病。感染绵羊和山羊疫病2种：山羊关节炎脑炎、梅地维斯纳感染猪疫病10种：猪乙型脑炎、猪细小病毒病、猪繁殖与呼吸综合症、猪丹毒、猪肺疫、猪链球菌病、猪传染性萎缩性鼻炎；猪支原体肺炎、旋毛虫病、猪囊尾蚴病。感染禽二类疫病14种：鸡传染性喉气管炎、鸡马立克氏病、鸡传染性支气管炎、禽白血病、小鹅瘟、鸡传染性法氏囊病、禽痘、鸭瘟、鸭病毒性肝炎、鸡产蛋下降综合症、禽霍乱、鸡白痢、败血支原体感染、球虫病。感染兔的疫病4种：兔病毒性出
4、血病、兔粘液瘤病、野兔热、（兔球虫病）。感染马的疫病5种：马传染性贫血、马鼻疽、马流行性淋巴管炎、（伊氏锥虫病、巴贝斯焦虫病）。感染蜂的疫病6种；感染水生动物疫病3种。,第二类疾病 61种。,发生二类动物疫病时，当地县级以上地方人民政府畜牧兽医行政管理部门应当划定疫点、疫区、受威胁区。县级以上地方人民政府应当根据需要组织有关部门和单位采取隔离、扑杀、销毁、消毒、紧急免疫接种。限制易感染的动物、动物产品及有关物品出入等控制、扑灭措施。,畜禽三类疫病有：有41种。多种动物共患病6种：黑腿病、李氏杆菌病、类鼻疽、放线菌病、（肝片吸虫病、丝虫病）感染牛的疫病5种：牛流行热、牛病毒性腹泻/粘膜病、牛生殖
5、器弯曲杆菌病、（毛滴虫病、牛皮蝇蛆病）。感染绵羊和山羊疫病8种：肺腺瘤病、地方性流产、传染性脓疱皮炎、腐蹄病、传染性眼炎、肠毒血症、干酪性淋巴结炎、（绵羊疥鲜）。感染猪的三类疫病3种：猪传染性胃肠炎、猪副伤寒、猪密螺旋体痢疾。感染禽的三类疫病5种：鸡病毒性关节炎、传染性鼻炎、禽传染性脑脊髓炎、禽结核病、禽伤寒。感染马的疫病5种：马流行性感冒、马腺疫、马鼻肺炎、溃疡性淋巴管炎、（马媾疫）；感染鱼类疫病2种；感染其他动物疫病7种。,口蹄疫呈世界性分布的的偶蹄动物共患的急性、热性、高度传染性疫病（1514年意大利首次发生口蹄疫。1898年，口蹄疫被确认是由病毒引起的疾病）。易感动物：所有的偶蹄动物如
6、：黄牛、牦牛、犏牛、水牛、猪、羊、骆驼、鹿等70多种动物。病毒主要存在于食道、咽部及软腭部。羊带毒69个月，非洲野牛个体带毒可达5年。驼科动物也可以感染。七个血清主型，近80个亚型：O、A、C、SAT型、SAT型、SAT型和AsiaI型，各主型之间无相互免疫关系。,牛呆立流涎，猪卧地不起，羊跛行；唇部、舌面、齿龈、鼻镜、蹄踵、蹄叉、乳房等部位出现水泡。发病后期，水泡破溃、结痂，严重者蹄壳脱落，恢复期可见瘢痕、新生蹄甲。传播速度快，发病率高；成年动物死亡率低，幼畜常突然死亡且死亡率高，仔猪常成窝死亡。消化道可见水泡、溃疡；幼畜可见骨骼肌、心肌表面出现灰白色条纹，形色酷似虎斑。,3.固氮菌氮：是蛋
7、白质的主要组成元素之一，通常蛋白质含氮17%空气中有大量的氮气占78%，但绝大多数生物都无法利用空气中的氮。氮只有转化为氨、硝酸盐、亚硝酸盐后才能被生物利用。生物固氮：生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮气还原成氨的过程。,自生固氮菌 一些固氮菌，如圆褐固氮菌，它们不住在植物体内，能自己从空气中吸收氮气，繁殖后代，死后将遗体“捐赠”给植物，让植物得到大量氮肥。这类固氮菌叫自生固氮菌。,共生固氮微生物只有和植物互利共生时，才能固定空气中的分子态氮。共生固氮微生物可以分为两类：一类是与豆科植物互利共生的根瘤菌，以及与桤木属、杨梅属和沙棘属等非豆科植物共生的弗兰克氏放线菌；另一类是与红萍（又叫做满江红
8、）等水生蕨类植物或罗汉松等裸子植物共生的蓝藻。由蓝藻和某些真菌形成的地衣也属于这一类。,共生固氮,有些固氮微生物如固氮螺菌、雀稗固氮菌等，能够生活在玉米、雀稗、水稻和甘蔗等植物根内的皮层细胞之间。这些固氮微生物和共生的植物之间具有一定的专一性，但是不形成根瘤那样的特殊结构。这些微生物还能够自行固氮，它们的固氮特点介于自生固氮和共生固氮之间，这种固氮形式叫做联合固氮。,微生物农药,苏云金芽孢杆菌：晶体毒素转抗虫基因植物：180多种,作用于鳞翅目昆虫（蛾、蝶），鞘翅目、双翅目以色列变种、库斯塔克变种作用于蚊幼虫,苏云金芽孢杆菌及其作用机理1901年日本渡边首次发现，1911年在德国苏云金地区的地中
9、海粉螟中再次分离到，1938年应用到农业害虫的防治中，一直持续到今天。主要活性物质为伴孢晶体蛋白，晶体蛋白的基因为目前转抗虫基因植物所采用作用对象包括鳞翅目、双翅目、鞘翅目昆虫晶体蛋白在碱性条件下，在蛋白酶作用下，水解后变成活性多肽，破坏昆虫的肠壁细胞，引起穿孔，从而导致芽孢进入昆虫的体腔，引起败血症。,最新的研究结果表明，晶体毒素有抗癌活性,真菌生物农药白僵菌和绿僵菌,在环境条件合适的条件下，孢子萌发产生菌丝侵入虫体，产生毒素和利用菌体营养物质,虫 草我国位置特殊，地貌复杂，种类十分丰富，已记录65种。我国自然地貌与虫草分布 4000米以上青藏高原，最高一级，冬虫夏草。1000-2000米，
10、二级。青藏以北以东。云贵高原、黄土高原、内蒙古高原、四川盆地、塔里木盆地、准嗝尔盆地。许多虫草种类:凉山虫草、粗糙虫草、山西虫草、总状虫草 1000米以下，三级蛹草泰山虫草、长白山虫草、霍克斯虫草、大蜱虫草、蚁虫草、黄蜂虫草、台湾虫草。大兴安岭山脉、太行山脉、巫山及云贵高原东缘一线以东，,特点:高原低湿地区:特有种、种群小、种间分布面窄低海拔高温高湿地区:常见种、广泛种、种分布面广阔沙漠、干旱、冰川:稀少,病毒类生物农药核型多角体病毒,农用抗生素主要是微生物杀菌剂，防治植物病害后来随着抗生素定义的改变，又有微生物除草剂和微生物杀虫剂，通称为农用抗生素井冈霉素防治水稻纹枯病和稻瘟病，1970年被
11、发现，1974年开始应用于农业，直到现在还是这2种病害的防治的有效农药。特点：水溶性强，粘附力强，对人畜安全，新用途：其研究结果对抗糖尿病药物研究有指导价值。农用抗生素的主要产生菌为放线菌,是糖尿病治疗药物，弗格列波糖和阿卡泊糖的重要“原料”。,弗格列波糖,阿卡泊糖,3、微生物除草剂 利用活体除草：杂草植物病害菌，寄生植物病害：“鲁保一号”菟丝子盘长孢状刺盘孢（C.gloeosporoidesf.sp.cuscutae），胡椒瘟疫菌（Phytophoraplamivora）厚垣孢子，锈病（Pucciniacanaliculata）油莎豆橙刺盘孢菌 圆叶锦葵芹菜炭疽真菌（Colletotrich
12、umtruncatum）决明 茄炭疽病菌（C.coccldes）苘麻Drecgslera sp（日本三井东压公司）稗草,禾长蠕孢稗草专化型（Helminthosporium gramineum Rabenh f.sp.echinochoae）从自然感病的稗草上分离到、并经物理诱变和原生质体融合等技术培育成功的，具有孢子产量高、代谢产毒能力强、适合工业化发酵生产的优良工程菌株；,微生物在自然界的重要作用,整个自然界可以说是由无机物和有机物构成，或者说是由无机界和有机界组成的，二者之间并不是孤立的、杂乱无章地存在，而是有机的、按一定规律形成五彩缤纷的自然界。,环境保护，去除环境中污染的重金属回收昂
13、贵或战略性的稀有金属,微生物对重金属的吸附,胞外沉淀,H2S沉淀镉CLIFFORD L.WANG APPLIED AND ENVIRONMENTALMICROBIOLOGY Oct.1997,胞内沉淀PNAS，24，1999电镜，晶体衍射和能谱图,微生物与石油污染,石油的摇瓶微生物降解,废水的微生物处理研究,氧化塘法,原二级氧化塘和水生植物系统(图中的圆环本来是用来种水葫芦等植物,但由于一级氧化塘的效率太低,这些植物都被毒死),优点：工艺流程简单、管理方便、投资省、运行费用低、工艺稳定性高,较好的除磷脱氮效果而逐渐应用于城市污水处理之中,序批式反应器（SBR）法,自动化控制,曝气生物滤池法（B
14、AF）,占地面积小，基建投资省，出水水质高的特点,固定化微生物曝气生物滤池IBAF,微生物与能源能源酒精：纤维素、多糖，酵母菌厌氧法：沼气，微生物厌氧发酵产物，主要是甲烷菌,植物纤维脱胶,工业微生物,利用微生物发酵工业化制造对人类生活有益产品,抗生素工业与微生物药物 抗生素是重要的微生物产业，目前的抗生素包含有10大类，几千种，临床应用有几百种 大多数抗生素是由放线菌生产的,我国每年生产14.7万吨抗生素，2.4吨出口。75%青霉素、80%头孢菌素，90%链霉素我国是生产大国，不是强国氨曲南：70家申报，16家有生产批文（2004）,2.酶制剂工业,已经发现的酶有3000多种，工业生产的有60
15、多种，真正工业化生产的只有20多种，2008年全球酶制剂销售30亿美元常用的酶如淀粉酶，糖化酶、蛋白酶、纤维素酶、脂肪酶、几丁质酶、木聚糖酶等最大的8家酶制剂：丹麦的诺和诺德、美国杰能科、法国的罗兰、芬兰的科特，荷兰GST Brocades等我国目前批准生产的有6种,啤酒、白酒、酒精、医用葡萄糖印染,淀粉酶、糖化酶,脂肪酶,水解酯键、酯交换、作用于不溶于水的底物药物异构体改变、降解脂类物质、皮革脱脂,果胶酶,脱胶、果汁制造、纤维脱胶,蛋白酶,水解蛋白、嫩肉、皮革鞣化、丝织品整理,植酸酶,植酸分解为肌醇和磷,纤维素酶,降解纤维素、棉织品整理,乳糖酶,乳糖分解为半乳糖、葡萄糖,3.有机酸工业,可同
16、时用于食品与医药的有机酸主要有柠檬酸（枸橼酸）、乳酸、苹果酸、葡糖酸、己二酸、醋酸、琥珀酸、富马酸、抗坏血酸（即VC）和衣康酸等。柠檬酸具有爽口的酸味，故为各种饮料的首选添加剂。最新研究发现：柠檬酸有调节血脂和恢复疲劳作用，故非常适用于保健食品。乳酸具有温和的酸味，国外常将它直接加至面团中以调节pH值。乳酸也可用于西式火腿、午餐肉等肉制品中，以便调节pH值和抑制细菌繁殖。多聚乳酸用作食品包装 氨基酸工业：各种氨基酸,4.单细胞蛋白利用微生物可以将无机氮转化为有机氮的特点，生产单细胞蛋白，主要菌种是酵母、假丝酵母5.味精主要为谷氨酸钠盐，细菌将铵盐转变为谷氨酸，通过成盐结晶析出制得6.微生物能源工业甲烷：利用甲烷菌厌氧发酵生产甲烷气体乙醇：,
