1、2009年第5期總第146期林區教學Teaching of Forestry Regi onNo .52009General No .146微生物生物防治的研究綜述姚琳(哈爾濱師范大學生命科學與技術學院,哈爾濱150025摘要:從微生物的生物防治機理,競爭作用、抗生作用、重寄生作用、促生作用、誘導抗性等方面綜述了生防微生物中的真菌、細菌生防機制的研究進展,并概述了其在微生物制劑方面的應用。關鍵詞:生防機制;微生物;化學防治;生物農藥中圖分類號:S432文獻標志碼:A 文章編號:1008-6714(200905-0123-03收稿日期:2009-03-26作者簡介:姚琳(1981-,女,黑龍江哈

2、爾濱人,教師,從事微生物學研究。前言化學農藥的大量使用嚴重地破壞了農業生態系統,造成環境污染。在防治植物病害的同時,也殺死了環境中的有益微生物,同時也提高了植物病原菌的抗藥性。而以農業可持續發展為宗旨的生物防治,作為I P M 的重要組成部分,在農業生產中起著越來越重要的作用。拮抗微生物在植病生防中的應用也備受人們的重視。目前已經發現許多微生物具有生防作用。中國開展生物防治最早,遠在公元304年已有我國南方應用黃蟻O ecophylla s m aragdina 防治柑橘害蟲的記載,其后的一些成果也可以在古籍中查到。生物防治的內容隨著科學的不斷發展而日趨完善,不斷有所改進,充實和創新,并建立了

3、生物防治理論。生物防治已形成一門具有較完整體系的科學技術。1971年建立了生物防治國際組織(I nternati ona O rganizati on for B i ol ogical Contr ol,I O BC ,并在世界各大區設立地區分部。近十年來,在分子生物學理論的啟迪下,應用生物技術作出了新的成績1。生物防治是指利用有益生物及其代謝產物和基因產品等控制有害生物的方法。農田害蟲的生物防治包括以蟲治蟲、以菌治蟲及其他有益動物的利用;植物病害的生物防治主要是利用有益的微生物,通過生物間的競爭作用、抗菌作用、重寄生作用、交叉保護作用及誘發抗病性等,來抑制某些病原物的存活和活動。廣義的生物

4、防治概念還包括昆蟲激素如保幼激素等,微生物農藥如BT 乳油等和抗菌物質,井岡霉素、農霉素等的應用,以及提高寄主植物對病蟲的抗性等方面2。1生物防治機制1.1拮抗作用(antagonis m 拮抗微生物在代謝活動中通過分泌抗菌物質直接對病原物產生抑制是自然界普遍存在的現象,也是眾多拮抗微生物應用的主要作用方式。拮抗微生物產生的抗菌物質主要有兩類:一是小分子的多糖物質,即抗生素;二是大分子的抗菌蛋白或細胞壁降解酶類。近年來,生防微生物產生的抗菌蛋白及胞外裂解酶類研究較多。例如木霉在抗生和菌寄生中,可產生幾丁質酶、-1,3葡聚糖酶、纖維素酶和蛋白酶來分解植物病原菌真菌的細胞壁或分泌葡萄糖苷酶等胞外酶

5、來降解病原菌產生的毒素(如立枯絲核菌毒素RS -t oxin 。熒光假單孢菌、嗜麥芽寡養單胞菌(S terotropho m onas m altophilia 和普利茅斯沙雷氏菌(Serra 2tia plym uthica 除產生抗生代謝物外,還分泌幾丁質酶、-1,3葡聚糖酶等來抑制許多土傳植物病原真菌的生長。芽孢桿菌類生防細菌大多是產生抗菌蛋白或裂解酶來抑制病菌的侵染3。同時,在進行重寄生作用的,木霉也會分泌多種抗性物質抑制病原菌的生長45,即使少量的抗性物質的產生也會對病原菌的生長達到極大的抑制作用。1.2競爭作用(competiti on 拮抗微生物也可以通過快速生長和繁殖而奪取水分

6、、養分、占有空間、消耗氧氣等削弱以致排除同一生活環境中的某些病原物6。一些細菌、酵母菌和絲狀真菌,能通過對養分和位點競爭抑制灰霉病菌的生長。1.3重寄生作用(hyper parasitis m,mycoparasitis m 其他微生物寄生植物病原物稱為重寄生或菌寄生。Paul 研究發現Pythium radios m 對灰霉病菌具有重寄生作用。它進入寄生菌絲后形成大量的分枝和有性結構,因而能抑制葡萄灰霉菌病癥狀的出現。1.4誘導抗性(induced resistance 有些微生物可以誘導寄主植物產生防御反應,形成局部或系統獲得性抗性(S AR 。微生物凝集素同源蛋白基因的表達產物可能有凝集

7、素的作用,是一種糖相互作用所介導的識別信號,能激發水解酶的活性;或與病原菌表面糖結合,干擾細胞的正常的生理代謝以此來防治病原菌7。據李毅平等報道,所有需氧生物的生理過程均有自由基的產生和清除,且兩者之間存在平衡,若失去平衡,便會損傷機體引起病變8。其失衡的原因一是自由基增多,二是機體對自由基的清除能力減弱或兩者兼而有之。321當哈茨木霉被病原菌感染后,會啟動機體內的保護酶系統進行防御,即存在于微生物體內的過氧化氫酶(catalase, CAT和過氧化物酶(per oxidase,P OD等保護酶協同作用,使自由基保持在一個較低的水平,從而維持菌體內正常的生理活動。有研究報道,RAC1是一類廣泛

8、分布的G蛋白,參與活性氧的產生、激素反應。木霉的RAC1參與活性氧的產生和激素反應,從而可局部集聚引起植物的超敏反應和疾病防衛基因的表達910。De Mefer等報道,銅綠假單孢菌(Pseudo m onas aeruginosa和T.harzianu m T39能誘導產生水楊酸使菜豆獲得對灰霉病的抗性。童蘊慧等發現,地衣芽孢桿菌和多黏類芽孢桿菌及其代謝物不僅能直接抑制灰葡萄孢的生長和繁殖,而且能誘導番茄產生S AR。1.5促生作用(p lant gr owth p r omoti on許多生防微生物不僅對灰霉病有防治作用,而且對寄主植物有促生作用。具有植物促生作用的微生物主要包括植物促生細菌

9、(PGP B和植物促生真菌(PGPF,特別是前者尤為重要。微生物的生防作用同時還是多種機制相互協調作用的結果,例如哈茨木霉通過重寄生作用、競爭作用、抗性作用、保護自身免受侵害相關作用以及蛋白酶消化等多種作用機制的協同作用實現對病原菌的拮抗作用,是多種機制協同作用的結果。哈茨木霉在以外源寡聚糖(膠態幾丁質為碳源的培養基中生長,菌絲體或孢子表面的凝集素同源蛋白或羥脯氨酸糖蛋白同源蛋白等一些胞外分泌蛋白可能有與寡聚糖特異性識別、結合的能力,并傳遞信號,刺激哈茨木霉產生局部防御反應,分泌一系列的細胞外蛋白。這些蛋白由幾丁質酶基因、葡聚糖酶基因、糖基水解酶基因以及蛋白酶基因等編碼11。2生防微生物2.1

10、真菌能防止灰霉病的真菌有許多種類,其中研究和應用較廣的生防真菌主要有木霉、酵母等。哈茨木霉(T.harzia2 numT39菌株能有效地防治以色列及其他一些國家溫室作物的灰霉病。Elad以T.harzianum T39菌株制成Tricho2 dex菌劑,能控制溫室作物和葡萄的灰霉病。Sesan等用T.harzianum、綠色木霉(T.viride防止葡萄灰霉病。在病害發生前或發生時用T.harzianum對蕓豆花進行處理,能使感染灰霉病的概率降低94%。用其他有益真菌來控制灰霉病也有不少研究。U.atrum和螺卷毛殼(Chaeto m ium cochliodes在田間都能降低葡萄灰霉病的發展

11、與流行12。Kang等從溫室土壤分離獲得C.cochliodes,它對灰霉病菌顯示了很強的抑制活性。Peng和Sutt on發現,木霉(Tri2 choder m a和(Gliocladium的兩種菌株對草莓上灰葡萄孢具有很強的抑制作用。此外,節菱孢菌(A rthrinium m on2 tagnei、A.phaeosper m um、球毛殼霉(Chaeosper m um globo2 sum、鏈格孢(A lernaria alernata等真菌也能減少灰霉病均分生孢子的形成。國內有關灰霉病生物防治的有益真菌研究較少,其中研究較多的是木霉屬真菌。2.2鏈霉菌W hite等將灰綠鏈霉菌(S t

12、repto m yces griseovirides的一個菌株研制成Mycost oop菌劑,用于萵苣灰霉病的防治。據報道,白肽毒素(A lbopep tin B、變構霉素(Taut omycin、變構菌素(Taut onycein和魚時霉素(Ez omycin S都是不同鏈霉菌產生的一種抗真菌物質,對灰霉病也有較好的防治效果。2.3細菌用于灰霉病防治的細菌主要有芽孢桿菌類、假單胞菌等。S wadling等報道,短小芽胞桿菌(B acillus pum ilus NC I M B13374能抑制草莓灰霉病菌的生長。B.pum ilus和乳芽孢桿菌(Lactobacillus s p.都有防治豆

13、類和番茄灰霉病的作用,能降低灰葡萄孢分生孢子的萌發和葉片腐爛的嚴重程度。短芽孢桿菌(B.brevis,短小芽孢桿菌能減少大白菜灰霉病64%71%的生長。熒光假單胞菌(P.flu2 orescensNC I M B13373能抑制草莓灰霉病菌的生長。嗜麥芽黃單胞菌(Xantho m onas m altophilia和假單胞菌的一些分離物具有防治豆類和番茄灰霉病的作用。張玉勛等研究了P.fluorescence5號、15號菌株和B.subtilis M9,M11菌株在大棚溫室番茄上定殖及其對灰霉病的控制效果,定殖能力前的M9、M5號菌株對灰霉病的防治近80%,明顯優于50%撲海因W P600倍液

14、的防治效果(62%。劉顯達從草莓植株及土壤分離獲得的B acillus s pp.和Pseudo m onas s pp.菌株也能很好地抑制灰霉的菌絲生長和孢子萌發,顯著降低草莓灰霉病的發生。3微生物制劑的研制和應用3.1蘇云金桿菌(B tB t是我國細菌類農藥研究開發最成功的一種,已實現了商品化、規范化生產,并由單一粉劑劑型發展為粉劑、乳劑和水劑多個品種,已成為應用最廣、產量最大的微生物制劑。經過一系列的工藝改進,B t產品的質量和生產效率明顯提高,生產成本顯著下降,贏得了廣大農民的信賴,應用面積迅速擴大。3.2農用抗生素類制劑我國應用農用抗生素防治蔬菜病害的歷史較長,水平較高13。進入20

15、世紀90年代,抗生素的開發和應用又進入一個新的高潮。阿維菌素便是一個典型的代表,具有防效高、速效性和持效性均佳的特點。3.3病毒制劑目前,我國已在196種昆蟲中發現243株病毒,其中58種病毒從46種茶樹害蟲中發現,寄生昆蟲涉及7個目35科127屬,其中20多種病毒制劑已試用于大田防治14。3.4真菌制劑我國應用白僵菌防止鱗翅目害蟲的歷史悠久,目前白僵菌的高含量孢子粉含活孢子已達1000億/g,制劑含量為50億100億/g。木霉菌劑已開發成功,取得農藥登記注冊,用于防治蔬菜灰霉病具有較為理想的效果和應用前景。3.5其他制劑“九五”以來,昆蟲信息激素的發展很快,目前已能合421成棉鈴蟲、小菜蛾等

16、害蟲的性誘劑,并能成功用于害蟲測報、迷向和誘殺。植物源殺蟲劑如煙堿、苦參堿、魚藤等制劑也有部分應用。另外,利用線蟲防止蔬菜害蟲的研究也初步開展,防治效果十分明顯,對無公害蔬菜的生產具有重要意義15。4問題與展望4.1加強生防微生物的微生態研究目前生防微生物應用后防治效果能否穩定持久,大多不能預見。在自然界植物、病原物、生防微生物和環境之間的關系是十分復雜的。只有詳細了解生防微生物在植物根際和葉際與病原物及其他生物、植物及其分泌物、土壤,以及各種環境因子之間的相互作用及其變化規律,才能有效地調控無機與有機環境,更好地發揮生防微生物的防病功能16。4.2研制以抗菌物質為主的微生物農藥目前,國內外已

17、篩選出多種抗病有益微生物,但大多數為直接使用菌株或菌劑來防治病害。因此,他們的貨架期(銷售保質期及效果穩定性就難以保證。只有通過提取和純化其抗菌物質(抗生素與抗菌蛋白,才能將微生物發酵品變成真正的、標準的生物農藥,從而更好的應用于農業生產。生物農藥是21世紀農藥工業的新產業,代表著植物保護的方向,其最大的優勢在于能克服化學農藥對生態環境的污染和減少在農副產品中農藥殘留量,同時在示范推廣微生物農藥應用的過程中,農副產品的品質和價格將大幅度上升,有力地促進農村經濟增長和農民增收,社會效益不可估量。4.3構建轉基因工程菌和培育轉基因抗病植物近年來,國內外開始研究生防微生物的遺傳背景,克隆和分離了一些

18、產生抗菌物質的基因。因此通過遺傳工程技術,構建高效、多抗基因工程菌或將微生物的抗菌基因轉入植物以培育轉基因抗病品種,將是植物病害生物防治研究的重點17。結語生物防治具有許多優于化學防治的特點,如對人畜安全,不污染環境,不產生抗性,以及由于僅殺傷或抑制防治對象,因此,能參與生態環境的調控,保持生態平衡,起到長效的作用18。生物防治是21世紀植物保護的重要內容,隨著生物防治研究的不斷深入,將會使農業科技革命達到新的階段。參考文獻:1陸慶光.50年來中國生物防治回顧J.世界農業,1999,245(9:19-21.2丁建清.生物防治:利用生物多樣性保護生物多樣性J.生物多樣性,1996,4(4:222

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