编辑推荐
1.新颖、实用、适用,本书立足我国当前农药应用现状,专门介绍了主流剂使用技术。
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内容简介
本书以“新颖、实用、适用”为编写主旨,在简述引起植物病害的主要16种病原物的基础上,详细介绍了主要260余种剂的通用名称、其他名称、产品特点、适用范围、防治对象、单剂规格、使用技术、混用技术、注意事项等内容。另外,还介绍了380余种剂混剂品种。书中文前附有6大类植物病害的第一手原色高清图片,书末附有杀线虫剂类型与品种介绍,便于读者查阅。
本书适合广大农林种植基地和农户、农林技术推广人员,剂研究开发、市场营销、监督管理人员阅读,可作为农药经营人员办理经营许可证前的培训教材,也可供农林院校相关专业师生参考。
作者简介
唐韵,拜耳作物科学(中国)有限公司 ,市场经理,高级农艺师。长期从事于病虫预报与综合防治、农药经营、农药监督等多项植保植检工作,有着丰富的专业理论知识和实践技能,尤其在化学除草和生物农药应用方面钻研颇深,在业内享有较高知名度。
现在中国农资集团成都公司担任农技推广研究员,主要负责农药的应用推广。
内页插图
目录
第一章杀菌剂基础知识/1
第一节杀菌剂概念界定1
第二节杀菌剂类型划分2
一、按防治对象分类2
二、按作用方式分类3
三、按作用结果分类4
四、按作用机理分类5
五、按产品性质分类12
第三节杀菌剂作用原理12
一、农药的作用方式13
二、杀菌剂作用方式14
三、杀菌剂作用结果16
四、杀菌剂作用效力18
第四节杀菌剂登记规定18
第五节杀菌剂标签解读21
一、标签的格式规定22
二、杀菌剂含量标注28
三、杀菌剂剂型种类31
四、杀菌剂毒性分级32
第六节杀菌剂优劣比较33
第七节杀菌剂发展沿革34
第二章植物病害基础知识/36
第一节植物病害的准确识别36
一、植物病害的类型36
二、植物病害的病原38
三、植物病害的名称39
四、植物病害的症状40
五、植物病害的病状41
六、植物病害的病征43
第二节植物病害的发生发展43
一、植物病害的侵染循环44
二、植物病害的流行规律47
第三节真菌47
第四节细菌48
第五节病毒52
第六节线虫53
第七节原生动物与寄生性植物54
第八节植物病害诊断识别口诀55
第九节植物病害科学防控策略62
一、更强调“综合防治”62
二、更强调“预防为主”64
三、更强调“六适要领”64
四、更强调“抗性治理”65
五、更强调“围魏救赵”65
第三章杀菌剂品种/66
第一节化学杀菌剂的类型66
一、机杀菌剂的类型66
二、有机杀菌剂的类型67
三、琥珀酸脱氢酶抑制剂70
四、我国创制的杀菌剂73
第二节生物杀菌剂的类型75
第三节机杀菌剂品种79
波尔多液(Bordeaux mixture)79
碘(iodine)81
多硫化钡(barium polysulphides)81
高锰酸钾(potassium permanganate)81
碱式硫酸铜(copper sulfate basic)81
硫黄(sulfur)82
硫酸铜(copper sulfate)83
硫酸铜钙(copper calcium sulphate)84
硫酸锌(zinc sulfate)84
硼酸锌(zine borate)85
氢氧化铜(copper hydroxide)85
石硫合剂(lime sulfur)86
四水八硼酸二钠(disodium octaborate tetrahydrate)87
氧化钙(calcium oxide)88
氧化亚铜(cuprous oxide)88
氧氯化铜(copper oxychloride)89
第四节有机合成杀菌剂品种89
百菌清(chlorothalonil)90
拌种咯(fenpiclonil)91
拌种灵(amicarthiazol)91
苯菌灵(benomyl)91
苯菌酮(metrafenone)91
苯醚甲环唑(difenoconazole)92
苯醚菌酯95
苯噻硫氰(benthiazole)95
苯霜灵(benalaxyl)96
苯酰菌胺(zoxamide)96
苯锈啶(fenpropidine)96
苯扎溴铵(benzalkonii bromidum)96
吡噻菌胺(penthiopyrad)96
吡唑醚菌酯(pyraclostrobin)96
吡唑萘菌胺(isopyrazam)98
丙环唑(propiconazol)99
丙硫菌唑(prothioconazole)99
丙硫咪唑(albendazole)100
丙森锌(propineb)100
丙酸(propionic acid)101
丙烷脒(propamidine)101
代森铵(amobam)102
代森联(metiram)102
代森锰(maneb)102
代森锰锌(mancozeb)102
代森锌(zineb)108
稻瘟净(EBP)108
稻瘟灵(isoprothiolane)108
稻瘟酰胺(fenoxanil)109
稻瘟酯(pefurazoate)109
敌磺钠(fenaminosulf)109
敌菌灵(anilazine)110
敌瘟磷(edifenphos)110
丁吡吗啉(pyrimorph)110
丁香菌酯(coumoxystrobin)110
啶菌吖恶唑110
啶酰菌胺(boscalid)111
啶氧菌酯(picoxystrobin)111
毒氟磷112
多果定(dodine)112
多菌灵(carbendazim)112
多菌灵磺酸盐(carbendazim sulfonic salf)113
多菌灵盐酸盐113
吖恶霉灵(hymexazol)113
吖恶霜灵(oxadixyl)114
吖恶唑菌酮(famoxadone)114
二苯胺(diphenylamine)114
二甲嘧酚(dimethirimol)114
二硫氰基甲烷(methane dithiocyanate)114
二氯异氰尿酸钠(sodium dichloroisocyanurate)115
二氰蒽醌(dithianon)115
酚菌酮115
粉唑醇(flutriafol)115
氟苯嘧啶醇(nuarimol)115
氟吡菌胺(fluopicolide)116
氟吡菌酰胺(fluopyram)116
氟啶胺(fluazinam)116
氟硅唑(flusilazole)117
氟环唑(epoxiconazole)117
氟菌唑(triflumizole)118
氟吗啉(flumorph)118
氟醚菌酰胺119
氟嘧菌酯(fluoxastrobin)119
氟噻唑吡乙酮(oxathiapiprolin)119
氟酰胺(flutolanil)120
氟唑环菌胺(sedaxane)120
氟唑活化酯121
氟唑菌苯胺(penflufen)121
氟唑菌酰胺(fluxapyroxad)122
福美双(thiram)122
福美铁(ferbam)122
福美锌(ziram)123
腐霉利(procymidone)123
腐植酸钠(HA-Na)124
腐植酸铜(HA-Cu)124
咯菌腈(fludioxonil)124
硅噻菌胺(silthiopham)125
过氧乙酸(peracetic acid)125
环丙唑醇(cyproconazole)125
环己基甲酸锌125
混合氨基酸镁125
混合氨基酸锰126
混合氨基酸铜126
混合氨基酸锌126
活化酯126
己唑醇(hexaconazole)126
甲呋酰胺(fenfuram)127
甲基立枯磷(tolclofos-methyl)127
甲基硫菌灵(thiophanate-methyl)127
甲羟钅翁127
甲噻诱胺128
甲霜灵(metalaxy)128
腈苯唑(fenbuconazole)128
腈菌唑(myclobutanil)128
精甲霜灵(metalaxyl-M)128
菌毒清129
菌核净(dimetachlone)129
克菌丹(captan)129
克菌壮130
喹啉铜(oxine-copper)130
联苯三唑醇(bitertanol)130
邻酰胺(mebenil)131
硫酸四氨络合锌(zinc tetramminosulfate)131
络氨铜(cuaminosulfate)131
氯苯嘧啶醇(fenarimol)131
氯啶菌酯131
氯溴异氰尿酸(chloroisobromine cyanuric acid)132
咪鲜胺(prochloraz)132
咪鲜胺锰盐(prochloraz-manganese chloride complex)132
咪鲜胺铜盐134
醚菌酯(kresoxim-methyl)135
嘧菌环胺(cyprodinil)135
嘧菌酯(azoxystrobin)135
嘧霉胺(pyrimethanil)137
灭菌丹(folpet)137
灭菌唑(triticonazole)137
灭锈胺(mepronil)138
柠檬酸铜(copper citrate)138
氰霜唑(cyazofamid)138
氰烯菌酯138
壬菌铜(cuppric nonyl phenolsulfonate)139
噻呋酰胺(thifluzamide)139
噻菌灵(thiabendazole)139
噻菌铜(thiodiazole copper)140
噻霉酮(benziothiazolinone)140
噻森铜141
噻唑菌胺(ethaboxam)141
噻唑锌141
三苯基氢氧化锡(fentin hydroxide)142
三苯基乙酸锡(fentin acetate)142
三环唑(tricyclazole)142
三氯异氰尿酸(trichloroisocyanuric acid)143
三乙膦酸铝(fosetyl-aluminium)143
三唑醇(triadimenol)143
三唑酮(triadimefon)144
十二烷基苄基二甲基氯化铵(toshin)144
十三吗啉(tridemorph)144
双苯三唑醇144
双胍三辛烷基苯磺酸盐[iminoctadine tris(albesilate)]145
双胍辛胺145
双炔酰菌胺(mandipropamid)145
霜霉威145
霜霉威盐酸盐(propamocarb hydrochloride)146
霜脲氰(cymoxanil)146
水杨菌胺146
水杨酸(salicylic acid)146
四氟醚唑(tetraconazole)147
四氯苯酞(fthalide)147
松脂酸铜(copper abietate)147
烃基二甲基氯化铵(alkyl dimethyl ammonium chloride)147
土菌灵(etridiazole)147
萎锈灵(carboxin)147
肟菌酯(trifloxystrobin)148
五氯酚(PCP)148
五氯硝基苯(quintozene)148
戊菌隆(pencycuron)149
戊菌唑(penconazole)149
戊唑醇(tebuconazole)149
烯丙苯噻唑(oryzaemate)149
烯肟菌胺150
烯肟菌酯(enostroburin)150
烯酰吗啉(dimethomorph)150
烯唑醇(diniconazole)151
R-烯唑醇(diniconazole-M)151
硝苯菌酯(meptyldinocap)151
硝基腐植酸铜(nitrohumic acid+copper sulfate)151
缬霉威(iprovalicarb) 152
辛菌胺152
辛菌胺醋酸盐152
溴菌腈(bromothalonil)152
溴硝醇(bronopol)153
亚胺唑(imibenconazole)153
盐酸吗啉胍(moroxydine hydrochloride)153
叶枯净(phenazine oxide)154
叶枯灵154
叶枯唑(bismerthiazol)154
乙霉威(diethofencarb)154
乙嘧酚(ethirimol)154
乙嘧酚磺酸酯(bupirimate)155
乙酸铜(copper acetate)155
乙蒜素(ethylicin) 155
乙烯菌核利(vinclozolin)155
异稻瘟净(iprobenfos)155
异菌脲(iprodione)156
抑霉唑(imazalil)156
吲唑磺菌胺(amisulbrom)156
种菌唑(ipconazole)157
唑胺菌酯(pyrametostrobin)157
唑菌酯(pyraoxystrobin)157
唑嘧菌胺(initium)157
第五节微生物源/活体型生物杀菌剂品种157
地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)158
盾壳霉ZS-1SB(Coniothyrium minitans ZS-1SB)158
多黏类芽孢杆菌(Paenibacillus polymyza)158
放射土壤杆菌(Agrobacterium radibacter)159
寡雄腐霉菌(Pythium oligadrum)159
哈茨木霉菌(Trichoderma harzianum)159
海洋芽孢杆菌(Bacillus marinus)159
甲基营养型芽孢杆菌9912(Bacillus methylotro-phicus 9912)160
甲基营养型芽孢杆菌LW-6(Bacillus methylotro-phicus LW-6)160
坚强芽孢杆菌(Bacillus firmus)160
解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefacien)161
枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)161
蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)161
蜡样芽孢杆菌(增产菌)161
木霉菌(Trichoderma sp.)161
噬菌核霉162
小盾壳霉GMCC8325(Coniothyrium minitans GMCC8325)163
芽孢杆菌163
荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)163
第六节微生物源/抗体型生物杀菌剂品种163
长川霉素164
春雷霉素(kasugamycin)164
多抗霉素(polyoxin)166
多抗霉素B(polyoxin B)167
公主岭霉素168
华光霉素(nikkomycin)168
金核霉素(aureonucleomycin)168
井冈霉素(jingangmycin)168
井冈霉素A(jingangmycin A)169
链霉素(streptomycin)169
硫酸链霉素(streptomycin sulfate)169
嘧啶核苷类抗生素170
嘧肽霉素(cytosinpeptidemycin)171
灭瘟素171
宁南霉素(ningnanmycin)172
申嗪霉素(phenazino-1-carboxylic acid)173
水合霉素(oxytetracyclini hydrochloridum)173
四霉素(tetramycin)173
武夷菌素(wuyiencin)174
中生菌素(zhongshengmycin)174
第七节植物源/抗体型生物杀菌剂品种175
大黄素甲醚(physcion)175
大蒜素(allicin)176
丁香酚(eugenol)176
儿茶素(d-catechin)176
高脂膜177
核苷酸(nucleotide)177
黄芩苷(baicalin)177
混合脂肪酸(fattyacids)178
苦参碱(matrine)178
蛇床子素(osthol)179
萜烯醇179
香芹酚(carvacrol)179
小檗碱(berberine)180
谷固醇(β-sitosterol)180
第八节特殊生物杀菌剂品种181
氨基寡糖素(oligosac charins)183
超敏蛋白(harpin protein)184
低聚糖素(oligosaccharins)185
极细链格孢激活蛋白(plant activator protein)186
几丁聚糖(chltosan) 186
葡聚寡糖素(heptaglucoside)187
葡聚烯糖187
香菇多糖(fungous proteoglycan) 187
第九节杀菌剂混剂188
一、混用的形式188
二、混用的范围189
三、混用的功效190
四、混用的类型191
五、混用的原则191
六、预混剂组合192
第四章杀菌剂使用技术/193
第一节杀菌剂使用要领193
一、看作物“适类”用药193
二、看病害“适症”用药194
三、看天地“适境”用药194
四、看关键“适时”用药195
五、看精准“适量”用药196
六、看过程“适法”用药199
第二节杀菌剂药效提升203
一、药效内涵解析203
二、药效影响因素204
三、药效试验设计206
第三节杀菌剂药害预防208
第四节杀菌剂选用指南209
一、防治真菌病害的杀菌剂209
二、防治细菌病害的杀菌剂213
三、防治病毒病害的杀菌剂214
四、用于中药材上的杀菌剂214
五、用于食用菌上的杀菌剂216
六、用于种苗处理的杀菌剂216
七、用于产后植保的杀菌剂219
八、用于保护栽培的杀菌剂222
九、各类作物适用的杀菌剂222
第五节杀菌剂选购指南227
附录杀线虫剂/229
一、杀线虫剂的发展概况与作用方式229
二、杀线虫剂的主要类型 233
三、杀线虫剂的施用方式 237
四、杀线虫剂的施用方法238
五、杀线虫剂的禁限使用238
参考文献/239
索引/240
一、杀菌剂中文通用名称索引240
二、杀菌剂英文通用名称索引245
前言/序言
农药按防治对象分为8大类。除草剂、杀虫剂、剂位列全球农药市场前三甲,它们在作物用农药市场中所占份额分别为42.3%、28.0%、26.8%(2015年数据)。近年来,剂市场增长迅速,跑赢除草剂和杀虫剂,未来仍将会领跑全球农药市场。在3大类农药的新上市产品中,剂更胜一筹,不但数量多,而且有许多重磅产品横空出世,甲氧基丙烯酸酯类和琥珀酸脱氢酶抑制剂类更是自成体系,迅猛增长,全球瞩目。新上市的剂不仅有全新结构的化合物,更有全新作用机理的新产品,这显然让20多年来新作用机理化合物的除草剂望尘莫及。目前,全球已开发的剂单剂逾300个。
随着种植业结构调整,土地规模化流转加速,果树、蔬菜等经济作物病害发生加重,我国剂用量呈逐年递增趋势,在农药中所占比重逐渐加大。1993年获准登记的剂产品仅200多个,2007年底国家发布农药管理六项规定,规范农药市场,剂登记随之出现井喷现象,2016年底达到9100多个,较1993年增长了40多倍。
为了充分体现植物病害研究成果和剂发展成就,特编写此书。书中介绍了引起植物病害的病原物16种;涉及剂品种逾640个,其中机、有机、生物剂单剂品种(有效成分)逾260个,剂混剂品种(混剂组合)380个,基本上涵盖了自1982年我国实行农药登记制度以来获得农业部登记的几乎所有国内外剂品种。其中,重点品种从通用名称、其他名称、产品特点、适用范围、防治对象、单剂规格、使用技术、混用技术、注意事项等9个方面进行详细介绍。有的品种还列出了首家农药登记证号,便于读者了解其开发历史。编写中严格遵循国家农药管理政策法规,文字精练,数字精确,信息权威。书中文前附有6大类植物病害的原色高清照片70余张,书末附有杀线虫剂类型与品种,便于查阅。
本书是编者多年来从事剂研发、生产、执法、试验、示范、推广、营销工作中所见、所闻、所思、所得的系统总结。但由于水平所限,不足之处在所难免,敬请不吝赐教。读者朋友若想就本书内容与作者交流,烦请发送邮件到924937639@qq.com。
编者
2018年2月
《微生物的秘密花园:微观世界的生命赞歌》 第一章:隐匿的生灵——微生物的奇妙世界 在我们肉眼无法触及的微观领域,存在着一个充满活力、形态各异的生命王国——微生物。它们遍布地球的每一个角落,从极地的冰川到深海的热液喷口,从我们呼吸的空气到土壤的深处,甚至在我们自身的体内,都栖息着无数的微生物。它们是这个星球上最古老、最广泛的生命形式,以惊人的适应性和多样性,默默地塑造着我们所认识的世界。 微生物的定义本身就包罗万象。它们是一类个体微小,通常需要借助显微镜才能观察到的生物。这个庞大的家族成员包括细菌、古菌、真菌、藻类以及病毒。尽管它们的形态和生命活动方式千差万别,但它们共同构成了生命史上的重要篇章。 细菌,以其简单的细胞结构(原核细胞)和繁殖速度而闻名。它们形状多样,有球状的球菌、杆状的杆菌、螺旋状的螺旋菌等。虽然我们常常将细菌与疾病联系起来,但绝大多数细菌对人类和环境都是有益的,甚至是不可或缺的。它们参与着地球的物质循环,如氮的固定和转化,为植物生长提供必需的营养。在我们的消化系统中,益生菌帮助我们分解食物,合成维生素。在工业领域,它们被用于生产酸奶、奶酪、酒精、抗生素等等。 古菌,与细菌共享原核细胞结构,但在基因和生化组成上却更为独特。它们往往栖息在极端环境中,如高温、高盐、无氧的环境,展现出令人惊叹的生命力。它们的发现颠覆了我们对生命存在条件的认知,也为探索地外生命提供了重要的参考。 真菌,则包括了我们熟悉的蘑菇、酵母,以及那些我们难以察觉的霉菌。与细菌不同,真菌细胞具有细胞核(真核细胞),它们的菌丝体能够延伸至广阔的区域。真菌在自然界中扮演着重要的分解者角色,将动植物遗骸转化为简单的有机物,促进土壤的肥沃。酵母在烘焙和酿酒业中发挥着关键作用。而某些霉菌,如青霉菌,更是为人类带来了革命性的药物——抗生素。 藻类,虽然许多种类也属于真核生物,但它们通常具有光合作用的能力,与植物相似。它们在海洋和淡水中大量繁殖,是地球上最重要的氧气生产者之一,也是水生生态系统食物链的基础。 病毒,是微生物家族中最具争议的成员。它们不具备独立的生命活动能力,必须寄生在宿主细胞内才能复制。病毒的结构极其简单,由遗传物质(DNA或RNA)和蛋白质外壳组成。尽管它们常常引起疾病,但病毒在基因工程、病毒疗法等领域也展现出巨大的潜力。 微生物的生命活动,虽然微小,却影响着宏观世界的方方面面。它们参与着地球气候的调节,影响着土壤的形成与肥力,决定着水体的净化与富营养化,甚至主导着动植物的生长与健康。理解微生物的生命运作机制,就是理解生命本身最基础的原理。 在本书的后续章节中,我们将深入探索微生物的细胞结构、遗传与变异、生长与繁殖、代谢活动,以及它们在不同环境下的生存策略。我们将揭示那些隐藏在微观世界里的生命赞歌,感受生命的多样性与顽韧性,并认识到这些微小生灵对我们赖以生存的星球所起的至关重要的作用。 第二章:微生物的遗传密码——DNA的奥秘与生命信息的传递 生命最核心的秘密,在于它能够将自身的特征和信息一代代地传递下去。而这一切的根源,就隐藏在一种神奇的分子——脱氧核糖核酸(DNA)之中。DNA,如同一个微小的图书馆,储存着生命体的所有蓝图和指令,决定着一个生命体是什么样子,以及它将如何运作。 DNA的发现是20世纪最伟大的科学成就之一。沃森和克里克在1953年提出的DNA双螺旋结构模型,如同一把钥匙,打开了我们理解生命遗传机制的大门。DNA分子由两条长链组成,两条链相互缠绕,形成优美的螺旋形状。每条链都由许多叫做核苷酸的单元组成,而每个核苷酸又包含一个磷酸基团、一个脱氧核糖和一个碱基。这四种碱基分别是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(G)。 DNA的遗传信息就储存在这四种碱基的排列顺序中。就像字母组成单词、单词组成句子一样,碱基的排列顺序构成了“基因”——生命的基本单位。一个基因通常编码着制造一种特定的蛋白质的指令。而蛋白质,则是生命活动的主要执行者,它们参与身体的生长、修复、能量的产生,以及几乎所有生理功能。 DNA的复制过程是生命能够生生不息的关键。当细胞需要分裂繁殖时,DNA会像拉链一样解开,然后以自己为模板,按照碱基配对的原则(A永远与T配对,C永远与G配对),合成两条新的DNA链。这样,一条原始的DNA分子就能精确地复制成两条完全相同的DNA分子,保证了遗传信息的准确传递。 然而,生命的奥秘并非止于准确的复制。遗传信息的传递也不是一成不变的。DNA的突变,即碱基序列的随机改变,是生命演化的重要驱动力。突变可能是有害的,导致疾病;也可能是有益的,赋予生命体新的适应性;甚至可能仅仅是中性的,对生命体的生存没有明显影响。正是无数的突变,经过自然选择的筛选,才造就了今天地球上丰富多彩的生命多样性。 除了DNA,微生物的遗传物质还可能存在于RNA(核糖核酸)中,尤其是在一些病毒中。RNA在蛋白质合成过程中也扮演着至关重要的角色,它能够将DNA中的遗传信息“翻译”成蛋白质的氨基酸序列。 理解微生物的遗传密码,对于我们认识微生物的生命活动、控制它们的生长、甚至改造它们以服务于人类,都具有极其重要的意义。例如,通过基因工程技术,我们可以将有益的基因导入微生物,使其产生我们需要的物质,如胰岛素、疫苗等。反之,了解导致微生物致病的基因,也为开发针对性的药物和防治措施提供了理论基础。 在本章中,我们将深入探讨DNA的分子结构、复制机制、突变及其意义,以及RNA在生命信息传递中的作用。我们将揭示,看似微不足道的微生物,其遗传信息的储存和传递方式,同样蕴含着宇宙间最深刻的生命智慧。 第三章:微生物的能量工厂——新陈代谢与生命活动的驱动力 生命活动的维持,离不开能量的不断供给。而驱动微生物生长的、繁殖的、以及执行各种生命功能的“能量工厂”,正是其体内复杂而精妙的新陈代谢过程。新陈代谢,如同一个高效运转的化学反应网络,将外界的物质转化为生命所需的能量和物质,并将代谢废物排出体外。 微生物的新陈代谢具有极大的多样性,这是它们能够适应各种复杂环境的关键。根据能量来源和碳源的不同,我们可以将微生物的代谢方式大致分为几类。 能量来源: 光能(光能营养): 某些微生物,如蓝细菌和某些藻类,能够利用光能通过光合作用来合成有机物。这与植物的光合作用类似,将光能转化为化学能储存在有机分子中。 化学能(化能营养): 大多数微生物依赖于氧化有机物或无机物来获取能量。 化能异养: 依靠分解有机物来获取能量和碳源,这是大多数微生物,包括我们自身,采用的方式。 化能自养: 依靠氧化无机物(如硫化物、氨、氢气等)来获取能量,并利用二氧化碳作为碳源合成有机物。这在地球早期生命演化中扮演了重要角色。 碳源: 有机碳源(异养): 依靠摄取现成的有机物作为碳和能量的来源。 无机碳源(自养): 依靠利用二氧化碳作为碳源,通过光合作用或化能合成作用来构建自身的有机分子。 呼吸作用: 无论是异养还是自养,大多数微生物都需要进行呼吸作用来释放储存在有机物中的能量。 好氧呼吸: 需要氧气作为最终电子受体,能够产生大量的ATP(能量货币)。 厌氧呼吸: 在无氧环境下进行,利用其他无机物(如硝酸盐、硫酸盐)或有机物作为最终电子受体,能量产出相对较低。 发酵: 另一种无氧代谢方式,通过底物水平磷酸化产生少量ATP,并将有机物转化为不完全氧化的产物,如乙醇、乳酸等。 这些不同的代谢途径,使得微生物能够在从富含氧气的土壤到缺氧的湿地,再到高温的温泉等各种极端环境中生存。例如,土壤中的细菌能够分解落叶,为植物提供营养;水体中的藻类通过光合作用产生氧气;肠道中的益生菌通过发酵帮助消化。 新陈代谢的产物,除了能量,还包括生命体构建自身的物质,如蛋白质、核酸、脂类等。这些物质的合成,同样是复杂而精妙的化学反应过程。例如,氨基酸的排列顺序决定了蛋白质的功能;核苷酸的连接构成了DNA和RNA。 理解微生物的新陈代谢,不仅是对生命活动本质的探索,更是应用微生物技术的基础。通过调控微生物的代谢途径,我们可以: 发酵生产: 利用微生物进行大规模发酵,生产酒精、醋、抗生素、酶、氨基酸等。 生物修复: 利用微生物分解环境中的污染物,如石油泄漏、农药残留等。 生物能源: 开发利用微生物生产生物燃料,如乙醇、甲烷等。 在本章中,我们将深入剖析微生物能量获取的各种方式,了解不同代谢途径的化学反应原理,并探讨这些精妙的化学转化如何驱动着微观生命的勃勃生机。我们将看到,微生物的新陈代谢,正是这个星球上生命活动的强大引擎。 第四章:微生物的生存智慧——适应环境的奥秘与生存策略 地球的每一个角落,都可能成为微生物的家园。从炽热的火山喷口到冰封的极地,从咸涩的盐湖到酸性矿井,微生物以惊人的能力适应着各种极端环境。它们之所以能够做到这一点,在于它们演化出了丰富多彩的生存智慧和独特的生理机制。 1. 极端环境的挑战与微生物的应对: 高温: 嗜热微生物,例如生活在温泉中的一些细菌和古菌,拥有特殊的蛋白质和细胞膜,能够耐受高达100℃甚至更高的温度。这些蛋白质的三维结构更加稳定,不容易变性。 低温: 嗜冷微生物,存在于冰川、深海等低温环境中,它们体内含有特殊的抗冻蛋白,能够防止细胞内的水分结冰,维持细胞膜的流动性。 高盐: 嗜盐微生物,例如存在于盐湖中的一些古菌,能够通过在细胞内积累高浓度的钾离子或合成特殊的相容性溶质(如甘油),来平衡细胞内外的渗透压。 高压: 嗜压微生物,生活在深海的极端高压环境中,它们的细胞膜组成和蛋白质结构都经过了特殊适应,能够抵抗强大的压力。 酸碱极端: 嗜酸微生物,如生活在酸性矿井中的细菌,能够在pH值接近0的环境中生存,它们的细胞壁和细胞膜能够抵抗酸的侵蚀。嗜碱微生物则恰恰相反,生活在pH值高达10以上的环境中。 缺氧/无氧: 厌氧微生物,例如土壤深处的细菌或肠道内的某些细菌,它们不依赖氧气,甚至氧气对它们而言是有毒的。它们演化出了厌氧呼吸或发酵等代谢方式。 2. 微生物的适应性生理机制: 细胞壁和细胞膜的特殊结构: 微生物的细胞壁和细胞膜是其与外界环境进行物质交换和抵御外界不利因素的第一道屏障。例如,革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的细胞壁结构不同,导致它们对某些抗生素的敏感性不同。细胞膜的脂质组成也随着环境温度的变化而调整,以维持其流动性。 代谢的灵活性: 正如上一章所述,微生物具有极强的代谢灵活性,能够根据可用的营养物质和能量来源,切换不同的代谢途径。这种灵活性是它们在不断变化的环境中生存的关键。 休眠和孢子形成: 许多微生物在不利条件下,能够形成休眠体,如细菌的内孢子。内孢子具有极强的抵抗力,能够耐受高温、干燥、辐射等多种极端条件,一旦环境适宜,又能够重新活化,恢复生命活动。 群体感应(Quorum Sensing): 微生物可以通过释放和感知特定的信号分子,来感知周围同类生物的数量。当达到一定密度时,它们会协同改变行为,例如集体形成生物膜(Biofilm)。生物膜是一层由微生物分泌的胞外多聚物形成的黏性物质,能够保护微生物免受外界环境的威胁,并有利于其获取营养和能量。 基因水平转移(Horizontal Gene Transfer): 微生物可以通过接合、转化、转导等方式,在同代或不同代个体之间传递遗传物质。这使得微生物能够快速地获得新的基因,从而获得新的适应性特征,例如抗生素抗性。 3. 生物多样性与生态位: 每一种微生物,都占据着地球上一个特定的生态位,与其他生物形成复杂的相互作用。它们的生存策略,不仅关乎自身的存亡,也深刻影响着整个生态系统的平衡。从参与物质循环,到控制种群数量,再到与宿主共生,微生物的生存智慧,构成了地球生命网不可或缺的一部分。 了解微生物的生存智慧,不仅能满足我们对生命奥秘的好奇,更能为我们提供重要的启示。例如,从嗜热微生物中分离出耐高温的酶,可用于工业生产;从嗜冷微生物中提取的抗冻蛋白,可用于食品保鲜;研究生物膜的形成机制,有助于开发新的抗感染策略。 在本章中,我们将深入探讨微生物在不同极端环境中的生存策略,剖析它们特殊的生理结构和分子机制,并揭示这些微小生命体如何凭借其非凡的适应性,在这个星球上繁衍生息,展现出令人惊叹的生命活力。