立枯絲核菌生防研究進展

立枯木瓜是嚴重危及作物的土壤傳染源。它可能會導致水稻、小麥、棉花、各種蔬菜和水果的損失。通常，化學農(nóng)藥可以得到控制。但化學農(nóng)藥對環(huán)境的污染問題至今很難有效地解決。在土壤中引進拮抗性微生物防治植物土傳病害研究已有60多年,并取得了一定成果。從目前形勢來看,生物防治是一種經(jīng)濟有效的防治方法,前景十分廣闊。1生防真菌的生防細菌應用于立枯絲核菌的生防因子很多,其中包括真菌、細菌等。具有生防能力的真菌包括腐生性真菌和寄生性真菌。已報道立枯絲核菌的生防真菌有多種,最重要的是木霉屬(Trichoderma)和粘帚霉屬(Gliocladium),如:哈茨木霉(T.harzianum)、綠色木霉(T.viride)、康寧木霉(T.koningii)、木素木霉(T.lignorum)、具鉤木霉(T.hamatum)、長柄木霉(T.longibrachiatum)、多孢木霉(T.polysporum)、綠粘帚霉(G.virens)、粉紅粘帚霉(G.roseum)、鏈孢粘帚霉(G.catenulatum)。除此之外,生防真菌還有盾殼霉(Coniothyriumsporulosum)、粉紅單端孢(Trichotheciumroseum)、輪枝孢菌(Verticilliumchlamydosporium,V.biguttatum)、伏革菌(Corticiumsp.)、土曲霉(Aspergillusterreus)、侵脈新赤殼(Neocosmosporavasinfecta)、一種端梗孢(Acrophiaophoralevis)等。該菌的生防細菌有芽孢桿菌(Bacillusspp.)、腸桿菌(Enterobacterspp.)、假單胞菌(Pseudomonasfluorescens,P.cepacia等)、鏈霉菌(Streptomycesspp.)、短桿菌(Brevibacterium)、色桿菌(Chromobacterium)、多囊菌(Polyangium)、諾卡氏菌(Nocardia.)、放線菌(Actinomyces)等。立枯絲核菌的其他生防因子,如一種取食真菌的彈尾目昆蟲(Proisotomaminuta)、線蟲中的燕麥滑刃線蟲(Aphelenchusavenae)、食菌性變形蟲(Vampyrellid)、無致病性或衰退的立枯絲核菌菌株。2預防機制2.1生物炭對活性植物的影響目前認為,生防機制主要有寄生、抗生溶菌作用、競爭作用、促進植物生長和植物的誘導抗性。它們的相對重要性隨生防因子的種類及根際理化條件和生物條件而異。2.1.1哈茨木霉和具鉤木霉的引領(lǐng)力主要寄生在真菌菌絲體,也可寄生于其他結(jié)構(gòu),如菌核、子實體上。用掃描電鏡和熒光顯微鏡技術(shù)可觀察到哈茨木霉和具鉤木霉對立枯絲核菌的寄生現(xiàn)象,木霉的菌絲常以菌絲卷須、菌絲鉤或附著胞附于立枯絲核菌上。移除寄生菌絲之后,則可發(fā)現(xiàn)在立枯絲核菌的菌絲上有溶解位點和侵入孔。綠粘帚霉通過纏繞和穿入菌絲的方式寄生在立枯絲核菌上。伏革菌寄生于立枯絲核菌上,降低其腐生活性。2.1.2抗菌性及其應用有些真菌在生命活動過程中可產(chǎn)生拮抗性化學物質(zhì)來損害病原物,這些物質(zhì)包括抗生素和酶等。如木霉和粘帚霉產(chǎn)生膠霉毒素和綠粘帚霉素。已鑒定的抗菌物質(zhì)很多且結(jié)構(gòu)各異,包括烷基吡喃酮、丁烯羥酸內(nèi)酯、環(huán)硫氧化哌嗪類、胩類、萜類和肽類化合物等。有些真菌進入立枯絲核菌細胞后,消解細胞質(zhì)或使之變稀薄,或使菌絲原生質(zhì)凝結(jié),細胞液消失及菌絲斷裂,解體。已報道的酶有幾丁質(zhì)酶、蛋白酶、水解酶等。某些細菌有效防治立枯絲核菌是抗生素起主要作用,如熒光假單胞菌pf5產(chǎn)生的兩種抗生素藤黃綠膿菌素(pyoluteorin)和硝吡咯菌素(pyrrolintrin)的提純制劑可以象產(chǎn)抗生素細菌那樣保護棉花免受立枯絲核菌的侵染。土壤分枝桿菌溶解立枯絲核菌的過程中,分枝菌絲體圍繞真菌細胞大量生長,穿透其細胞壁,菌絲頂端和細胞壁接觸6～12小時,即可將細胞內(nèi)含物完全吸干。2.1.3生防菌與立枯絲核菌種間的競爭有些真菌如木霉對生存空間和營養(yǎng)資源的競爭作用特別強,可以利用其這一特點來排斥病原菌。據(jù)報道,在赤楊原木上接種綠色木霉,該菌能很快地把碳水化合物吸收而使病原菌無法侵染。根部細菌和立枯絲核菌之間,存在根和種子分泌的營養(yǎng)的競爭,引入的生防菌與立枯絲核菌也存在競爭。大量生防細菌定殖在根部減少了立枯絲核菌所必需的碳、氮營養(yǎng)以及影響以后的定殖。熒光假單胞菌的特點就是掠奪營養(yǎng),在根際迅速繁殖。生態(tài)位競爭是增產(chǎn)菌對立枯絲核菌拮抗作用的一個重要機制,最初定殖菌往往先占領(lǐng)其合適位置。對立枯絲核菌侵染點的物理阻隔也是立枯絲核菌生防的重要機制之一。2.1.4植物激素有些真菌可增加植物營養(yǎng)的可利用性或產(chǎn)生植物生長激素,刺激植物生長。真菌產(chǎn)生的一些激素類物質(zhì)與溫和毒素在局部區(qū)域具有改變細胞透性和促進消解酶分泌的作用。2.1.5抗菌性菌菌毒采用非親和性病原物或其它因素誘導寄主植物產(chǎn)生抗性,保護或減輕植物受親和性立枯絲核菌的侵害。如用無致病性的立枯絲核菌可誘導植物產(chǎn)生對立枯絲核菌的抗性。2.2酶解植物的條件土壤中一些動物如燕麥滑刃線蟲取食立枯絲核菌孢子和菌絲,取食方式是酶解細胞壁造成空洞以消耗其中營養(yǎng)。用掃描電鏡觀察到一種食菌性變形蟲對立枯絲核菌菌絲和菌核的穿孔吞噬和內(nèi)容物消耗3小麥根際生物多樣性及群落基因型的變化立枯絲核菌生防因子的定殖,實際上是指在根部的定殖,生防菌必須具有在植物根際定殖的能力,包括在根(內(nèi)部或表面)和根際土壤中定殖。引進的微生物能否定殖對于控制根部很重要,其群落在根部增加會加強對病害的控制。生防菌定殖多少根,密度多大,定殖所需時間等尚無嚴格標準。定殖過程分兩個階段:(1)生防菌從種子或種塊接觸萌動的根,有些先到達根的分泌處,隨根的伸長沿根尖移動;有些則留作老根接種源。生防菌在根部隨意繁殖,生防菌隨根的生長傳播,若無生防菌繁殖,則根尖的初始接種源被稀釋后不能傳播。(2)生防菌在根上繁殖并存活,非競爭性微生物很快被取代。用梯度劑量的熒光假單胞菌2-79菌株處理小麥種子,14天后在自然土壤內(nèi)小麥根上的熒光假單胞菌菌株數(shù)量遠高于非生防因子細菌,但在滅菌土壤內(nèi),根上所有菌株群體數(shù)量幾乎相同。定殖過程中,細菌之間主要是養(yǎng)分競爭,施入生防菌后,根際微生物群體數(shù)量無較大變化,主要是群體組成的改變。生防菌在根際的分布及繁殖存活受多種生物和非生物因素影響。細菌生長利用養(yǎng)分的最適根際壓力勢為-0.3×105～-0.7×105Pa。就溫度而言,因土壤微生物活動隨溫度升高而增加,所以最適定殖溫度越低,競爭力越弱。對于pH,很多生防菌在中性或弱堿性條件下生長最好,而熒光假單胞菌2-79菌株在小麥根部定殖,pH6.0～6.5比pH7.0以上好。植物基因型影響根際微生物群落的數(shù)量和組成,因此,改變寄主基因型可改變生防菌在根部定殖的效果和密度。已經(jīng)證實小麥不同品種間承受2-79菌株定殖的能力有很大差異,并發(fā)現(xiàn)在最能承受的品種Wampum上的定殖數(shù)量是最不能承受的品種Brevor定殖數(shù)量的100倍。此外,病原菌侵染對生防菌及其它革蘭氏陰性細菌的定殖有影響。除適宜的根際環(huán)境外,生防菌成功地長期定殖于植物根部,需要占領(lǐng)根際,包括附著、分布、生長和存活。這就需要生防菌與植物之間存在根際感應特性。根際感應特性主要是表面多糖、纖毛、化學吸引素、耐滲透性及利用復雜碳水化合物的能力等,細菌表面多糖是某些細菌與植物結(jié)合所必須的。植物根際生防菌被胞外多糖包圍,這些胞外多糖使菌凝集起來,形成微菌落,使菌抗干燥,且免受菌抑制劑及捕食性生物的侵襲,還可濃縮營養(yǎng)和鐵來保護菌本身。據(jù)推測它可能有助于生防菌防止自然微生物的取代。纖毛在菌與細胞及非活性表面的結(jié)合中起作用,也有助于菌定殖根部。在適宜的滲透勢下,生防菌向種子和根分泌的化學吸引素移動。木霉菌絲能識別立枯絲核菌分泌的化學物質(zhì),并趨向其生長。對干旱和低滲透勢的耐性,可能有助于某些生防菌在根際存活。盡管多數(shù)根分泌物易被生防菌和自然菌代謝利用,但對根尖分泌的復雜碳水化合物,如纖維素、半纖維素的分解能力,生防菌比天然菌強,這可以促使生防菌能更有效地定殖于根部。4生防和立枯絲核菌株的致病性立枯絲核菌的生防因子有時效果不穩(wěn)定,這可由許多因素錯綜復雜的相互作用所引起,如生防菌退化,生存能力降低,產(chǎn)抗菌素能力降低或喪失;立枯絲核菌產(chǎn)生變異;環(huán)境條件發(fā)生變化,不利于生防因子發(fā)生作用或使生防因子失去活性。關(guān)于立枯絲核菌的衰退,有人認為與質(zhì)粒有關(guān),觀察到弱致病立枯絲核菌生長緩慢,含有質(zhì)粒;而致病性菌株生長正常,沒有質(zhì)粒有的認為質(zhì)粒編碼專化性蛋白參與決定致病性有的認為立枯絲核菌的衰退與質(zhì)粒無關(guān),衰退株致病力降低是有某種衰退因子引起,并且可通過菌絲融合傳遞給健康的立枯絲核菌株,使健康菌株的致病性降低。所以,人們必須了解生防因子和立枯絲核菌的遺傳變異性,了解生防因子的防病機理,同時進行深入的分子遺傳學研究,構(gòu)建生防因子促進植物生長、抑制病害的有關(guān)基因,并導入寄主植物或其它競爭性強的土壤習居性生物中,以求獲得更大成就。現(xiàn)在對生防菌的防病機理已深入分子水平,如已報道哈茨木霉