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