生物農業(yè)與食品安全張六六-huaian

生物農業(yè)與食品安全

江蘇省微生物研究所責任有限公司報告人：張六六提要一、食品安全內涵

二、食品安全概況三、生物農業(yè)內容

四、聯(lián)系

一、食品供應安全1994年美國世界觀察研究所所長萊斯特·布朗(LesterR.Brown)發(fā)表了《誰來養(yǎng)活中國》(《WhoWillFeedChina》)的著名論文，對中國糧食增產和糧食安全的前景進行了較為悲觀的預測。全球人口不斷增加，消費需求加上生物能源需求增加，使得糧食需求大增。近十年來世界糧食消費需求增加2200億公斤，年均增長1.1％，而產量僅增加1000億公斤，年均增長0.5％，供需缺口明顯增大。聯(lián)合國糧農組織預測，到2050年全球人口將增加23億，糧食需求將增長70％。二、中國糧食安全面臨的挑戰(zhàn)

（一）糧食生產資源不斷減少

目前人均耕地只有1.59畝，不及世界人均耕地的47%，全國有666個縣（區(qū)）的人均耕地低于FAO確定的0.8畝的警戒線。由于環(huán)境污染和農民的非科學使用，耕地質量也在下降，土地的可持續(xù)生產能力受到嚴重影響。其次，水資源短缺且水質惡化將嚴重制約中國未來的糧食生產。

（二）糧食供應存在結構性短缺

目前中國糧食雖然總量供給有余，但卻存在結構性短缺。對間接糧食，如肉、禽、蛋、奶等動物性食品的消費量成倍增長，導致飼料用糧將成為糧食消費增量中的最主要部分。從長期來看，國內糧食生產將越來越難滿足對糧食的這一需求，糧食安全面臨壓力。

（三）貧困人口數(shù)量仍然巨大

目前，中國仍然有低于絕對貧困標準的人口近3000萬。此外，還有近6000萬人口沒有實現(xiàn)穩(wěn)定脫貧，遇到天災人禍，他們極其容易重新返貧。貧困人口的巨大數(shù)量將對中國的糧食購買安全提出嚴峻挑戰(zhàn)。如何利用有限的資源生產更大的糧食科學種植肥料的使用提高作物單位面積產量。肥料是提供一種或一種以上植物必需的營養(yǎng)元素，改善土壤性質、提高土壤肥力水平的一類物質，是農業(yè)生產的物質基礎之一農藥的使用減小病、蟲、草害引起的損失

化肥對農業(yè)生產的貢獻見效快、明顯使用技術成熟、方便產量高成本低……化肥的優(yōu)點：

在我國化肥的用量是嚴重過量的，國外化肥的使用主要是磷肥和鉀肥，我國使用的化肥主要是氮肥。我國每年使用氮肥大約是1億2千萬噸，占全世界使用量的30%。微生物肥料--肥料使用中的問題化肥用量大，但利用率低，當季利用率：

氮為30～35%，

磷為10～25%，

鉀為35～50%。以磷肥為例，大部分磷素以吸附、沉淀等方式被固定下來，以無效態(tài)在土壤中積累。微生物肥料--肥料使用中的問題化肥報酬急劇遞減

1975年2005年25公斤谷粒/公斤化肥10公斤谷粒/公斤化肥15公斤油料/公斤化肥7公斤油料/公斤化肥10公斤棉花/公斤化肥5公斤棉花/公斤化肥微生物肥料--肥料使用中的問題長期使用化肥的問題：土壤結構的破壞水土污染有毒物質積累品質下降產量下降……微生物肥料--肥料使用中的問題大米鎘超標事件因病、蟲、草害引起的損失可達70%

使用農藥給農業(yè)帶來的收益農作物因病、蟲、草害引起的損失可達70%，而通過使用農藥可挽回40%的損失；

以我們中國為例：

通過農藥的使用，每年可挽回糧食損失5400萬噸、棉花160萬噸、油料150萬噸、蔬菜1600萬噸和水

果500萬噸。

平均每使用1元錢的農藥，可獲得10元的收益。二、食品安全現(xiàn)代內涵（一）營養(yǎng)失控

（二）自然毒素（三）生物性污染

（四）化學物質（五）包裝材料（六）環(huán)境污染人畜共患病食物中毒海南豇豆事件（2010.2，使用水胺硫磷）；

青島韭菜事件（2010.49人中毒）“爆炸”西瓜事件：楊梅帶蟲事件、桔子蛆蟲事件；催熟香蕉，癌癥香蕉：黃瓜頂花帶刺，千萬要注意小孩不能吃頂花帶刺的黃瓜?。?！引起性早熟？？？食品安全事故的影響：農民：直接受害，產業(yè)受影響

豇豆：3-4元/斤變?yōu)?-4毛/斤，大量豇豆賣不掉，損失20億；

爆炸西瓜使西瓜滯銷，價格暴跌，瓜農損失巨大。2007年“癌癥”香蕉使蕉農損失慘重?。。」姡汗妼κ称钒踩畔⑾陆?，生活質量受影響管理部門：反思、完善、提高食品安全工作相關行業(yè)：負面影響，行為自律微生物農藥---農藥使用的利與弊

農藥可減少農作物的損失，提高產量，提高農業(yè)生產的經濟效益，增加食物供應。農藥在人類文明史和發(fā)展史上的確功不可沒。然而農藥是有毒化學品，它對生態(tài)環(huán)境所造成的危害也是不爭的事實。害蟲和雜草的抗藥性也是不客忽視的現(xiàn)象，隨著農藥大量長期的使用，一些害蟲的耐藥性越來越高，以至一些農藥失去效用。微生物農藥---農藥使用的利與弊破壞生態(tài)系統(tǒng)：由于農藥的殺傷力，不僅害蟲被消滅了，還消滅了(甚至是滅絕了)許多有益的昆蟲，這些昆蟲是害蟲的天敵，導致生態(tài)平衡的破壞。微生物農藥---農藥使用的利與弊1、農藥的急性毒性

包括職業(yè)性（工業(yè)生產、農業(yè)施用）、農藥自殺、誤服誤用引起。引起急性中毒的農藥最常見為有機磷殺蟲劑，其次為氨基甲酸酯類、有機氯、有機汞。2、慢性毒性

主要發(fā)生在較長時間接觸農藥的人群。慢性毒性的測定主要觀察農藥的三致作用。微生物農藥---農藥使用的利與弊施用農藥農作物大氣土壤（農田）地下水農產品地表水水生物畜禽人體飄浮殘留吸收飼料食用食用飲用食用飲用水吸入濕沉降吸收滲入農藥進入人體的途徑微生物農藥---農藥使用的利與弊農藥殘留1、定義：指農藥使用后殘存于生物體、食品和環(huán)境中的微量農藥原體及其有毒代謝物、降解產物和雜質的總稱。2、來源：施藥后的直接污染、從污染環(huán)境中吸收、通過食物鏈與生物富集作用而產生間接污染、熏蒸、食品包裝、運輸過程食品與農藥混放等造成的農藥污染和誤食。微生物農藥---農藥使用的利與弊我國規(guī)定禁止使用以下10種農藥(1)敵枯雙；(2)溴氯丙烷；(3)三壞錫、特普丹；(4)培福朗；(5)蠅毒磷；(6)六六六、滴滴涕；(7)二溴乙烷；(8)殺蟲瞇;(9)艾氏劑、狄氏劑；(10)汞氏劑。微生物農藥---農藥使用的利與弊一、生物農業(yè)人類在農業(yè)生產中對生物資源利用已有四五千年的歷史，如釀酒、制醋等。近代，隨著現(xiàn)代生物技術的不斷進步，微生物作為一種重要的資源，由于其生長周期短，易于大規(guī)模培養(yǎng)等優(yōu)點，已經被運用于農業(yè)生產的方方面面，隨之出現(xiàn)了被稱為“白色農業(yè)”的生物產業(yè)化的工業(yè)型新農業(yè)。提要白色農業(yè)又稱微生物農業(yè)，是指微生物資源產業(yè)化的工業(yè)型新農業(yè)，簡稱微生物工業(yè)型農業(yè)。白色農業(yè)(微生物農業(yè))的科學基礎主體是微生物學，技術主體是生物技術中的發(fā)酵工程和細胞工程在農業(yè)中的應用。微生物肥料一、什么是微生物肥料二、微生物肥料的發(fā)展三、微生物肥料的作用機理四、存在的問題與發(fā)展趨勢微生物肥料---簡介定義：以微生物生命活動導致農作物得到特定的肥料效應，達到促進作物生長或產量增加或質量提高的一類制品就是通常所說的微生物肥料，亦稱菌肥、生物肥料、接種劑。盡管對其名稱、作用等方面還有不同的看法或意見，但這類制品中都含有一定量的特定功能的微生物，而且這些活體微生物起重要的作用則是這類制品的共同特點。微生物肥料---發(fā)展歷史世界上最早的微生物肥料(接種劑)是1895年在德國出現(xiàn)的以“Nitragin”商品名的根瘤菌接種劑，到本世紀三四十年代在一些國家如美國、英國、澳大利亞等均有了根瘤菌接種劑產業(yè)，以后在許多國家有了較快的發(fā)展，產品的劑型也由初期的試管或玻璃瓶裝的瓊脂劑型，發(fā)展到后來的用草炭、蛭石或其它載體吸附的粉末狀、顆粒狀劑型，有效根瘤菌的含量也不斷提高，使用的菌株也歷經多次篩選，更迭換代速度加快。現(xiàn)在不僅象美國、英國、日本、加拿大、法國、意大利、德國等發(fā)達國家，一些中等發(fā)達國家如澳大利亞、新西蘭、奧地利、瑞典等以及一些發(fā)展中國家如印度、泰國、菲律賓、布隆迪等至少有70多個國家有自己的微生物肥料生產企業(yè)、產品技術標準和質量監(jiān)督體系。所使用的微生物種類也早已不限于根瘤菌類群。微生物肥料---發(fā)展歷史微生物肥料----發(fā)展歷史

我國微生物肥料的研究始于上世紀40年代，最早研究應用的是根瘤菌制劑，代表和奠基人有張憲武先生、陳華癸院士和樊慶笙先生等。50年代是早期發(fā)展的時期，開始研究應用了包括根瘤菌在內的固氮菌、溶磷細菌、硅酸鹽細菌等細菌肥料；60年代則主要推廣應用了“5406”放線菌抗生菌肥料；70-80年代中期開始研究由土壤真菌制成的泡囊——叢枝菌根(AM菌根)。因產品質量無保證、產品質量無標準和行業(yè)無監(jiān)管，以致每次發(fā)展的時間都不長。

微生物肥料---種類1.固氮菌類肥料2.根瘤菌類肥料3.解磷微生物肥料4.硅酸鹽細菌肥料5.光合細菌肥料6.芽孢桿菌制劑7.分解作物秸桿及其他腐熟制劑8.微生物生長調節(jié)劑類9.復合微生物肥料類10.與PGPR類活微生物環(huán)保類聯(lián)合使用的制劑11.其他微生物(放線菌、真菌等)及新研制的產品

提高土壤肥力，減少化肥用量制造和協(xié)助農作物吸收營養(yǎng)分泌生長刺激素增強植物抗病和抗旱能力

微生物肥料---主要功效微生物肥料---存在的幾個問題

到2011年底，國內微生物肥料的生產企業(yè)800多家，年產量850萬噸，登記注冊產品1522個。實際上生產的廠家已超過2000家。1、產品良莠不齊2、掛羊頭賣狗肉3、監(jiān)管不力4、有許多技術瓶頸沒有突破微生物肥料---發(fā)展趨勢功效更好：新功能菌株/菌系、產品組合效果更穩(wěn)：產品質量穩(wěn)定/長保質期、適應性強成本更低：合理生產工藝針對（性）更強：地域氣候、作物種類、特定性能專用復合：作物專用、特定效果（腐解、重茬）、多菌株復合

國家發(fā)改委、科技部、工信部、商務部、知識產權局，在充分分析國內外高技術發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，廣泛征求意見的基礎上，研究提出了《當前優(yōu)先發(fā)展的高技術產業(yè)化重點領域指南（2011年度）》。

《指南》確定了當前優(yōu)先發(fā)展的信息、生物、航空航天、新材料、先進能源、現(xiàn)代農業(yè)、先進制造、節(jié)能環(huán)保和資源綜合利用、海洋、高技術服務十大產業(yè)中的137項高技術產業(yè)化重點領域。

現(xiàn)代農業(yè)有18項，新型高效生物肥料是其中之一。微生物肥料---發(fā)展趨勢微生物肥料---登記證硅酸鹽細菌斜面微生物肥料---硅酸鹽菌劑—菌落微生物肥料---硅酸鹽菌劑—菌體

土壤中鉀的含量遠遠高于氮和磷，約為全氮和全磷的10倍，平均含量（K2O）約為2.5%。土壤中鉀的形態(tài)，從植物營養(yǎng)角度則可分為速效性鉀（含水溶性鉀和交換性鉀）、緩效鉀和礦物鉀。存在于原生礦物或次生礦物結晶構造中的鉀。礦物鉀占土壤全部鉀量的90%~98%，不溶于水，經過硅酸鹽細菌作用后，才能變?yōu)樗傩р?。微生物肥?--硅酸鹽菌劑—機理微生物肥料---分解過程如圖例：微生物肥料---改良土壤板結作用機理

由于我國國情，目前以過磷酸鈣為原料生產的復合肥料占了相當大的比例，在土壤里，過磷酸鈣與尿素發(fā)生反應：

4CO(NH2)2+Ca(H2PO4)2H2O=4CO(NH2)2.Ca(H2PO4)2+H2O

生成4CO(NH2)2.Ca(H2PO4)2復鹽，同時放出結晶水，致使土壤板結微生物肥料---改良土壤板結作用機理

硅酸鹽菌能夠分泌粘多糖和果膠質（占發(fā)酵液的0.87％），促進土壤水穩(wěn)性團聚體形成，增強土壤有機膠體含量，破壞土壤毛細現(xiàn)象，有效緩解土壤板結可增加土壤墑值至40％－50％，降低土壤容重至1.14－1.26g/m3,增加土壤孔隙度至52％－56％。

微生物肥料---改良土壤板結作用機理

毛細現(xiàn)象示意圖微生物肥料---改良土壤板結作用機理微生物肥料---促進呼吸、營養(yǎng)運轉機理微生物肥料---促進呼吸、營養(yǎng)運轉機理

試驗證明，在一定范圍內，氧氣供應越好，根系吸收礦質元素就越多。如上條所說，膠凍樣芽孢桿菌能使得土壤有充足的孔隙，既保持濕潤而又通氣良好，這就大大的促進了營養(yǎng)運轉、呼吸作用，為植物生長，特別是為根系穿透、固定以及幼苗萌發(fā)提供了良好的條件。

微生物肥料---促進呼吸、營養(yǎng)運轉機理微生物肥料---促進呼吸、營養(yǎng)運轉機理微生物肥料---刺激調控機理

硅酸鹽細茵的菌體內和發(fā)酵液中存在著生長素物質和赤霉素物質(赤霉素GA3等)，該菌在發(fā)酵液中細胞分裂素含量達36mg/l。赤霉素含量達348mg/l。吲哚乙酸為38ug／m1。其共同作用對作物產生刺激作用，促進作物生長，增強了植株抗逆性和固氮能力。

微生物肥料---減少植物病害機理

A生態(tài)位競爭硅酸鹽細菌施入土壤中后，在植物根部繁殖，占據(jù)了一定的空間、營養(yǎng)和環(huán)境因子，使得其他的有害菌難以生存，從而大大減少了有害菌的數(shù)量。

B拮抗物質抑制硅酸鹽細菌還能產生多粘桿菌素一類物質，對植物病原菌有一定抑制作用。可改善根際微生物組成，減少病菌侵染率。微生物肥料---減少植物病害機理微生物肥料---減少植物病害機理

硅酸鹽菌在土壤中生長、繁殖，分解土壤中偏硅酸鹽等不溶性礦物質，使得植物能夠從土壤中攝取大量的硅，從而使得植物的蠟質層增厚，提高植物的非特異性免疫能力和保水能力。

微生物肥料---減少植物病害機理

第三章微生物農藥微生物農藥一、農藥使用中的問題二、什么是微生物農藥三、微生物農藥的發(fā)展四、微生物農藥的作用機理五、存在的問題與發(fā)展趨勢微生物農藥---農藥的分類礦物源農藥有機合成農藥生物農藥按來源分：殺蟲劑除草劑殺細菌劑殺真菌劑殺螨劑殺鼠劑殺螺劑等按作用對象分：按化學組成及結構分：有機磷、有機氯、有機砷、有機汞、擬除蟲菊酯等微生物農藥---生物農藥

按照聯(lián)合國糧農組織的標準，一般是天然化合物或遺傳基因修飾劑，主要包括生物化學農藥（激素、植物調節(jié)劑等）和微生物農藥（細菌、真菌、昆蟲病毒、原生動物，或經遺傳改造的微生物）兩部分。微生物農藥---生物農藥

是指從植物體中提取具有抗菌抗病毒或殺蟲效果的成分；或者從植物體中分離純化有農藥活性的新物質作為結構模板，進行結構的多級優(yōu)化，從而制造低毒高效新農藥，稱這種農藥為植物源農藥。微生物農藥---植物農藥

是指由動物產生的毒素或激素（如腦激素和性信息素等）。它們對害蟲有毒殺效果，或者抑制昆蟲的生長發(fā)育和干擾新陳代謝，從而控制害蟲對農作物、森林和果樹的危害。

微生物農藥---動物農藥微生物農藥--我國生物農藥主要品種登記注冊近140種，產業(yè)化14種。殺蟲：6種（阿維、甲基阿維、Bt、苦參堿、煙堿、棉鈴蟲NPV）殺菌：6種（井岡、農用鏈霉素、農抗120、多氧霉素中生菌素、寧南霉素）生長調節(jié)劑：2種（赤霉素、蕓苔素內酯）超億元4種：井岡霉素、阿維、Bt、赤霉素。1、對病蟲害防治效果好，選擇性強，對人畜安全無毒，不污染環(huán)境，無殘留；2、對病蟲害特異性強，不殺傷害蟲的天敵和有益生物，不破壞生態(tài)環(huán)境，并能保持生態(tài)平衡；3、生產原料和有效成分屬天然產物，生產原料廣泛；4、可用現(xiàn)代生物技術手段對產生菌及其發(fā)酵工藝進行改造，不斷改進性能和提高品質；5、多種因素和成分發(fā)揮作用，害蟲和病菌難以產生抗性。6、生產工藝較簡單，開發(fā)和登記等費用較低。微生物農藥---生物農藥的優(yōu)點此外，生物農藥還具有如下缺點：

1、受環(huán)境因素影響較大，特別是光、溫、濕等；

2、大多數(shù)生物源農藥作用緩慢，在遇到有害生物大量發(fā)生迅速蔓延時往往不能及時控制為害；

3、活性成分穩(wěn)定性差，易分解；

4、有些生物源農藥毒性也較高。微生物農藥---生物農藥的缺點微生物農藥是能夠用來殺蟲、滅菌、除草以及調節(jié)植物生長等的微生物的活體及其代謝產物。

微生物農藥---定義

根據(jù)來源，分為活體微生物農藥微生物體農藥，是指能使有害生物致病的病原微生物活體直接作為農藥。分為細菌類、真菌類、病毒類。農用抗生素：

微生物的次級代謝產物，可抑制或殺滅作物的病、蟲、草害及調節(jié)作物生長發(fā)育，將其加工成可直接使用的形態(tài)。

微生物農藥---分類

根據(jù)功效分為微生物殺蟲劑：細菌殺蟲劑，真菌殺蟲劑，病毒殺蟲劑，微生物殺菌劑：細菌殺菌劑，真菌殺菌劑，病毒殺菌劑微生物除草劑：細菌除草劑，真菌除草劑，病毒除草劑

微生物農藥---分類

已分離到的昆蟲病原菌的菌種和變種約有100種，其中研究最多、效果最好的是芽孢桿菌屬的蘇云金桿菌類和日本金龜子芽孢桿菌。

微生物農藥---細菌殺蟲劑棉鈴蟲

斜紋夜蛾甜菜夜蛾代表性細菌殺蟲劑--蘇云金芽孢桿菌（Bt)

短桿狀，單生或形成短鏈。周生鞭毛，革蘭氏染色陽性。生長到一定階段后，在一端形成芽孢，另一端形成一近菱形的蛋白質晶體，稱為伴孢晶體。用石碳酸復紅染色，營養(yǎng)體紅色，晶體深紅色，芽孢透明不著色。菌體最后破裂而釋放出芽孢及伴孢晶體。蘇云金桿菌中存在著很多寄主不同的品系或株系。例如，從自然感染的鱗翅目不同種類幼蟲上分離到了多種蘇云金桿菌變種。代表性細菌殺蟲劑--蘇云金芽孢桿菌（Bt)sporeCrystal代表性細菌殺蟲劑--蘇云金芽孢桿菌（Bt)微生物農藥---蘇云金桿菌的殺蟲機理

蘇云金桿菌可寄生130多種鱗翅目幼蟲。此外膜翅目、雙翅目、直翅目和鞘翅目中的一些昆蟲也可被此菌感染。控制毛蟲、小蔡蛾、棉鈴蟲等。蘇云金桿菌殺蟲的作用在于它所產生的某些毒素。這些毒素主要是δ內毒素和β外毒素1、δ內毒素是所有蘇云金桿菌品系共有的毒素，存在于蛋白質晶體（即伴孢晶體）中，故也稱為晶體毒素。在堿性腸道中被水解成毒性短肽，作用于上皮細胞，使中腸麻痹。2、β外毒素是蘇云金桿菌中的幾個變種在一定培養(yǎng)條件下產生的一種胞外毒素。微生物農藥---蘇云金桿菌的殺蟲機理

微生物農藥---真菌殺蟲劑真菌殺蟲劑與細菌殺蟲劑相比優(yōu)點有：1、真菌寄主范圍廣，可感染多種昆蟲。2、真菌通過侵染表皮感染寄主，除了鱗翅目幼蟲、鞘翅目昆蟲和其他咀嚼式口器的昆蟲外，還可以感染蚜蟲和葉蟬。微生物農藥---白僵菌

白僵菌的一般性狀半知菌亞門絲孢目白僵菌屬（Beauueria）,是應用最廣泛的一類昆蟲病原真菌。在昆蟲的真菌病中，由白僵菌引起的占21％。白僵菌屬共三個種：球孢白僵菌（簡稱白僵菌B.bassiana）小球孢白僵菌和卵孢白僵菌（B.tenella）

白僵菌分生孢子接觸蟲體后，適宜條件下萌發(fā)成菌絲，菌絲穿透蟲體壁傳入蟲體內，大量繁殖，分泌草酸鈣結晶和白僵菌素，影響血液循環(huán)和破壞組織，干擾新陳代謝，2~3d后蟲死亡。死后，菌絲體穿透蟲壁繼續(xù)生長，在蟲體表面產生大量白色的分生孢子，蟲尸變白色僵硬，孢子可隨風擴散或接觸其他蟲體，繼續(xù)感染其他害蟲蟲體。整個過程需7-10天。微生物農藥---白僵菌殺蟲機理產品特性：有效成分為白僵菌活孢子。產品外觀為白色或灰白色粉狀物。害蟲不易產生抗性。殺蟲范圍：適用于鱗翅目、同翅目、膜翅目、直翅目等害蟲的防治。對松毛蟲防治效果突出。微生物農藥---白僵菌產品特性與殺蟲范圍

人們對昆蟲病毒的認識可以追溯到12世紀中葉，迄今，