浅论发酵技术在农业上的应用

时间：2020-11-06 08:01:50　来源：柠檬阅读网本文已影响人

史延通

（辽宁省农业环境监测保护站，辽宁沈阳 110034）

摘要：文章通过介绍具有生产价值的五种发酵类型，充分了解发酵技术的优点，重点阐述了发酵技术在农业方面的三大应用，使人们认识到发酵工业在与人们生活密切相关的许多领域中，都有着难以估量的社会和经济效益。

关键词：发酵技术；
微生物；
经济效益

中图分类号：S3 文献标识码：A 文章编号：1674-0432(2010)-08-0144-2

0 前言

发酵技术有着悠久的历史，作为现代科学概念的微生物发酵工业，是在20世纪40年代随着抗生素工业的兴起而得到迅速发展的，而现代发酵技术又是在传统发酵技术的基础上，结合了现代的基因工程、细胞工程、分子修饰和改造等新技术。由于微生物发酵工业具有投资少、见效快、污染小、外源目的基因易在微生物菌体中高效表达等特点，日益成为全球经济的重要组成部分。

1 发酵的类型

目前已知具有生产价值的发酵类型有五种：

1.1 微生物菌体发酵

比较传统的菌体发酵工业有用于面包制作的酵母发酵及用于人类食品或动物饲料的微生物菌体蛋白发酵两种类型。新的菌体发酵可用来生产一些药用真菌，这些药用真菌可以通过发酵培养的手段来产生与天然产品具有同等疗效的产物。有的微生物菌体还可用作生物防治剂，防治害虫等，并可制成新型的微生物杀虫剂，并用于农业生产中。

1.2 微生物酶发酵

微生物具有种类多、产酶品种多、生产容易和成本低等特点，所以目前工业应用的酶大多来自微生物发酵。微生物酶制剂有广泛的用途，多用于食品工业和轻工业中，也用于医药生产和医疗检测中。

1.3 微生物代谢产物发酵

微生物代谢产物的种类很多，分为初级代谢产物和次级代谢产物，从而形成各种不同的发酵工业，尤其是抗生素的大力发展，已成为发酵工业的重要支柱。

1.4 微生物的转化发酵

最古老的生物转化，就是利用菌体将乙醇转化成乙酸的醋酸发酵。此外，还包括甾类转化和抗生素的生物转化等。

1.5 生物工程细胞的发酵

是指利用生物工程技术所获得的细胞进行培养的新型发酵，其产物多种多样。容易大量培养，用于生产蛋白质药物等，因而可大大降低生产成本。

2 发酵技术的优点

微生物种类繁多、繁殖速度快、代谢能力强，容易通过人工诱变获得有益的突变株；
微生物酶的种类很多，能催化各种生物化学反应；
微生物能够利用有机物、无机物等各种营养源；
可以用简易的设备来生产多种多样的产品；
不受气候、季节等自然条件的限制，反应通常在常温常压下进行，条件温和，能耗少；
原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，可以是农副产品、工业废水或可再生资源（如植物秸秆、木屑等），微生物本身能有选择地摄取所需物质等优点。

3 发酵技术在农业的应用

在目前能源紧张，人口、粮食及污染问题日益严重的情况下，发酵工程作为现代生物技术的重要组成部分之一，得到越来越广泛的应用，这里主要谈一谈在农业方面的应用。

3.1 生物固氮

生物固氮，就是指微生物的固氮作用。生物固氮是固氮微生物特有的一种生理功能，这种功能是在固氮酶的催化作用下进行的。固氮技术为减轻化肥的污染、增加作物产量开拓了新局面。如我国研制的固氮兰藻用作晚稻肥源，取得了显著成效。植物不能直接利用游离状态的氮，只有经过微生物的作用，把游离的分子氮变为氮的化合物，才能被植物吸收利用。固氮的微生物可以分成两大类：一是共生性的固氮微生物，二是非共生性的固氮微生物。

早在1888年，人们发现豆科植物的根瘤菌，可以固定空气中的氮气。但是，它在土壤中单独生存时并不进行固氮作用，只有把豆科植物的种子播到土壤中，生长形成根瘤。根瘤中的根瘤菌与豆科植物结成了一种特殊的共生关系，豆科植物供给根瘤菌除氮以外的其他养分，而根瘤菌从植物中吸取碳源和能源，进行固氮作用供给植物氮素养料。

非共生性的固氮微生物中，以固氮菌分布最广，它在耕作土里，特别在菜园土里大量存在着。这种固氮菌能利用有机碳化合物为能源进行固氮作用，直接增加土壤中的氮素。目前我国推广使用的固氮菌剂，就是利用固氮菌生产的。

蓝绿藻是另一个非共生性固氮微生物，这种微生物与固氮菌不同之处，在于它可以直接利用阳光的能源进行光合作用，获得碳源和能源来进行固氮作用。把蓝绿藻接种到水田中，几个星期以后，每亩固氮量可达到一二十公斤，再种植水稻有增产效果。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。

据估计，地球上每年由空气中固定的氮约l亿吨，通过豆科植物的根瘤菌固氮约5500万吨，非豆科植物共生的固氮菌约9500万吨，非共生固氮菌约100-200万吨，蓝绿藻固氮约1000万吨。用工业合成氨进行化学固氮约占生物固氮总量的10%左右。因此，生物固氮对土壤中氮素平衡，提高土壤肥力以及供应植物生长所需的氮素，都起着重大作用。

3.2 生产生物农药

生物农药既杀虫又环保，生物农药主要指自然界存在的，对农作物病虫害具有抑制作用的各种具有生物活性的天然物质，包括对这些活性物质进行开发所获得的，对环境安全友好、不易产生抗药性的生物制品，以及利用病原微生物如各种真菌、细菌、病毒等抑制植物病虫害的发生，等等。生物农药最大的特点是以生物群治生物群，以虫治虫、以菌治虫、以菌治病。最初人们主要依靠“天敌”减少有害生物群密度，近年来，随着“天敌”对害虫致病、寄生的研究进展，美国已能通过提取这些发挥作用的物质，制成生物农药来防治植物病虫害，或是使“天敌”能够在体内合成致毒等物质，用作生物农药来防治植物病虫害。

生物农药改变了传统植保及农药的概念，成为更有效、无化学品污染的植保新理念。虽然目前生物农药生产成本稍高于化学农药，但它减少了农药用量，又节约了成本，而且还保护环境，可以广泛用于绿色食品、有机食品的生产，提高农作物的品质和经济效益。例如我国研制的高效生物杀虫剂白僵菌高孢粉就是国家林业局推广的高效生物杀虫剂之一，是一种广谱性的昆虫病原真菌。多年来，国内应用白僵菌对近40种农林害虫防治成功。近年来在有机农产品、茶叶生产、大型苗圃、草坪中广泛应用。由于其能快速、有效地控制虫口，同时不伤害其他天敌昆虫和有益生物，从而可以有效地与其它杀虫因子协同作用并维持物种的多样性，同时由于其容易大量生产，防治成本较有竞争力，因而其研究成果具有广泛的应用前景。

3.3 生产微生物饲料

利用生物发酵技术可生产生物微生物菌肥和生物发酵饲料，它是现代高科技生物技术产品。是运用有益微生物秸秆等进行生物发酵处理后，添加一定的能量饲料、蛋白质饲料、维生素、矿物质和微量元素等复合制成。在种植业上的应用，喷施于蔬菜、桑叶、水稻、玉米、小麦等作物可明显提高作物生长速度，提高产量，使作物叶绿肥厚，抗病力增强。用于饲养牲畜，不但适口性好，食欲旺盛，而且能增强牲畜的机体抗病能力，提高饲料转化率，降低饲养成本，经济适用，是有机畜牧业的组成部分，值得推广应用。

生物发酵饲料含有较多的纤维分解菌、半纤维分解菌、微生物酶的有益微生物制剂，在动物机体内发酵过程中不但能将畜禽难以消化吸收的粗蛋白质、淀粉中的大分子物质，加工分解转变成易消化吸收的葡萄糖、氨基酸和维生素等小分子营养物质，而且能大大降解粗纤维，产生大量的生物活性物质，从而提高饲料的消化吸收率和营养价值。另外，生物发酵饲料中的有益微生物还能杀死病原菌，维持动物体内微生态平衡，增强机能的免疫力，具有一定的防病治病作用。微生物饲料对促进生物生长，净化环境起着很大的作用。各种微生物在其生长过程中，产生的有用物质成为各自或相互生长的基质和原料，通过相互间的这种共生增殖关系形成一个复杂而稳定的微生态系统，使微生物、动物机体与外界环境保持平衡，使机体处于最佳状态。

总之，21世纪是生物技术大放光彩的时代，而农业将是生物技术获得广泛应用的一个重要领域。据有关资料统计，在有些发达国家中，发酵工业的产值占国民生产总值的5%。在医药产品中，发酵产品占有特别重要的地位，其产值占医药工业总产值的20%。因此，发酵工业在与人们生活密切相关的许多领域中，都有着难以估量的社会和经济效益。

参考文献

[1]许赣荣.生物制药技术[M].中国轻工业出版社, 2000,1.

[2]谢达平.蛋白酶在淀粉糖化中的应用[J].湖南食品与发酵,1996.

[3]贾士儒.生物反应工程原理[M].北京科学出版社, 2003,1.

作者简介：史延通(1975-)，男，中国农业科学院在职研究生，高级农艺师。

浅论发酵技术在农业上的应用

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