高三生物课件：《生物固氮》

根瘤与根瘤菌
• 根瘤菌是与豆科等植物互利共生的一类细菌。 能够将大气中的氮还原为氨供给豆科植物， 同时又从豆科植物体中获取有机物。但当植 物体内缺糖时，根瘤菌的固氮作用就 会减 弱或停止，这样根瘤菌就只摄取细胞内的营 养物质，而不供给可利用的氮。所以，施用 基肥或早期施适当氮肥，对豆科植物的早期 生长还是必要的。
有机质：因反硝化细菌属异养型的，有机质 的增加会刺激反硝化细菌的生长；土壤频繁的干 湿交替，因干旱使部分微生物和原生动物死亡， 增加了可溶性有机质的量，当再潮湿时，促进了 反硝化作用，硝态迅速损失。
含水量：高时，造成厌氧环境----反硝化 的条件。
土壤的通气：好，会抑制反硝化作用的。 土壤pH：反硝化作用的pH范围较广3.511.2，最适pH6-8。 ③反硝化作用对农业的影响 引起土壤和化肥氮素的损失。其控制措施：保 持土壤良好的通气条件；避免频繁的干湿交替 施用硝化抑制剂等。
• 豆科植物开花之前，根瘤菌的固氮能力最强。
自生固氮微生物代表：圆褐固氮菌
也是原核的细菌，摄取土壤中现存的有机 物，也属异养需氧型。还能合成生长素。
独立生活状况下能够固氮的微生物.生活 在土壤或水域中,能独立地进行固氮,但并不将氨 释放到环境中,而是合成氨基酸,组成自身蛋白质. 只有当固氮微生物死亡以后,它们的细胞被分解 变成氨时,才能成为植物的氮素营养.因此是间接 地供给植物氮源.
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
• (09北京理综)30.（16分） • 为研究森林群落在生态系统物质循环中的作用，
美国一研究小组在某无人居住的落叶林区进行了3 年实验。实验区是两个毗邻的山谷（编号1、2）， 两个山谷各有一条小溪。1965年冬，研究人员将2 号山谷中的树木全部砍倒留在原地。通过连续测 定两条小溪下游的出水量和硝酸盐含量，发现2号 山谷小溪出水量比树木砍倒前升高近40%。两条小 溪中的硝酸盐含量变化如图所示。

类型 产物
异养需 氧型
氨
物的 量 作提供用氮素 大
圆型褐固 无
异养需 氨 提供氮素 小
共生固 氮 菌
氧型
和生长素
氮总结微：生1、固氮微生物细胞类型： 原核单细胞
物 2、固氮微生物基因类型： 质粒中具有固氮基因
自生固3、固氮微生物代谢类型： 自养型，异养型
氮微生
需氧 型，厌氧 型
物 4、固氮微生物生态地位： 生产者 消费者 分解者
生物固氮研究的前景 • 固氮基因工程：
将固氮细菌体内的固氮基因转移到非豆科粮食作物的细 胞内，在固氮基因的调控下，让非豆科粮食作物的细胞内 合成出固氮酶并且固氮，这是解决非豆科粮食作物自行固 氮的一条重要途径，这一途径叫做固氮基因工程。
14
固氮酶的转基因过程：
如果小麦、水稻等非豆科植物也能自行固氮，将给人类带来 哪些方面的好处？ ①减少施用氮肥，降低粮食成本 ②减少氮肥生产，有利节省能源 ③避免过量施用氮肥造成水体富营养化
含氮的有机物，含氮的无机物
植物的吸收形式 氮的循环形式 固氮形式 工业固氮
结构： 原核单细胞 生活方式： 腐生 代谢类型： 异养需氧型 生态地位： 分解者
固氮量及固氮能力 : 少、弱
特点：固氮； 分泌生长素，促进植株生长和果实发育
作用: 为植物提供氮素； 为植物提供生长素，促进植株生长和果实发育
提取及分离菌种 : 注意：能用缺氮的培养基分离自生固氮菌
应用: 制成菌剂，释放进入土壤
生物固氮产物是
A
A.NH3 C. NO3-
B.NO2 D.谷氨酸
5
• 二、固氮微生物的种类
共生固氮微生物
根瘤菌→豆科植物 放线菌→非豆科植物 蓝藻→水生蕨类等

菌从豆科植物体获得NH3 C．豆科植物从根瘤菌获得N2，根瘤菌从豆科 植物获得有机物
D．豆科植物从根瘤菌获得NO，根瘤菌从豆科
植物获得NH3
10
随堂练习
生
物 固
3.豆科植物形成根瘤的根本原因是（ A ）
氮
A．根瘤菌入侵的结果
B．根瘤菌固定N2的结果
C．根的薄壁细胞分裂的结果
D．根内形成NH3的结果
A.①③⑤
B.②③⑥
C.①④⑥
D.①④⑤
13
作业布置
生
物
固
氮
课本P37页，复习题
一.填充题
三.简答题 第1题
14
生 物 固 氮
15
结束语
退出
生物体重要含氮化合物
生
物
固
蛋白质
氮
ATP
DNA
返回
16
生 物 固 氮
17
根瘤菌 1.形态
棒槌形、“T”形 或“Y”形
2.结构
原核单细胞
下一页
生 物 固 氮
18
根瘤菌
3.生理特点
1).互利共生
根瘤菌
氨
豆科植物
有机物
2).代谢类型: 异养需氧型
返回
根瘤（一）
生 物 固 氮
大豆的根瘤
19
豌豆的根瘤
下一页
根瘤（二）
生 物 固 氮
20
返回
生 物 固 氮
21
圆褐固氮菌
1.形态
杆菌或短杆菌，单生或对生, 呈8字形排列，有荚膜.
2.结构
原核单细胞
3.生理特点
1.定义
生
物
共生固氮微生物是指与一些绿色植物互利共生的固氮微生物。

指在土壤中能够独立进行固氮的微生物。 • 概念： 多数是自生固氮菌（细菌） • 自生固氮菌特点及常见类型： 杆菌、短杆菌，单生或对生。 “8”字形排列，外面有荚膜。 常见类型：圆褐固氮菌（应用最多）
• 圆褐固氮菌的功能：
1）较强的固氮能力 2）能分泌生长素
• 圆褐固氮菌的应用： 制成菌剂，施用到土壤中， 可以提高农作物的产量。
√
A、酵母菌
B、真菌
C、细菌
D、霉菌
2）根瘤菌在根内不断繁殖，并且刺激根内的一些 细胞分裂，进而使该处的组织逐渐膨大，形成根 瘤，其刺激的细胞是 A、厚壁细胞 C、表皮细胞
自生固氮微生物
共生固氮微生物
• 概念：
指与一些绿色植物互利共生 的固氮微生物。
• 举例： 根瘤菌
根瘤菌固定 的氮素占自 然界生物固 氮总量的绝 大部分
大豆的根瘤
根瘤菌→豆科植物： 提供可直接利用的氮素 豆科植物→根瘤菌： 提供有生物—无核仁、核膜、染色 体等结构；有DNA和核糖体
ATP ADP+Pi
固氮酶
N2 C 2H 2
e + H+ • 生物固氮的条件？ N2、e、H+、ATP和酶
铁蛋白 钼铁蛋白
所以生物固氮能在 常温常压下进行
C2H4
NH3
• 生物固氮的反应式： 固氮酶 N2 + e + H+ + ATP NH3 + ADP + Pi N2 + 6e + 6H+ + C2H2+16ATP
• 根瘤菌的新陈代谢类型：
异养需氧型的细菌(有氧呼 吸的场所在细胞膜) 根瘤的形成： 根瘤菌繁殖刺激根薄壁细 胞分裂形成 • 根瘤菌的固氮特点： 1）根瘤菌只有侵入豆科植物根内才能固氮。 2）不同的根瘤菌各自只能侵入特定种类的豆科植物。（有一 定的专一性）

（1）植物根系释放根瘤 菌基因表达的激发子
（2）细菌释放结瘤因子
（3）植物根系产生离子 流，表达结节蛋白，根 瘤菌浸染，并开始根瘤 形态发生。
（二）.自生固氮微生物：指在土壤中能够独立 进行固氮的微生物，其中，多数是一类叫做自生 固氮菌的细菌，如圆褐固氮菌。
⑴形态特征： 杆形、短杆形，单生或对生， 成对的菌体呈“8”字形，有 荚膜。 ⑵特点：固氮能力强，分泌 生长素，促进植物生长、果 实发育。
共生固氮微生物和自生固氮微生物的比较 : 常见 类型 与豆 科植 物 关系 共生， 有专 一性 无 代谢类 型 固氮 产物 对植 物的 作用 提供 氮素 固氮 量
共生 固氮 微生 物 自生 固氮 微生 物
根 瘤 菌
圆褐 固氮 菌
异养需 氧型
氨
大
异养需 氧型
氨
提供 氮素 和生 长素
小
二、生物固氮过程简介：
将固氮微生物的固氮基因分离出人工合成后导入农作物 中，并使之表达。
BACK
四、生物固氮在农业生产上的应用
1、弥补土壤中氮素损失
土壤获得氮素的途径：
①含氮肥料（包括氮素化肥和各种农家肥料） ②生物固氮
2、进行根瘤菌拌种，提高豆科作物 产量 3、用豆科植物做绿肥
设想：将固氮基因转移到非豆科作物 细胞内，使其自行固氮 意义：①减少施氮肥费用，降低粮食 生产成本； ②减少氮肥生产，有利于 节省能源； ③避免氮肥施用过量造成 水体富营养化,有利于环境的保护。
ATP ADP+Pi
e-+H+ 固氮酶
乙炔 乙烯
NH3
N2
生物固氮原理示意图
BACK
三、生物固氮的意义——氮循环 大气中的N2

(1)氮的固定是指(
)
A 植物从土壤中吸收含氮养料
B 豆科植物根瘤菌将含氮化合物转变为植物蛋白质
C 将氨转变成硝酸及其他氮的化合物
D 将空气中的氮气转变为含氮的化合物
(2)二氮酶这种蛋白质的1%水溶液渗透压在24℃是112Pa，该蛋白质的含铁量是0
814%。
请根据渗透压值，算出二氮酶的分子量(答数不满1000就舍去)。
情节复述
1、沧州遇故旧 2、密谋害林冲 3、好言劝教头
林冲
逼上梁山
4、草场交接
5、出门沽酒
6、刺杀仇敌
彩
沧州遇旧交
图
密谋害林冲
好言劝教头
草场交接
出门沽酒
刺杀仇敌
小说的结构
高潮 发展 发展 开端
第四部分（10－12节）山神庙复仇 第三部分（6－9节）接管草料场 第二部分（2－5节）密谋害林冲 第一部分（1节）沧州遇故知
妻
计
命
四逼
火 烧 草 场 断 后 路
探讨
回首看看林冲走过的路，从东岳庙到梁山泊， 是什么原因使这样一个逆来顺受的人走上了杀 人反抗的路？你可以用一个字概括吗？
明确：
“逼”。高俅一步一步逼，逼到野猪林，逼 到草料场的火海。林冲则能忍则忍，忍过了东 岳庙，忍过了野猪林，退缩到了山神庙里。等 他知道再忍便是葬身火海时，他如梦方醒，面 对“逼”，“忍”不是办法，唯有“反”才能 生存。
作者简介及背景
2
梳理情节
3
人物形象
4
环境描写
作者简介
施耐庵：
（1296~1370）元末明初人。曾考中进士，做过两年官， 后来弃官回乡闲居，从事写作。
《水浒》是我国文学史上第一部以农民起义为题材的优秀长 篇小说它艺术地再现了梁山泊农民起义的产生、发展经过、 直至失败的过程，歌颂了以宋江为首的起义英雄的反抗斗 争精神，揭露北宋王朝朝政的黑暗腐败。

4
光能在叶绿体中的转换
2e H2O
光
吸收
色素
传递
少数叶绿素a 2e
NADP+
1/2O2
2H+
酶 NADP++2e+ 2H+
NADPH
ADP+Pi+能量 酶 ATP
5
6
C3植物和C4植物
C3途径和C4途径的发现过程：
1961年的诺贝尔化学奖得主——美国科学家 卡尔文（ Melvin Calvin 1911～1997）
17
相关考题
w（02年天津卷）
磷是存在于自然界和生物体内的重要元素， 回答下列与磷及其化合物有关的问题。
Ⅰ．磷在叶绿体的构成和光合作用中有何 作用？
答：①
。
②
。
③
。
18
学以致用
w怎样进行合理施肥？
1 根据作物的需肥规律 2 与豆类植物间种或轮种 3 发展生态农业
19
《生物固氮》
w易混概念的比较
光合作用和生物固氮
1
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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2
光合作用的发现
w海尔蒙特 普利斯特利 萨克斯
恩吉尔曼 鲁宾 卡门 希尔
3
叶绿体中的色素
少数叶绿素a
叶绿素a
叶绿素
多数叶绿素a
叶绿素b
吸收、转化
胡萝卜素 类胡萝卜素
叶黄素
吸收、传递
w 植物的秸秆通过深耕埋于地下，可以通过微生
物的分解作用产生二氧化碳。

质量与照射前一样，则需要光照 6 小时。
（4）在同等条件下，阳生植物呼吸的强度比阴生植物 大 。
④通过转基因技术，可将固氮基因转到非豆科植物中。 （有待实现）
反硝化 细菌
硝化细菌
主要方式
大气中的N2
生物固氮（NH3） 高能固氮（NO3－） 工业固氮（化氮肥素）
豆科植物
食物链
非豆科植物
动物体
动植物尸体、残落物、 排泄物中的含N有机物
吸
微生物分解作用
吸
收
NH3
收
（氧气） 亚硝化细菌
NO2－
（氧气） 硝化细菌
2、自生固氮微生物：
（1）概念：是指土壤中能够独立进行固氮的微生物。
（2）代表生物：圆褐固氮菌 (异养需氧型)
圆褐固氮菌具有较强的固氮能力，并且能够分泌 生长素，促进植物的生长和果实的发育。
三、生物固氮的意义：
生物固氮和氮循环
四、在农业生产上的应用 ①将圆褐固氮菌制成菌剂，施到土壤，可提高农作物 产量； ②对豆科植物可进行根瘤菌拌种，也能提高豆科植物 产量； ③用豆科植物做绿肥；
N2
反反 硝硝 化化 细作 菌用
NO量
(CO2mg /100cm2·h－1)
右图是在一定的CO2浓度和温度条
件下,某阳生植物和阴生植物叶受
12
A
光强度和光合作用合成量(用CO2 的吸收量表示)的关系图.请据图回
8
答：
4
B
（1）曲线B所表示的是 阴生 植物受
第二节 生物固氮
一、生物固氮的概念：
指固氮微生物通过体内的固氮酶将大气中的氮还原成 氨的过程。 二、固氮微生物种类（：共生固氮微生物、自生固氮微生物） 1、共生固氮微生物： （1）概念：是指与一些绿色植物互利共生的固氮微生物。 （2）代表生物：根瘤菌（原核生物） （3）代谢类型：异养需氧型 （4）形态：呈棒槌形、“T”形、“Y”形 （5）共生特性：

• 土壤可通过哪两条途径获得氮素？
1）含氮肥料的施用 8×107t
2）生物固氮
4×108t
• 提高豆科作物产量的有效措施是什么？
选择与该种豆科植物相适应的根瘤菌进行 拌种 新开垦的农田和未种植过豆科作物的土壤
PPT课件
19
（五）生物固氮在农业生 产中的应用
• 豆科植物在农业生产上有何应用？ 制作绿肥---直接耕埋或堆沤 饲养家畜，再将家畜的粪便还田
PPT课件
13
练习
2）圆褐固氮菌除了具有固氮能力外，还能
A、促进植物生根
（ D）
B、促进植物开花
C、促进植物形成种子
D、促进植物的生长和果实发育
PPT课件
14
练习
3）在生物固氮过程中，最终电子受体是（ A ）
A、N2和乙炔 B、NH3 C、乙烯 D、NADP＋PPT来自件15（三）氮循环
生物 固氮
根瘤菌→豆科植物 共生固氮微生物 放线菌→非豆科植物
蓝藻→水生蕨类等
自生固氮微生物
圆褐固氮菌（好氧） 梭菌（厌氧） 鱼PPT腥课件藻等为代表的固氮蓝藻3
一 共生固氮微生物
• 概念： 指与一些绿色植物互利共生的固氮微生物。
• 举例： 根瘤菌
根瘤菌固定的
氮素占自然界
生物固氮总量
的绝大部分
PPT课件
4
一 共生固氮微生物
• 固氮酶的特点：
1）固氮酶由两种蛋白质构成， 分别是铁蛋白和铁钼蛋白，只有两种蛋
白质同时存在，固氮酶才具有固氮作用。
2）固氮酶具有底物多样性的特点， 即N2→NH3，乙炔→乙烯
固氮酶催化乙炔还原乙烯的化学反应，
常被科学家用来测定固氮酶的活性。

3 并非所有生物都能
固氮
许多生物没有这项能力， 对于固氮来说是一项复 杂的过程。
生物固氮的研究进展
生物固氮的研究一直在不断进行，目前，科学家正在探索新的生物固氮机制 和微生物资源，以改善固氮效率和应用。
生物固氮的未来发展方向
1
基因工程
通过基因工程技术，改良植物和微生物的基因，提高生物固氮效率。
2
环境修复
生物固氮可以修复受到氮污染的土壤和水体，减少氮肥对环境的负面影响。
生态保护
固氮作用维持了生态系统的物质循环，保护了生物多样性和生态平衡。
生物固氮的挑战和限制
1 能量消耗
生物固氮需要大量的能 量，其中大部分来自生 物体的新制造物质。
2 氮气选择性
氮气对于大多数生物来 说是非常稳定和无反应 的，固氮要克服这种选 择性。
不同生物固氮的方式
豆科植物共生固氮
豆科植物与共生固氮细菌形成 根瘤，通过共生关系固氮，丰 富土壤的氮含量。
蓝藻固氮
蓝藻通过一种特殊的细胞器— —异细胞器，在光合作用过程 中固定氮气。
放线菌固氮
放线菌通过一种特殊的酶，将 氮气转化为氨，为自身和周围 的环境提供氮源。
生物固氮的应用领域
农业
在农业生产中，通过利用豆科植物等固氮植物，可以减少化肥的使用，提高农产品产量。
《生物固氮》PPT课件
生物固氮是指生物体利用特殊的酶将大气中的氮气转化为植物可吸收的氮化 合物的过程。
生物固氮的定义和原理
生物固氮是一种将大气中的氮气固定为可供生物利用的形式的重要生物过程。 它通过酶的作用，将氮气转化为氨，或其他可溶解的氮化合物。
生物固氮的重要性
生物固氮为植物提供了重要的氮源，促进了植物的生长和发育。它对农业和 生态系统的氮循环起着关键作用，维持了生态平衡和可持续发展。

钼铁蛋白（组分I）a2b2、 Mo、Fe，a亚基含MoFe7S9原子簇和
（MW:240 kD)
异柠檬酸（FeMoco）：络合还原N2 → NH3。 ab间的Fe8S7原子簇：将电子传给 FeMoco，
用于N2→NH3并放氢
铁蛋白（组分II） g2、Fe ，含Fe4S4原子簇：传递电子给Fe8S7，
（MW:60 kD)
e-/2ATP
固氮酶的结构模型（1992，Rees） N2 + 8H + + 8e- + 16 ATP2NH3 +16ADP+16Pi+2H
根瘤菌固氮过程示意图
2. 固氮酶的活性调节
氧防护体统
氨同化调节
1）氧防护体统
蓝藻保护固N酶机制 异形胞 I、厚壁，物理屏障 II、缺乏氧光合系统II
根瘤菌保护固N酶机制 类菌体 I、 周膜 II、 根瘤菌内皮层排列紧密 III、豆血红蛋白，可与氧可逆结合（高时结合，低时释放）
第32章 生物固氮
一、生物固氮研究历史
1862年发现生物固氮现象 三个阶段： 1.细胞水平研究阶段（1862-1960）
1888： Beijerik 第一个分离到根瘤菌 1920’s: 固氮菌用于农业 1942： 鲍利斯利用14N示踪法证明NH3是固氮产物
2.无细胞水平研究阶段（1960-1966）
2）共生固氮
根瘤菌基因
根瘤菌的结瘤基因nod A,B,C 是细胞分裂和宿主根毛弯 曲所必需的，核苷酸序列较保守。nod EF,nod G,nod H或 nod LMN参与宿主的选择，与根毛弯曲的位置，细胞分裂 的效率和持久性有关。
固氮基因分为nif基因和fix基因两群，前者与克氏杆菌的 固氮基因相似，后者的功能有待进一步研究。

这是因为增强植物的呼吸作用为矿质离子的吸收提供更多的能量有利于分解者的活动提高光能利用率有利于圆褐固氮菌的活动增加土壤的肥力促进植物果实的成熟促进硝化细菌将氨态氮转化为硝态氮提高氮肥的利用率促进根系吸收有机肥料实现物质和能量的多级利用解析根系不能直接吸收有机肥故是错误的
第17课时 生物固氮 必备知识梳理
6
构建知识网络
7
高频考点突破
考点一 生物固氮的过程及主要微生物 1.生物固氮概念理解
8
2.固氮微生物 （1）生物类别：全为原核微生物（包括固氮细菌、 放线菌及蓝藻）。
9
3.固氮微生物的类型
种类
举例
与豆科 植物关
代谢
固氮
对植 物的
缺氮 培养
固 氮
系 类型 产物 作用 基 量
共生固 氮微生
根瘤
共生， 有专一
2
拓展提升 自生与自养、共生与异养的关系 自生不等于自养，共生不等于异养：自生固氮微生 物大多为异养型，如巴氏梭菌、圆褐固氮菌；共生 固氮微生物也有自养型的，如与满江红共生的某种 蓝藻（鱼腥藻）即为自养型。
3
二、氮循环 1.生物固氮的过程 （1）固氮形式： 生物 固氮、高能 固氮、工业 固氮。 （2）N元素进入生物群落的方式： 生物 固氮，植物以
17
3.氮循环中几种微生物的作用及其在生态系统中的地位
在氮循环中的作用 代谢类型 在生态系统 中的地位
根瘤 菌
圆褐 固氮 菌
固氮作用
将N2 合成氨
将N2 合成氨
异养需氧 型
异养需氧 型
消费者 分解者
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细菌、 氨化 真菌 作用
硝化 硝化 细菌 作用
反硝
化细 菌
反硝 化

固氮酶活力测定：测定固氮酶活力的经典方法有微 量K氏定氮法和同位素法，但前者精度低，后者程 序复杂。
1966年，M.J.Dilworth等发表了灵敏简便的乙 炔还原法，促进了固氮酶活性及固氮机理研究。该 法的理论依据是：固氮酶除了能催化N2 NH 3外， 还能催化C2H2(乙炔) C2H2(乙烯)及2H+ H2等多 种反应。
N2
Mg2+ 严格的厌氧微环境
固定1mol N2需要消耗10～15molATP 。这些ATP由 呼吸、发酵或光合磷酸化过程提供。从不同生理类型的固 氮微生物细胞中抽提到的固氮酶具有相同结构，它们均含 Ⅰ、Ⅱ两种组分。组分Ⅰ为钼铁蛋白(MF)或钼铁氧还蛋白 (MoFd)，是真正的“固氮酶”；组分Ⅱ为铁蛋白(F)，是 固氮酶还原酶。
构象保护指固氮菌处于高氧分压环境下 时，其固氮酶能形成一个无固氮活性但能 防止氧损伤的特殊构象。该构象是由固氮 酶与蛋白质或磷脂等稳定因子结合形成的。
呼吸与构象两种保护互相协调，形成 “双保险”机制。在一般含氧条件下，呼 吸保护就可除去多余氧；若还有 过量分子 氧，可利用构象保护使固氮酶免遭损害。
厌氧化能异养： 巴氏梭菌(Clostridium pasteurianum) 脱硫弧菌属(Desulforibrio) 脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)
共生固氮菌
根瘤豆科植物： 根瘤菌属(Rhizobium)
非豆科植物： 弗兰克氏菌属放线菌(Frankia)
白蚁等动物肠道： 肠杆菌属(Enterobacter)
兼性厌氧化能异养： 克雷伯氏菌属(Klebsiella) 无色杆 菌属(Achromobacter) 多粘芽孢杆菌(Bacillus polymyxa) 柠檬酸杆菌属(Cit robacter) 欧文氏菌属(Erwinia) 肠杆菌属(Enterobacter)