細(xì)菌肥料和農(nóng)藥

我們知道，植物生長需要氮元素。然而，占大氣78%的氮卻以分子態(tài)存在(N₂)，大多數(shù)植物和動物都不能直接利用。工業(yè)合成氮肥，要耗費大量的能源，且嚴(yán)重污染環(huán)境。能否讓植物直接利用大氣中廣泛存在的氮源呢?

神奇的微生物可以回答這個問題。

當(dāng)我們把豆類植物連根拔起時，除了看到像胡子一樣的根毛之外，根毛上還長有許許多多的小圓疙瘩。這些球狀結(jié)構(gòu)是由于一種微生物侵入植物根部后形成的“腫瘤”。植物身上的這種“腫瘤”不但不會使植物生病，反而成了專門供給植物營養(yǎng)的小“氮肥廠”。

在顯微鏡下可以看到，根瘤中住著一種叫根瘤菌的細(xì)菌。它們侵入植物根部后，分泌出一些物質(zhì)，刺激根毛的薄壁細(xì)胞，使增殖形成“腫瘤”。根瘤菌依賴植物提供營養(yǎng)來生活，同時把空氣中游離的氮氣固定下來供給植物利用。一個小小的根瘤就像一個微型化肥廠，源源不斷地把氮氣變成氨提供給植物吸收。

生物固氮由兩類微生物來實現(xiàn)。一類是能獨立生存的非共生微生物，主要有三種:好氣性細(xì)菌、嫌氣性細(xì)菌和藍(lán)藻;另一類是與其他植物共生的共生微生物，如與豆科植物共生的根瘤菌、與非豆科植物共生的放線菌以及與水生蕨類紅萍共生的藍(lán)藻等，其中以根瘤菌最為重要。

既然豆科植物能直接利用大自然中的氮源，那么，能否讓其他植物也具有同樣的功能呢?人類自然會想到這個問題。首先，我們得弄清楚是什么決定固氮作用呢?科學(xué)家告訴我們，原來固氮體內(nèi)含有固氮基因。固氮基因傳遞著遺傳信息，使世世代代固氮微生物具有固氮能力。包括農(nóng)作物在內(nèi)的一切高等植物，因為沒有固氮基因，當(dāng)然也就沒有固氮能力。但如果把固氮基因轉(zhuǎn)移到作物細(xì)胞里，培養(yǎng)成新品種，就能夠固定空氣中的氮氣。

幾種豆科植物根瘤菌

10多年的研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)生物固氮體系遠(yuǎn)比想象的復(fù)雜得多。而且隨著新發(fā)現(xiàn)不斷增多，復(fù)雜程度也逐漸增加。不過最近似乎開始從這種復(fù)雜體系中理出“頭緒”了，相信過不了多久，科學(xué)家們一定會找到可行的途徑。

其實，我國人民很早就知道利用微生物的固氮作用提高土壤肥效。遠(yuǎn)在幾千年以前，就已經(jīng)學(xué)會輪番種植瓜類和豆類以提高產(chǎn)量，而西方采用輪番種植技術(shù)，是18世紀(jì)30年代以后的事。把固氮的微生物進(jìn)行人工培養(yǎng)獲得大量的活菌體，然后用它們拌種或播種，也是一種很好的細(xì)菌肥料。化學(xué)農(nóng)藥的發(fā)明及應(yīng)用，曾經(jīng)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來質(zhì)的飛躍，的確讓人們很是欣喜了一陣，然而大量應(yīng)用化學(xué)農(nóng)藥也同時帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染。尋求其他方法殺滅害蟲已經(jīng)成為人類迫在眉睫的研究課題。

損壞莊稼的害蟲和別的動物一樣容易受到微生物的侵襲而患病或死亡。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)昆蟲的病源微生物就有2000多種。這些活躍在大自然中的微生物成了害蟲的天敵，也成為人們和害蟲斗爭的天然“同盟軍”。人們精心地培養(yǎng)這些微生物，把巨大數(shù)量的活菌體撒布到田間，讓它們?nèi)グl(fā)揮威力。與化學(xué)農(nóng)藥相比，它們對人和動物以及益蟲是沒有毒性的，而害蟲一旦感染了便像疫病一樣流行，很快就會使蟲口密度下降，迅速撲滅蟲災(zāi)。另外還有一年防治，多年有效的好處。微生物中用來作為殺蟲劑的主要是細(xì)菌、病毒和真菌。細(xì)菌中，糞鏈球菌、產(chǎn)氣桿菌的許多種類對鱗翅目害蟲都有很強(qiáng)的殺傷能力。不過目前使用最多的還是芽孢桿菌。1915年德國人貝爾林茨在蘇云金的一個面粉廠發(fā)現(xiàn)了一種芽孢桿菌具有很強(qiáng)的殺蟲能力，于是把它定名為蘇云金桿菌。這種桿菌在菌體的生長過程中形成抵抗力強(qiáng)的芽孢，還產(chǎn)生一種結(jié)晶體叫做伴孢晶體。伴孢晶體是一種蛋白質(zhì)結(jié)晶，它對害蟲有強(qiáng)烈的毒性，當(dāng)害蟲把它吃進(jìn)體內(nèi)以后，蟲體腸道組織便被破壞，而芽孢在蟲體內(nèi)發(fā)育并大量繁殖，最終引發(fā)敗血癥。同時蘇云金桿菌有許多變種，如青蟲菌、殺螟桿菌、松毛桿菌等多達(dá)17種。不同的變種殺蟲力各有不同。青蟲菌對稻螟嶺、玉米螟、菜青蟲、松毛蟲等幾十種鱗翅目的害蟲都有強(qiáng)烈的毒性，殺蟲效率可達(dá)80%～100%。

細(xì)菌殺蟲

湖北農(nóng)科院研制并生產(chǎn)的B_t農(nóng)藥，就是用蘇云金桿菌菌體來吞噬農(nóng)作物上的害蟲的生物農(nóng)藥。將B_t農(nóng)藥噴灑后，蟲子不是立即“死光光”，而是蟲身變黑，胃腸被細(xì)菌侵蝕，24小時患“敗血癥”或“毒血癥”而死。B_t農(nóng)藥無公害，不污染環(huán)境，對人畜無絲毫傷害，害蟲也不會因此產(chǎn)生抗藥性。

中國科學(xué)院武漢病毒所新近研制的“生物導(dǎo)彈”，就是讓赤眼蜂攜帶強(qiáng)力病毒，傳遞到松毛蟲卵表面，初孵幼蟲吃掉卵殼便會感染病毒死亡，而病毒還會在松毛蟲群體里流行。

以上是人們利用微生物殺蟲的例子，其實，還可以利用微生物來鋤草。

早在1970年就發(fā)現(xiàn)微生物代謝產(chǎn)物——環(huán)己酰胺可以防治農(nóng)田雜草，而對水稻無害。以后又發(fā)現(xiàn)一些微生物除草劑，例如，1977年日本橘邦隆等在放線菌培養(yǎng)液中發(fā)現(xiàn)雙丙鱗A對單子葉及雙子葉的雜草有明顯殺除效果。

谷氨酰胺合成酶，簡稱“GS”，它在微生物及植物體中參與谷氨酸的合成和氮的循環(huán)，尤其對植物體內(nèi)谷氨酸的合成更為重要。雙丙磷A能抑制GS的活性，導(dǎo)致氨的累積和谷氨酰胺的減少，而氨是光合磷酸化的抑制劑，當(dāng)它的濃度高時，對雜草有毒害作用，從而達(dá)到了除草的目的。