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我国农业微生物菌种资源的保护、管...
日期:2016/10/28 访问:

我国农业微生物菌种资源的保护、管理和利用

 

牛永春

(中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/中国农业微生物菌种保藏管理中心,北京100081)

 

摘要:农业微生物资源是国家重要生物资源之一。该文从不同方面论述了我国农业微生物菌种资源研究、保护、管理与利用的现状,提出了存在的问题与差距。展望了我国农业微生物菌种资源方面今后工作的发展:扩大库藏菌种数量、提高菌种多样性,加强对菌种资源的基础研究和评价工作,开展全国农业微生物菌种资源的普查工作,完善农业微生物菌种资源的管理体系,加强菌种资源的开发利用能力建设,探索农业微生物产品规模化生产的道路。

 

关键词:农业微生物,菌种资源,保护,管理,利用

 

1  农业微生物菌种资源及其重要性

      微生物是生态环境的重要组成部分,而且与工农业生产和人们的日常生活密切相关,在食品、医药、农业生产和环境保护等方面具有广泛的应用,微生物产业已成为继植物、动物之后的第三大生物产业。微生物为生物技术的发展更是提供了基本材料和丰富的基因资源,也是生物技术产业的重要开发对象。

      农业微生物是与农业生产(农作物种植业、畜禽饲养业和水产养殖业)、农产品加工、农业环境保护和农业生物技术有关的微生物的总称。微生物菌种资源是指可培养的、有一定科学意义或实用价值的细菌、真菌、病毒、细胞株及相关的信息资料。近几十年来,微生物肥料、微生物农药、微生物调节剂、土壤和环境修复剂、饲料添加剂等农业微生物产品迅速发展,成为发展生态农业、循环农业的重要途径。因此,农业微生物菌种资源是国家重要生物资源之一,不仅是农业微生物科学研究、农业微生物产业及农业生物技术产业发展的基础,而且也是整个农业可持续发展的重要基础。


我国农业微生物菌种资源的现状

2.1  我国农业微生物菌种资源的保藏与管理

      1979年以前,我国没有专门的农业微生物菌种保藏机构,农业微生物菌种由各个相关研究、教学单位自行保藏,保藏的菌种不仅数量少,而且分散、没有统一管理,很难为社会共享和利用。为加强微生物菌种的保藏、管理工作,原国家科委于1979年成立了包括“中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)”在内的7个国家级的专业微生物菌种保藏管理中心。中国农业微生物菌种保藏管理中心是我国唯一的农业微生物菌种保藏管理专门机构,设在中国农业科学院土壤肥料研究所(现农业资源与农业区划研究所),负责我国农业微生物菌种的收集、鉴定、保藏、供应及国际交流任务[1]

      中国农业微生物菌种保藏管理中心自成立以来,在采集、分离、收集、鉴定方面做了大量工作,使库藏菌种数量不断上升,积极开展菌种的交换、交流和供应工作,引进了一批重要的模式菌种和有特殊价值的菌种,不定期编辑出版《中国农业菌种目录》。目前保藏各类农业微生物菌种已达8000余株,其中3336株编入了2005年版的《中国农业菌种目录》,包括细菌、放线菌、酵母菌、丝状真菌和大型真菌,共252属716种(亚种或变种)[2]。每年向研究、教学单位和企业与个人等提供大量菌种,在促进我国农业微生物资源的研究、保护与利用方面发挥了重要作用。

      除了中国农业微生物菌种保藏管理中心外,我国农业微生物相关研究、教学单位大都自行保藏有一定数量的微生物菌种,供本单位使用。这些单位大都没有专职保藏管理人员、有些单位保藏条件欠佳、菌种质量参差不齐。近几年,在国家自然科技资源平台项目和相关项目资助下,通过对微生物菌种资源的整理整合,不仅中国农业微生物菌种保藏管理中心的菌种库藏量有较大增加,也初步摸清了家底,制定了统一的菌种描述规范和菌种操作规程,构建了统一的菌种信息数据库,使微生物菌种资源的管理得到规范、社会共享程度得到很大提高。

2.2  我国农业微生物菌种资源的开发与利用

      我国在20世纪50年代,就已开始微生物肥料和生物农药研究,60年代就已有固氮菌肥、5406菌肥、苏云金芽孢杆菌杀虫剂、鲁保一号大豆菟丝子防除剂、灭瘟素和春雷霉素等抗生素工厂化生产。食用菌生产也得到很大发展,培育了大量新品种。近二十年来,我国农业微生物菌种资源的开发与利用发展尤其迅速,在食用菌、微生物菌剂、微生物肥料、微生物农药、微生物饲料添加剂等方面均已形成产业,并在农业生产上发挥着越来越大的作用。同时,农业微生物资源的研究也推动了农业生物技术的发展。在此过程中,农业微生物菌种保藏管理中心发挥着菌种资源平台的作用。

2.2.1 食(药)用菌

      食用菌一直是我国的传统出口商品,但我国食用菌产业的迅速发展起步于二十世纪七十年代,现已成为中国农业领域中的一个重要产业,2001年全国食用菌产量78l万吨,2002年达到876万吨,加工后的总产值408亿元。我国已是世界食用菌生产第一大国,2002年我国食(药)用菌产品出口量为38.21万吨、出口值4.63亿美元。在一些贫困或边远地区,食用菌生产已成为当地的支柱产业,不仅为农村剩余劳动力提供就业机会,而且创造了巨大的经济效益,1997年食用菌年产值超过一亿元的县就有12个[3,4]

2.2.2  微生物菌剂

      微生物菌剂是指功能微生物菌种经扩大培养后用一定的无菌载体吸附而成的活菌产品。农业上的这类产品包括豆科根瘤菌剂、固氮菌剂、磷细菌菌剂、硅酸盐细菌菌剂及其它土壤修复剂和生态调节剂等。微生物菌剂的应用可改善植物营养状况、促进植物生长、提高植物抗逆性和抗病性。豆科植物播种或移栽时接种根瘤菌,可使植株从共生固氮中获得生长所需的氮素,提高成活率和生长量。豆科根瘤菌在国内应用面积累计已达2000多万亩,可在退化草地改良和水土流失治理中发挥重要作用[3]。由多种微生物制成的发酵剂,可以用于畜禽粪便、农作物秸秆等有机废弃物的快速无害化和资源化处理。具有降解有机污染物功能的微生物制剂的研发则在土壤和环境的修复中以及减少污染物对农产品的污染中发挥重要作用。微生物菌剂的迅速发展,有助于减少化肥、农药的使用,维护农业生态环境,保护农产品安全。

2.2.3  微生物肥料

      微生物肥料是指在农业生产中使用的、具有特定肥料效应的一类活体微生物制品,活体微生物在肥料效应的产生中起关键作用。微生物肥料可以是菌剂,也可以做成含有一定比例微生物菌剂的有机肥与无机肥复合的复合微生物肥料,还可将畜禽粪便和秸秆等经微生物发酵、腐熟和除臭后制成生物有机肥料。复合微生物肥料除含有微生物菌剂和丰富的有机质外,也含有较高比例的氮、磷、钾等营养元素,微生物可增加肥效或可提高养分的利用效率。生物有机肥料则含有丰富的有机质和一定量的氮、磷、钾营养元素,具有增加土壤营养和改良土壤的功能,还可以做为无土栽培基质使用。近年来微生物肥料发展很快,已有几百家企业从事微生物肥料的生产。微生物肥料的推广应用,可以减少化学肥料的使用量,缓解因长期大量使用化肥造成的水源污染和土壤质量下降,有助于农产品的安全生产和农业的可持续发展。

2.2.4  生物农药

      生物农药指的是用微生物生产的用于植物病虫草害防治的活菌制剂或微生物代谢产物制剂。生物农药的应用可减少化学农药的使用量,减少化学农药对农产品及环境的污染,有利于绿色食品、安全食品的生产。我国在20世纪50年代就已开始研究苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis, 简称Bt)杀虫剂,60年代就已工厂化生产Bt菌剂、白僵菌菌剂等微生物杀虫剂、“鲁保1号”防治大豆菟丝子菌剂,并研制出灭瘟素、春雷霉素、井岗霉素等抗生素。近年来,我国的生物农药发展很快,已有二百多家生产企业,产量已有较大规模,在农业生产上发挥了重要作用[5,6]

2.2.5  饲料添加剂

      微生物饲料添加剂是指在畜禽饲养和水产养殖中应用的微生物制品,主要有微生态制剂和饲料酶,它们的应用或可以提高饲料的转化率、促进畜禽生长,或可以调节动物的微生态平衡、提高动物的健康水平。另外,还有一些活菌剂可以用于治疗动物疾病,这些菌剂的应用,可以减少抗菌素的使用,有利于生产安全食品,提高产品的竞争力。近年来,微生物制品在饲养业和养殖业的应用发展迅速,为了提高产品的安全性、逐步规范饲用微生物制剂市场,农业部于1999年公布了允许使用饲料级微生物添加剂和酶制剂的微生物菌种名单[3]

2.2.6  推动农业生物技术的发展

      对微生物的深入认识和研究促生了生物技术,微生物不仅是生物工程改造的主体,也为生物技术提供了DNA载体,微生物丰富多样的基因更为生物工程提供了极为丰富的基因宝库。很多微生物来源的基因被用来改造农用微生物和农作物,提高农用微生物的功效,改良农作物的性状、提高产量和品质,并降低生产成本。


我国农业微生物菌种资源保护与利用中存在的问题

3.1  菌种资源保藏与管理中的问题与差距

3.1.1  菌种库库藏菌种数量小

      中国农业微生物菌种保藏管理中心目前保藏菌种8千余株,加上国内其他单位保藏的农业微生物菌种估计也不过2万余株。而美国农业部的农业菌种保藏中心(NRRL)现有菌种8万株。我们保藏的菌种数量与国际上较好的菌种中心无法相比,也与我国丰富的微生物资源蕴藏量不相适应,更无法满足我国农业微生物研究及微生物产业对菌种资源的需求。

3.1.2       菌种库库藏菌种多样性不够

      我国微生物资源丰富,仅已知的真菌就有10000种,占世界已知真菌种数的十分之一,占我国估计真菌种数的4%,这些真菌大部分均与植物相关。2005年版的《中国农业菌种目录》中,包括细菌、放线菌、酵母菌、丝状真菌和大型真菌,共有252属716种(亚种或变种)[1,2]。可见,已收集保藏的微生物菌种只是很少一部分,很多与农业生产相关的重要种类尚未收集保藏。

3.1.3       对库藏菌种性状的评价不够

      由于过去菌种资源的管理工作不够规范,缺乏统一的、较完善的信息记录,也因为实验条件及研究力量的不足,对库藏菌种的研究不够,缺乏重要性状的评价,因而库藏菌种资源的信息不够丰富,不利于菌种资源的进一步开发和利用。

3.1.4       我国农业微生物菌种资源的家底仍不够清楚

      近几年在国家自然科技资源平台项目的资助下,经过对菌种资源的整理整合,已经初步摸了家底,但因涉及工作量大,短期内尚难以完全理清,对我国农业微生物菌种资源的家底仍不够清楚。

3.1.5       菌种资源管理体系不完善

分散保藏于各有关单位的农业微生物菌种资源共享机制尚不健全,缺乏相应的政策或机制保障,这些分散保藏、无专人管理的菌种资源随时可能会丧失。同时,缺乏相应的法规,国际交往中也常造成菌种资源流失。

3.1.6       农业微生物菌种资源保藏管理设施薄弱

      作为国家级的中国农业微生物菌种保藏管理中心库藏容量较小、设施较为落后。专职的菌种保藏科技队伍较为薄弱。

3.2  菌种资源的开发与利用中存在的问题与差距

3.2.1 菌种资源的应用基础研究不够,缺乏对功能微生物菌种发挥作用的内在机制、与其他物种及环境间的互作关系的深入认识,致使产品性能不强、效果不稳。

3.2.2 缺乏新菌株、新基因和新物质的大规模高通量筛选鉴定技术平台,资源挖掘效率低,很多特殊生境和特殊功能微生物资源的研究尚刚起步。

3.2.3 从事农业微生物产品生产的企业多数小而散,技术力量薄弱,菌种改良和新产品创制能力较差,生产条件和工艺落后,产品功能单一、质量不稳定,产品市场竞争力弱。

3.2.4 生产者和一些管理者对于食品安全生产和农业可持续发展还没有足够认识,只看眼前而不顾长远,生产中更偏爱用化肥、农药等化学品。


我国农业微生物菌种资源工作的发展

4.1扩大库藏菌种数量、提高菌种多样性

       不断扩大中国农业微生物菌种保藏管理中心库藏的农业微生物菌种资源的数量,并注重提高菌种的多样性,加大收集农业上重要的微生物类群的力度,尤其植物病原微生物、生防微生物、环境治理和土壤修复微生物等,加强土著微生物的采集分离工作。

4.2 加强对菌种资源的基础研究和评价工作

      加强农业微生物菌种资源的基础研究和评价工作,提高菌种资源的质量;建立、完善统一的标准和规范,实现菌种信息的标准化,为菌种资源的保护、管理和利用提供信息。

4.3 开展全国农业微生物菌种资源的普查工作

      农业科研单位、高等院校、农业企业等从事农业微生物相关工作的单位,常常分离、收集或引进一些有价值的微生物菌种。开展农业微生物菌种资源的普查工作、摸清家底,将为这些菌种资源的保护和共享提供基础。

4.4 完善农业微生物菌种资源的管理体系

      菌种保藏机构属于公益性机构,国际上的菌种保藏机构菌种的收集也都以捐赠为主,我们在此基础上,探讨建立一种机制或办法,使分散保藏于各有关单位的农业微生物菌种资源能够备份保藏到国家级的农业微生物菌种保藏中心,以保障菌种资源的安全。同时,健全相应的共享机制,使宝贵的菌种资源在我国的科学事业和经济、社会发展中发挥更大作用。建立相应的法规,避免菌种资源流失。

4.5 加强菌种资源的开发利用能力建设

      重视微生物菌种资源的应用基础研究,加强人员和硬件建设,建立功能微生物菌种高效筛选、改造的技术平台,提高微生物资源开发利用的科技水平。

4.6 探索农业微生物产品规模化生产的路子

      建议国家从政策导向上解决好所谓“成果转化”的问题,鼓励企业的产品创新和改进工艺,研发效果好、质量稳定、适应农业发展需要的新产品。

 

参考文献

 1.宁国赞,周宇光。中国微生物菌种资源本底现状与保护对策。见:薛达元主编,《中国生物遗传资源现状与保护》,第十一章。北京:中国环境科学出版社,2005。

 2.中国农业微生物菌种保藏管理中心. 中国农业菌种目录,2005年版,北京:中国农业科技出版社,2005。

 3.宁国赞。农业微生物资源在国家经济及生态环境建设中的重要作用。中国农业科技导报 2002,4(3):23~26。

 4.黄年来。中国现代菇业发展现状及展望(节选)。国际农产品贸易,2004(88):36~39。

 5.万方浩,叶正楚,郭建英,谢明。我国生物防治研究的进展及展望。昆虫知识 2000,37(2):65~74。

 6.顾宝根。我国生物农药的现状及发展前景。农资科技 2000(2):22~23.

 

 

Conservation, Management and Utilization of Agricultural Microbial Resources in China

 

Niu Yongchun

(Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Agricultural Culture Collection of China, Beijing 100081)

 

 

Abstracts: Agricultural microbial resource is one of the important biological resources to a country. The actuality of research, conservation, management and utilization of agricultural microbial resources in China was discussed; problems and deficiencies were put forward in this paper. Development of the work in agricultural microbial resources in China in the future was expected in these aspects: expand quantity of cultures preserved and improve species biodiversity; strengthen basic research and assessment of the culture collection; carry out a countrywide survey of agricultural microbial culture resources; improve the management system of agricultural microbial culture resources; improve the ability of exploitation and utilization of agricultural microbial resources; explore the way of large-scale commercial production of agricultural microbial products.

 

Key words:agricultural microbial organism,microbial culture resources,conservation,management,utilization