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微生物肥料优良功能菌种筛选与关键生产技术探讨
发布者:时间:2016-04-27浏览次数:1267

杨国平,李俊

(农业部微生物肥料质检中心,北京100081)

 

   作者简介:杨国平,男,博士,宁夏回族自治区政府特聘外籍专家,农业部生物肥料质检中心客座专家。在跨国公司美国贝克安德伍德公司从事微生物产品的研究与商业化生产工作达12年,负责新产品和新工艺的研发、老产品老工艺的改进或升级,熟知世界上主要国家农业微生物制剂的生产技术和工艺流程。通过与国内多家大型微生物肥料生产厂家合作,以此推动生物肥料行业的技术进步和产品品质提升,以适应持续农业对微生物肥料的需求。是当今世界应用农业微生物领域拥有先进核心技术和创新能力的专家之一。

 

    微生物在农业生产体系中起着极其重要的作用,其应用范围广泛,包括与植物营养紧密相关的固氮、解磷、解钾微生物和根际促生微生物(PGPR);与植物病虫害防治有关的微生物,如荧光假单胞菌、苏云金杆菌(Bt)、白僵菌、绿僵菌;与畜牧业有关的微生物饲料青贮剂(乳酸菌类)、寄生虫的生防菌剂、动物饲料添加的益生菌、畜禽粪便发酵和除臭微生物;与水产养殖有关的微生物、水体清洁与病害防治的微生物;以及农作物秸秆降解的微生物。虽然微生物在自然界中广泛,但要分离获得具有上述特异功能的菌株并用于商业化生产却非易事。

    我国每年生产大量的农用微生物制剂,很多不具备微生物学研究、开发与生产能力的生物肥料生产厂家,为了满足产品登记的要求,到市场上购买种名相同的菌剂添加到产品中。其实任何一个微生物“种”都是由许许多多分类性状相似的个体—即“菌株”组成,他们之间在某些特征上仍然存在巨大差异。例如,同样是枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),有的菌株能够合成植物激素吲哚乙酸,其余大部分菌株却没有此功能;少数枯草芽孢菌株能够降解纤维素,其余大部分菌株则不能;有的枯草芽孢杆菌具有生物防治功能。由此可见,微生物产品中仅仅含有某“种”微生物,是很难保证产品具有特定生物功能的。因此必须将菌种的生物功能作为微生物肥料菌种首选要素,它决定产品应用效果。

    在菌株筛选过程中,首先要根据产品的功能要求,有针对性地制定筛选方法程序,为了保障所生产的微生物菌剂能够达到特定的生物功效,就必须围绕所确定的生物功效进行菌种筛选工作。其次,从自然界取样筛选菌株时要考虑将来菌株的施用地点。如果是用于植物根部,取样时尽量收集根系,从根表和根际分离微生物,然后从中挑选出具有我们需要功能的菌株。这样获得的菌株在根部定殖的能力可能较强,最终表现出来的生物功效就比较强。再是,在保证特定生物活性功能的基础上,还要考虑菌株的遗传稳定性,必须在大规模扩繁的生产过程中不发生变异,仍然能够保持生物功能。菌株是否易于发酵生产也是能否顺利实现商业化的重要指标。生物活性功能再强,难以规模化生产的菌株也是不可取的。

    菌种筛选与应用的发展趋势:一是继续挖掘芽孢杆菌的潜力,毕竟芽孢菌的生产工艺成熟,容易制成稳定的菌剂。但农用微生物菌种要突破芽孢菌一统天下的局面。二是要积极开展以假单胞菌为代表的非芽孢菌的研究开发和产业化。自然界中大部分种类的细菌是不产芽孢的,由于不产生休眠体,这些细菌只要不死亡就一直保持代谢活性,持续合成和分泌各种代谢产物到环境中,因此发挥生物功能的时间要远远长于目前常用的芽孢菌。实事上科研人员在从自然界分离各种功能菌株时,效果好的大多是非芽孢菌,如假单胞菌(Pseudomonads), 但由于非芽孢菌不论是在液体还是固体载体中都难以存活较长时间,不易进一步开发成为产品,这些效果好的菌基本上都停留在文献报道阶段。

    但有一类非芽孢菌经过110年的不断研究,已经成功大规模地生产出各种稳定剂型,它们就是广泛应用的根瘤菌。根瘤菌的种类繁多,尽管各种根瘤菌的生理生化性状各异,都有相应的稳定产品在世界各地广泛使用,这表明革兰氏阴性非芽孢细菌也可以做成相对稳定的微生物商品制剂。因此通过借鉴根瘤菌的生产工艺,将那些生物功能优异的非芽孢菌制成实用的菌剂是完全可行的,非芽孢菌的应用前景非常光明,这将为农业微生物应用领域开辟一个新的时代。

    在菌剂生产方面,大规模液体发酵是提高产品质量和降低成本的最佳手段,要在发酵工艺,特别是液体菌剂稳定剂方面作深入的研究,以较低的成本,生产出高品质的微生物肥料和菌剂。

    通过新的菌种选育手段筛选功能强大的菌株,利用现代液体发酵工艺大规模低成本地生产微生物菌剂,辅以稳定剂型研制,达到全面提升我国农业微生物产品质量的目的,使得微生物更好地为我国农业的持续发展作出应有的贡献。

(本文摘自第十二届全国土壤微生物学术讨论会暨第五届全国微生物肥料生产技术研讨会论文集)


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