利用细菌制造的肥料和农药

众所周知，植物生长需要氮元素。然而占大气约4/5的氮却以分子形态(N2)存在，大多数植物和动物都不能直接利用。工业合成氮肥，要耗费大量的能源，并且严重污染环境。能否让植物直接利用大气中广泛存在的氮源呢?

神奇的微生物可以回答这个问题。

当我们把豆类植物连根拔起时，除了看到像胡子一样的根毛之外，根毛上还长有许许多多小圆疙瘩。这些球状结构是一种微生物侵入植物根部后形成的“肿瘤”。植物身上的“肿瘤”不但不会使植物生病，反而成了专门供给植物营养的小“氮肥厂”。

在显微镜下可以看到，根瘤中住着一种叫根瘤菌的细菌。它们进入植物根部后，分泌出一些物质，刺激根毛的薄壁细胞，使其增殖形成“肿瘤”。根瘤菌依赖植物提供营养，同时把空气中游离的氮气固定下来供给植物利用。小小的根瘤就像微型化肥厂，源源不断地把氮气变成氨提供给植物吸收利用。

生物固氮由两类微生物来实现。一类是能独立生存的非共生微生物，主要有三种:好气性细菌、厌气性细菌和蓝藻；另一类是与其他植物共生的共生微生物，如与豆科植物共生的根瘤菌、与非豆科植物共生的放线菌等，其中以根瘤菌最为重要。

既然豆科植物可以直接利用大自然中的氮源，那么，是否可以让其他植物也具有同样的功能呢?人类自然想到了这个问题。

首先，要弄清楚是什么决定固氮的作用呢?科学家告诉我们，原来固氮体内含有固氮基因。固氮基因会随着遗传信息使世世代代固氮微生物具有固氮能力。包括农作物在内的一切高等植物，如果没有固氮基因，也就没有固氮能力。但如果把固氮基因转移到作物细胞里，培养成新品种，就能够固定空气中的氮气。

经过10多年的研究，科学家们发现生物固氮体系远比想象中复杂得多。而且随着新发现不断增多，复杂程度也逐渐增加。不过最近似乎开始从这种复杂体系中理出“头绪”了，相信过不了多久，一定会找到可行的方法。

其实，在我国很早就利用固氮微生物来提高土壤的肥效了。远在几千年以前，人们就已经学会轮番种植瓜类和豆类以提高产量，而西方在18世纪30年代以后才采用轮番种植技术。

把固氮的微生物进行人工培养获得大量的活菌体，然后用它们拌种或播种，也是很好的细菌肥料。化学农药的发明及应用，曾经给农业生产带来质的飞跃，的确让人们很是欣喜了一阵，然而大量应用化学农药也同时带来了严重的环境污染。寻求其他方法杀灭害虫已经成为人类迫在眉睫的研究课题。

损坏庄稼的害虫和别的动物一样也容易受到微生物的侵袭而患病或死亡。已经发现的能导致昆虫病变或死亡的病原微生物就有2000多种。这些活跃在大自然中的微生物成了害虫的天敌，同时也成为人们和害虫斗争的天然“同盟军”。人们用心地培养这些微生物，把巨大数量的活菌体散布到田间，让它们发挥应有的威力。与化学农药相比，它们对人和动物以及益虫是没有毒性的，而害虫一旦感染了便像流行病，很快就会使“虫口”密度下降，能迅速扑灭虫灾。另外还有一年防治，多年有效的好处。

喷洒农药

微生物中能用来作为杀虫剂的主要是细菌、病毒和真菌。细菌中，粪链球菌、产气杆菌的许多种类对鳞翅目害虫都有很强的杀伤能力。不过目前使用最多的还是芽孢杆菌。1915年，德国人贝尔林茨在苏云金的一个面粉厂发现了一种芽孢杆菌具有很强的杀虫能力，于是把它定名为苏云金杆菌。这种杆菌在菌体的生长过程中形成抵抗力强的芽孢，还产生一种结晶体叫作伴孢晶体。伴孢晶体是一种蛋白质结晶，它对害虫有强烈的毒性，当害虫把它吃进体内以后，虫体肠道组织便被破坏，而芽孢在虫体内发育并大量繁殖，最终引发败血症。同时苏云金杆菌有许多变种，如青虫菌、杀螟杆菌、松毛杆菌等，多达17种。不同的变种杀虫力各有不同。青虫菌对稻螟岭、玉米螟、菜青虫、松毛虫等几十种鳞翅目的害虫都有强烈的毒性，杀虫效率可达80%～100%。

湖北农科院研发并生产的Bt农药，就是用苏云金杆菌菌体来吞噬农作物上的害虫生物农药。喷洒Bt农药后，害虫不是立即“死光光”，而是虫身变黑，胃肠被细菌侵蚀，24小时患“败血症”或“毒血症”而死。Bt农药无公害，不污染环境，对人畜无丝毫伤害，害虫也不会因此产生抗药性。

中国科学院武汉病毒所新近研制的“生物导弹”，就是让赤眼蜂携带强力病毒，传递到松毛虫卵表面，初孵幼虫吃掉卵壳便会感染病毒死亡，而病毒还会在松毛虫群体里流行。

微生物不仅可以用来杀虫，还可以用来除草。

早在1970年就发现微生物代谢产物——环己酰胺可以防治农田杂草，并对水稻无害。以后又发现一些微生物除草剂，例如，于1977年日本橘邦隆等在放线菌培养液中发现的双丙鳞A对单子叶及双子叶的杂草有明显杀除效果。

谷氨酰胺合成酶，简称“GS”，它在微生物及植物体中参与谷氨酸的合成和氮的循环，尤其对植物体内谷氨酸的合成更为重要。双丙磷A可以抑制GS的活性，从而导致氨的累积和谷氨酰胺的减少，而氨是光合磷酸化的抑制剂，当它的浓度高时，对杂草有毒害作用，从而达到除草的目的。