重寄生菌在植物病害生物防治中的應(yīng)用

重寄生菌在植物病害生物防治中的應(yīng)用

重復(fù)生殖是指將病毒直接從其他微生物中寄生的現(xiàn)象。它作為植物病害生物防治的主要機(jī)制,已經(jīng)越來(lái)越受到各國(guó)植物病理學(xué)家的重視。重寄生作用包括活體營(yíng)養(yǎng)寄生和死體營(yíng)養(yǎng)寄生兩類?；铙w營(yíng)養(yǎng)的寄生菌從活的寄主細(xì)胞攝取養(yǎng)料,在寄主上的寄生方式不同,有的接觸寄主后菌絲不穿入其中,有的菌絲則伸入細(xì)胞內(nèi)部,最終殺死寄主。這類寄生菌一般具有高度的寄生?；?一種寄生菌僅能寄生于某一種或者少數(shù)幾種緊密相關(guān)的真菌。死體營(yíng)養(yǎng)的寄生真菌是以酶解或產(chǎn)生有毒物質(zhì)來(lái)殺死寄主,再?gòu)乃劳龅募闹骷?xì)胞中吸收所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。重寄生菌對(duì)寄主菌的作用機(jī)制包括寄主菌形態(tài)學(xué)上的微小畸變、對(duì)菌絲的附著生長(zhǎng)、侵入并產(chǎn)生吸器、菌絲的溶解,以及產(chǎn)生酶和抗生物質(zhì)等。重寄生菌對(duì)寄主菌的寄生程度亦受營(yíng)養(yǎng)及環(huán)境因素的影響,如碳/氮比、溫度、光照、pH等。1植物病原真菌的重寄生菌種類自Weindling發(fā)現(xiàn)木霉菌(Trichodermaspp.)能寄生多種土傳植物病原真菌之后,科學(xué)家在這一領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究工作,陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多種植物病原真菌的重寄生菌。從現(xiàn)有資料來(lái)看,重寄生菌包括真菌和放線菌。報(bào)道比較多、且在病害生物防治中有應(yīng)用前景的真菌寄生菌包括以下幾種。1.1zoc鄉(xiāng)村病理屬種常見(jiàn)的有哈茨木霉(T.harzianum)和鉤木霉(T.hamatum)。已知木霉菌至少可寄生于18個(gè)屬中的29種植物病原真菌。常見(jiàn)的屬有核盤菌屬(Sclerotinia)、長(zhǎng)孺孢屬(Helminthosporium)、鐮刀菌屬(Fusarium)、蜜環(huán)菌屬(Armillaria)、炭疽菌屬(Colletotrichum)、絲核菌屬(Rhizoctonia)、輪枝孢屬(Verticillium)、黑星菌屬(Venturia)、內(nèi)座殼屬(Endothia)、腐霉屬(Pythium)、疫霉屬(Phytophthora)、間座殼屬(Diaporthe)、黑星孢屬(Fusicladium)和頂囊殼屬(Gaeumannomyces)等。有很多研究涉及到木霉菌的作用機(jī)制,多數(shù)集中在它與其寄主菌之間的識(shí)別過(guò)程和識(shí)別機(jī)制方面。木霉菌的菌絲可以沿著寄主菌絲生長(zhǎng),或者纏繞在寄主菌絲上生長(zhǎng),從而導(dǎo)致寄主菌絲的死亡。木霉菌從寄主菌絲中吸取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而生長(zhǎng)繁殖,寄主菌產(chǎn)生的凝集素是木霉菌與寄主菌之間識(shí)別的關(guān)鍵物質(zhì),木霉菌的寄生能力與其分生孢子和凝集素的特異反應(yīng)有關(guān)。隨著生物技術(shù)的發(fā)展,木霉菌已由原來(lái)單一地從自然界分離篩選到目前有目的地研制開(kāi)發(fā)商品制劑。截止目前,國(guó)外已經(jīng)登記的木霉菌制劑為16種,其中包括哈茨木霉菌(T.harzianum)12個(gè),多孢木霉菌(T.polysporum)1個(gè),綠色木霉菌(T.viride)1個(gè),其它木霉菌2個(gè)。多數(shù)用于植物土傳病害的防治,主要是土壤處理和種子處理。在土壤處理中,與各種肥料混合使用,如各種堆肥和綠肥。在種子處理中,以包衣等處理方式為主。1.2綠粘充菌的制備它可以寄生于多種土傳植物病原菌,如腐霉菌(Pythiumspp.)、立枯絲核菌(R.solani)和齊整小核菌(S.rolfsii)等。綠粘帚菌的菌絲纏繞其寄主菌,然后分泌酶來(lái)破壞寄主菌的菌組織,同時(shí)分泌一種廣譜性抗生素——膠霉毒素(gliotoxin)來(lái)殺死寄主菌。許多國(guó)家都把它制成制劑,例如GL-21、GlioGardTM和SoilGardTM等。對(duì)防治溫室和大田作物的幼苗病害和根部病害效果非常顯著。1.3白領(lǐng)粉的寄生蟲這兩種菌都可以寄生于白粉菌,但寄生方式有所不同。頭狀莖點(diǎn)霉能夠以次生菌進(jìn)入寄主植物組織中腐生,從腐生真菌或植物病原菌上獲得營(yíng)養(yǎng),它的分生孢子器直接產(chǎn)生在寄主植物的表面,從而降低了寄主菌分生孢子產(chǎn)生的機(jī)會(huì);而白粉寄生孢在寄主菌的分生孢子梗中產(chǎn)生分生孢子器,影響了白粉菌產(chǎn)孢細(xì)胞的形成以及隨后分生孢子的產(chǎn)生,從而降低了致病白粉菌接種體的數(shù)量。白粉寄生孢已作為一種商品生物制劑應(yīng)用于防治葡萄白粉病(Uncinulanecator)和其它白粉病。頭狀莖點(diǎn)霉對(duì)白粉菌的防效也非常好,所以也有待開(kāi)發(fā)利用。1.4寡雄腐霉對(duì)立枯絲核菌的寄生蟲該菌能夠寄生于立枯絲核菌、終極腐霉(P.ultimum)、刺腐霉(P.spinosum)和畸雌腐霉(P.irregulare)。寡雄腐霉對(duì)立枯絲核菌的寄生以菌絲寄生為主。菌絲產(chǎn)生大量分枝而侵入寄主菌,不形成吸器和附著胞等侵染結(jié)構(gòu)。侵入后部分菌絲在寄主菌的菌絲內(nèi)擴(kuò)展;部分菌絲會(huì)穿過(guò)寄主菌絲,使其原生質(zhì)釋放出來(lái),受侵染的菌絲頂端停止伸長(zhǎng),最終萎縮死亡?？梢灶A(yù)見(jiàn),該菌在防治疫霉菌和絲核菌引起的根部病害方面具有廣闊的應(yīng)用前景。1.5膜覆蓋著梨膠銹菌的銹子器銹生座孢菌主要寄生于梨膠銹菌(Gymnosporangiumharaeanum)的銹子器及其附近,銹生座孢菌的分生孢子座將梨膠銹菌的銹孢子牢牢地封在銹子器內(nèi),最終使其消解,從而減少了銹孢子的侵染機(jī)會(huì)。1.6粘結(jié)型菌株念珠鐮刀菌可以寄生危害鞘銹菌(Coleosporiumspp.),以寄生在夏孢子堆上為主。被寄生的夏孢子堆上長(zhǎng)滿米黃色的菌絲,用高倍顯微鏡可觀察到夏孢子幾乎無(wú)色透明;有些夏孢子殘缺不全,在成堆的孢子內(nèi),能見(jiàn)到一些菌絲和鐮刀菌的小型分生孢子和大型分生孢子。鐮刀菌的寄主使鞘銹菌的夏孢子失去了活性,從而減少了夏孢子產(chǎn)生的機(jī)會(huì)。除了以上幾種重寄生真菌外,對(duì)寄生于萵苣小菌核菌(Sclerotiumminir)的細(xì)頂棍孢霉(Sclerotiniasclerotiorum)和寄生于大麗輪枝菌(V.dahliae)的黃色黃絲曲霉(Talaromycesflavus)等都有大量的報(bào)道,它們都是很有應(yīng)用潛力的生防菌。西北農(nóng)林科技大學(xué)植保學(xué)院植物病害生防實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)從兩種植物病原真菌上分離到兩株重寄生菌F46和PR,皿內(nèi)測(cè)定表現(xiàn)出了較好的試驗(yàn)結(jié)果,顯微鏡檢及電鏡掃描觀察到了對(duì)特定致病真菌的重寄生現(xiàn)象。用比利時(shí)楊森公司提供的病原菌,按照其試驗(yàn)操作程序進(jìn)行了防病試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)這兩種重寄生菌對(duì)控制由擴(kuò)展青霉(Penicilliumexpansum)、灰葡萄孢(Botrytiscinerea)和梨狀毛霉菌(Mucorpiriformis)3種真菌單獨(dú)或混合引起的蘋果采后腐爛具有很好的效果。我們正對(duì)F46和PR的作用機(jī)制及其活體防病效果進(jìn)行廣泛深入的探索。2重寄生菌防治的應(yīng)用展望隨著持續(xù)農(nóng)業(yè)和持續(xù)植物保護(hù)觀念的不斷深入,運(yùn)用生物防治手段控制植物病害已越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。自然界微生物間的重寄生現(xiàn)象普遍存在,人們雖然對(duì)其已有深入的研究,但讓重寄生菌進(jìn)入商品化生產(chǎn),廣泛應(yīng)用于植物病害生物防治尚存許多問(wèn)題有待解決。用重寄生菌制成的活細(xì)胞制劑,具有無(wú)毒、無(wú)殘留、不傷害非靶標(biāo)微生物、與環(huán)境兼容性好、防病持效期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但已經(jīng)登記的多數(shù)生物農(nóng)藥均沒(méi)有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力,原因在于這些生物農(nóng)藥大都以野生型微生物為基礎(chǔ)。重寄生菌自身種群的繁殖以及作用效果等亦受到環(huán)境條件等諸多因素的影響,防治效果不穩(wěn)定,暫時(shí)不易被人們采納。重寄生菌作為生物防治因子,發(fā)揮重寄生作用的前提是靶標(biāo)病原菌的存在,用其控制靶標(biāo)病原菌引起的植物病害,會(huì)有一個(gè)滯后的作用過(guò)程。因此利用重寄生菌防治“慢銹”、“慢白粉”或經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的作物病害是有用的,但對(duì)控制那些突發(fā)性或流行速率很高的植物病害還存在一些問(wèn)題。向一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)引入外源微生物非常困難,要求這種菌具備在該系統(tǒng)中高效定殖的能力,被利用的微生物最好選自要應(yīng)用的生態(tài)環(huán)境。重寄生菌分為具侵襲力和不具侵襲力兩類,多數(shù)歸為后一種,只有將其用于特殊小生境才有生防潛力。如木霉菌和膠霉菌用于經(jīng)蒸汽滅菌處理或熏蒸處理的土壤,它們才能棲息、繁殖,阻止病原物再定殖。要解決重寄生菌在應(yīng)用中的問(wèn)題,就應(yīng)消除其存在的某些弊端。在理論方面,首先需要對(duì)特定重寄生菌的生態(tài)適應(yīng)性、競(jìng)爭(zhēng)存活能力、重寄生菌產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物及其功能基因、對(duì)靶標(biāo)病原菌的作用機(jī)制、重寄生菌與靶標(biāo)菌以及寄主植物間的相互關(guān)系等進(jìn)行深入研究,真正推動(dòng)重寄生菌作為生防制劑在植物病害防治中的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。在應(yīng)用研究方面,首先要解決重寄生菌活細(xì)胞制劑的大量發(fā)酵生產(chǎn)、制劑的長(zhǎng)期有效保存和應(yīng)用的技術(shù)問(wèn)題,使重寄生菌能夠在靶標(biāo)病原菌侵入之前,就定殖于寄主植物表面并在作用位點(diǎn)快速增殖。植病生防的研究目的是防治大田植物病害,其最終結(jié)果應(yīng)是活菌制劑的有效性,只有防治效果能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)接受,才可能有產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。對(duì)某些重寄生菌,如果在大田應(yīng)用時(shí)難以提供適宜的生存環(huán)境,可以從開(kāi)發(fā)其代謝產(chǎn)物出發(fā),利用基因工程、酶工程、發(fā)酵工程、細(xì)胞工程生產(chǎn)重寄生菌產(chǎn)品,研制新的生物制劑。同時(shí)利用現(xiàn)代分子生物學(xué)方法對(duì)直接從自然界獲得的重寄生菌進(jìn)行遺傳改造,以提高重寄生菌的競(jìng)爭(zhēng)存活能力和病害控制效果。在具體應(yīng)用時(shí),必須人為地給重寄生菌創(chuàng)造良好的競(jìng)爭(zhēng)生存條件,通過(guò)物理的(如土壤日光消毒)或化學(xué)(如土壤熏蒸劑、土壤殺菌劑)的方法打破原有的生態(tài)平衡,在建立新的平衡之前引入外源重寄生菌。利用重寄生菌進(jìn)行病害生物防治與化學(xué)防治不應(yīng)該是一種對(duì)立排斥的關(guān)系,而應(yīng)借鑒我國(guó)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)“中西醫(yī)結(jié)合”的先進(jìn)思想。將自然的重寄生菌進(jìn)行人工誘變改良,篩選出特定的抗藥菌株,使其能夠與低劑量的的殺菌劑混合使用。這不僅是提高重寄生菌在自然界中的競(jìng)爭(zhēng)生存能力、促進(jìn)其對(duì)靶標(biāo)菌寄生定殖效率的重要措施,也是生物防治與物理、化學(xué)等防病措施結(jié)合應(yīng)用提高防病效果的主要途徑之一。3減少重寄生菌的成因重寄生菌作為生防菌的一種,明顯優(yōu)于其它種類,它的篩選比較省時(shí)省力,不需要大量的前期工作,一經(jīng)發(fā)現(xiàn),分離純化后便可直接用于大田防病試驗(yàn)。重寄生菌一旦寄生于靶標(biāo)病原菌,受環(huán)境條件等外界因素影響的程度隨之降低,在某種程度上可以排除重寄生菌由于生態(tài)障礙,使得從實(shí)驗(yàn)室向大田階段過(guò)渡時(shí)被淘汰的厄運(yùn)。植物病害生物防