微生物生物防治的研究綜述

1、2009年第5期總第146期林區(qū)教學(xué)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(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,哈爾濱150025摘要:從微生物的生物防治機(jī)理,競爭作用、抗生作用、重寄生作用、促生作用、誘導(dǎo)抗性等方面綜述了生防微生物中的真菌、細(xì)菌生防機(jī)制的研究進(jìn)展,并概述了其在微生物制劑方面的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:生防機(jī)制;微生物;化學(xué)防治;生物農(nóng)藥中圖分類號:S432文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)研究。前言化學(xué)農(nóng)藥的大量使用嚴(yán)重地破壞了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),造成環(huán)境污染。在防治植物病害的同時,也殺死了環(huán)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(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展為宗旨的生物防治,作為I P M 的重要組成部分,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。拮抗微生物在植病生防中的應(yīng)用也備受人們的重視。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多微生物具有生防作用。中國開展生物防治最早,遠(yuǎn)在公元304年已有我國南方應(yīng)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(nèi)容隨著科學(xué)的不斷發(fā)展而日趨完善,不斷有所改進(jìn),充實和創(chuàng)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(xué)技術(shù)。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(qū)設(shè)立地區(qū)分部。近十年來,在分子生物學(xué)理論的啟迪下,應(yīng)用生物技術(shù)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(chǎn)物和基因產(chǎn)品等控制有害生物的方法。農(nóng)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(hù)作用及誘發(fā)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(nóng)藥如BT 乳油等和抗菌物質(zhì),井岡霉素、農(nóng)霉素等的應(yīng)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(jī)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(zhì)直接對病原物產(chǎn)生抑制是自然界普遍存在的現(xiàn)象,也是眾多拮抗微生物應(yīng)用的主要作用方式。拮抗微生物產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)主要有兩類:一是小分子的多糖物質(zhì),即抗生素;二是大分子的抗菌蛋白或細(xì)胞壁降解酶類。近年來,生防微生物產(chǎn)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(chǎn)生幾丁質(zhì)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(xì)胞壁或分泌葡萄糖苷酶等胞外酶

5、來降解病原菌產(chǎn)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(yǎng)單胞菌(S terotropho m onas m altophilia 和普利茅斯沙雷氏菌(Serra 2tia plym uthica 除產(chǎn)生抗生代謝物外,還分泌幾丁質(zhì)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(xì)菌大多是產(chǎn)生抗菌蛋白或裂解酶來抑制病菌的侵染3。同時,在進(jìn)行重寄生作用的,木霉也會分泌多種抗性物質(zhì)抑制病原菌的生長45,即使少量的抗性物質(zhì)的產(chǎn)生也會對病原菌的生長達(dá)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(yǎng)分、占有空間、消耗氧氣等削弱以致排除同一生活環(huán)境中的某些病原物6。一些細(xì)菌、酵母菌和絲狀真菌,能通過對養(yǎng)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(fā)現(xiàn)Pythium radios m 對灰霉病菌具有重寄生作用。它進(jìn)入寄生菌絲后形成大量的分枝和有性結(jié)構(gòu),因而能抑制葡萄灰霉菌病癥狀的出現(xiàn)。1.4誘導(dǎo)抗性(induced resistance 有些微生物可以誘導(dǎo)寄主植物產(chǎn)生防御反應(yīng),形成局部或系統(tǒng)獲得性抗性(S AR 。微生物凝集素同源蛋白基因的表達(dá)產(chǎn)物可能有凝集

7、素的作用,是一種糖相互作用所介導(dǎo)的識別信號,能激發(fā)水解酶的活性;或與病原菌表面糖結(jié)合,干擾細(xì)胞的正常的生理代謝以此來防治病原菌7。據(jù)李毅平等報道,所有需氧生物的生理過程均有自由基的產(chǎn)生和清除,且兩者之間存在平衡,若失去平衡,便會損傷機(jī)體引起病變8。其失衡的原因一是自由基增多,二是機(jī)體對自由基的清除能力減弱或兩者兼而有之。321當(dāng)哈茨木霉被病原菌感染后,會啟動機(jī)體內(nèi)的保護(hù)酶系統(tǒng)進(jìn)行防御,即存在于微生物體內(nèi)的過氧化氫酶(catalase, CAT和過氧化物酶(per oxidase,P OD等保護(hù)酶協(xié)同作用,使自由基保持在一個較低的水平,從而維持菌體內(nèi)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(chǎn)生、激素反應(yīng)。木霉的RAC1參與活性氧的產(chǎn)生和激素反應(yīng),從而可局部集聚引起植物的超敏反應(yīng)和疾病防衛(wèi)基因的表達(dá)910。De Mefer等報道,銅綠假單孢菌(Pseudo m onas aeruginosa和T.harzianu m T39能誘導(dǎo)產(chǎn)生水楊酸使菜豆獲得對灰霉病的抗性。童蘊慧等發(fā)現(xiàn),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(dǎo)番茄產(chǎn)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(xì)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(jī)制相互協(xié)調(diào)作用的結(jié)果,例如哈茨木霉通過重寄生作用、競爭作用、抗性作用、保護(hù)自身免受侵害相關(guān)作用以及蛋白酶消化等多種作用機(jī)制的協(xié)同作用實現(xiàn)對病原菌的拮抗作用,是多種機(jī)制協(xié)同作用的結(jié)果。哈茨木霉在以外源寡聚糖(膠態(tài)幾丁質(zhì)為碳源的培養(yǎng)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(jié)合的能力,并傳遞信號,刺激哈茨木霉產(chǎn)生局部防御反應(yīng),分泌一系列的細(xì)胞外蛋白。這些蛋白由幾丁質(zhì)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(yīng)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(fā)生前或發(fā)生時用T.harzianum對蕓豆花進(jìn)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(fā)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(qiáng)的抑制活性。Peng和Sutt on發(fā)現(xiàn),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(qiáng)的抑制作用。此外,節(jié)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(nèi)有關(guān)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(jù)報道,白肽毒素(A lbopep tin B、變構(gòu)霉素(Taut omycin、變構(gòu)菌素(Taut onycein和魚時霉素(Ez omycin S都是不同鏈霉菌產(chǎn)生的一種抗真菌物質(zhì),對灰霉病也有較好的防治效果。2.3細(xì)菌用于灰霉病防治的細(xì)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(fā)和葉片腐爛的嚴(yán)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(yōu)于50%撲海因W P600倍液

14、的防治效果(62%。劉顯達(dá)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(fā),顯著降低草莓灰霉病的發(fā)生。3微生物制劑的研制和應(yīng)用3.1蘇云金桿菌(B tB t是我國細(xì)菌類農(nóng)藥研究開發(fā)最成功的一種,已實現(xiàn)了商品化、規(guī)范化生產(chǎn),并由單一粉劑劑型發(fā)展為粉劑、乳劑和水劑多個品種,已成為應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的微生物制劑。經(jīng)過一系列的工藝改進(jìn),B t產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率明顯提高,生產(chǎn)成本顯著下降,贏得了廣大農(nóng)民的信賴,應(yīng)用面積迅速擴(kuò)大。3.2農(nóng)用抗生素類制劑我國應(yīng)用農(nóng)用抗生素防治蔬菜病害的歷史較長,水平較高13。進(jìn)入20

15、世紀(jì)90年代,抗生素的開發(fā)和應(yīng)用又進(jìn)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(fā)現(xiàn)243株病毒,其中58種病毒從46種茶樹害蟲中發(fā)現(xiàn),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(yīng)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(dá)1000億/g,制劑含量為50億100億/g。木霉菌劑已開發(fā)成功,取得農(nóng)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(yīng)用前景。3.5其他制劑“九五”以來,昆蟲信息激素的發(fā)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(yīng)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(chǎn)具有重要意義15。4問題與展望4.1加強(qiáng)生防微生物的微生態(tài)研究目前生防微生物應(yīng)用后防治效果能否穩(wěn)定持久,大多不能預(yù)見。在自然界植物、病原物、生防微生物和環(huán)境之間的關(guān)系是十分復(fù)雜的。只有詳細(xì)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(huán)境因子之間的相互作用及其變化規(guī)律,才能有效地調(diào)控?zé)o機(jī)與有機(jī)環(huán)境,更好地發(fā)揮生防微生物的防病功能16。4.2研制以抗菌物質(zhì)為主的微生物農(nóng)藥目前,國內(nèi)外已

17、篩選出多種抗病有益微生物,但大多數(shù)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(zhì)期及效果穩(wěn)定性就難以保證。只有通過提取和純化其抗菌物質(zhì)(抗生素與抗菌蛋白,才能將微生物發(fā)酵品變成真正的、標(biāo)準(zhǔn)的生物農(nóng)藥,從而更好的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。生物農(nóng)藥是21世紀(jì)農(nóng)藥工業(yè)的新產(chǎn)業(yè),代表著植物保護(hù)的方向,其最大的優(yōu)勢在于能克服化學(xué)農(nóng)藥對生態(tài)環(huán)境的污染和減少在農(nóng)副產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留量,同時在示范推廣微生物農(nóng)藥應(yīng)用的過程中,農(nóng)副產(chǎn)品的品質(zhì)和價格將大幅度上升,有力地促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)增長和農(nóng)民增收,社會效益不可估量。4.3構(gòu)建轉(zhuǎn)基因工程菌和培育轉(zhuǎn)基因抗病植物近年來,國內(nèi)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(chǎn)生抗菌物質(zhì)的基因。因此通過遺傳工程技術(shù),構(gòu)建高效、多抗基因工程菌或?qū)⑽⑸锏目咕蜣D(zhuǎn)入植物以培育轉(zhuǎn)基因抗病品種,將是植物病害生物防治研究的重點17。結(jié)語生物防治具有許多優(yōu)于化學(xué)防治的特點,如對人畜安全,不污染環(huán)境,不產(chǎn)生抗性,以及由于僅殺傷或抑制防治對象,因此,能參與生態(tài)環(huán)境的調(diào)控,保持生態(tài)平衡,起到長效的作用18。生物防治是21世紀(jì)植物保護(hù)的重要內(nèi)容,隨著生物防治研究的不斷深入,將會使農(nóng)業(yè)科技革命達(dá)到新的階段。參考文獻(xiàn):1陸慶光.50年來中國生物防治回顧J.世界農(nóng)業(yè),1999,245(9:19-21.2丁建清.生物防治:利用生物多樣性保護(hù)生物多樣性J.生物多樣性,1996,4(4:222

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21、山,饒小珍.凝集素及其生物學(xué)作用J.寧德師專學(xué)報:自然科學(xué)版,2005,Feb,17(11:24-27. 8李毅平,龔和.昆蟲體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)研究進(jìn)展J.生命科學(xué),1981,10(5:240-243.9Hansen,D.H.Marc.Seru m-activated A sse mbly and Me m2brane Transl ocati on of an Endogenous Rac1:Effect or Com2 p lex.Current B i ol ogy.2001,11(5:356-360.10I m berty,Anne.Structural Basis of H igh-Aff?(t?舠?lycan Recogniti on by Bacterial an