木霉對(duì)植物病原真菌的拮抗作用

木霉對(duì)植物病原真菌的拮抗作用

木霉是一種廣泛存在于土壤、根周長(zhǎng)、葉緣、種子和莖葉等環(huán)境中的抗逆性菌。木霉的抗逆性和機(jī)制有許多報(bào)道。20世紀(jì)70年代以來(lái)，許多關(guān)于木霉的抗逆性和機(jī)制的報(bào)道。木霉在預(yù)防和控制植物疾病方面發(fā)揮著重要作用，可以預(yù)防和控制各種真菌疾病。研究木霉對(duì)病原真菌的拮抗作用，有利于木霉菌在植病生防領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)利用。木霉菌(Trichodermaspp.)屬半知菌亞門(mén)，絲孢綱，從梗孢目科叢梗孢屬，是常見(jiàn)于土壤中、植物殘?bào)w、植物的根圍、葉圍、種子、球莖表面及動(dòng)物糞便上并對(duì)許多真菌有拮抗作用的絲狀真菌。常見(jiàn)的重要菌種有綠色木霉(T.viride)、哈茨木霉(T.harzianum)、康寧木霉（T.koningii）、多孢木霉(Tpolysporum)等。Weindling1932年首次發(fā)現(xiàn)木霉菌對(duì)植物病原真菌具有拮抗作用。國(guó)內(nèi)外的研究證實(shí)，木霉能寄生多種土傳病害，利用木霉菌防治植物病害已有許多成功的先例，國(guó)外已有多種商品化的木霉制劑問(wèn)世，在國(guó)內(nèi)，已有利用木霉防治白絹病、猝倒病、灰霉病等的報(bào)道，其拮抗作用機(jī)制是多樣性的，一般認(rèn)為有：競(jìng)爭(zhēng)作用、抗生作用、重寄生作用等。在發(fā)展持續(xù)農(nóng)業(yè)呼聲越來(lái)越高的今天，它作為一類(lèi)資源豐富的拮抗微生物，在植物病害生物防治中具有越來(lái)越重要的作用。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的不斷發(fā)展，木霉菌的生防效果和穩(wěn)定性有了顯著的提高，并將展示出更廣闊的應(yīng)用前景。1生態(tài)學(xué)和生態(tài)特征1.1分生孢子梗，設(shè)梗木霉的菌落生長(zhǎng)迅速，呈不定型棉絮狀或致密叢束狀，其表面的顏色多呈綠色。菌絲有隔分枝，厚垣孢子有或無(wú)。分生孢子梗是菌絲的短側(cè)枝，側(cè)枝上對(duì)稱(chēng)或互生分枝，形成二級(jí)和三級(jí)分枝，分枝角度為銳角或近于直角，在分枝末端形成瓶狀小梗。分生孢子多為卵圓形，無(wú)色或綠色，簇生于小梗頂端。1.2生態(tài)特征1.2.1生長(zhǎng)發(fā)育和發(fā)育的物理?xiàng)l件1.2.1.真菌生長(zhǎng)的測(cè)定生長(zhǎng)適溫為20～28℃，在6℃或32℃仍生長(zhǎng)良好，它是一種嗜溫真菌，在37℃條件下能生長(zhǎng)，但在48℃條件下不能生長(zhǎng)；木霉的生長(zhǎng)要求較高濕度，其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的相對(duì)濕度要求92%以上，孢子的形成需要93%～95%，因而木霉在潮濕土壤中的生命力較干性土壤中強(qiáng)。1.2.1.光誘導(dǎo)力比較若光照以對(duì)數(shù)比例增強(qiáng)可以促進(jìn)分生孢子的產(chǎn)生，有研究發(fā)現(xiàn)380nm和440nm波長(zhǎng)的光誘導(dǎo)力最強(qiáng)，而254nm和1100nm以外波長(zhǎng)的光不可能誘導(dǎo)繁殖體的產(chǎn)生。木霉經(jīng)日光處理3min或經(jīng)紫外線光處理10～30s誘導(dǎo)產(chǎn)孢的效果更好。1.2.1.培養(yǎng)基生長(zhǎng)的穩(wěn)定性木霉的最適生長(zhǎng)pH值為5～5.5，在pH值為1.5或9.0的培養(yǎng)基上也可能生長(zhǎng)，但酸性條件比堿性條件下的萌發(fā)率更高。CO2對(duì)木霉生長(zhǎng)的影響取決于CO2的濃度和培養(yǎng)基的pH值，在堿性基質(zhì)中，高濃度的CO2有利于木霉菌的生長(zhǎng)。1.2.2健康條件1.2.2.多糖、氨基酸和氨基酸木霉菌株能夠利用多種有機(jī)物作為碳源，較理想的是單糖、雙糖、多糖、嘌呤、嘧啶和氨基酸等。綠色木霉在富含碳水化合物的培養(yǎng)基上大量產(chǎn)生酸類(lèi)，用葡萄糖或淀粉作為碳源，該菌產(chǎn)生60%～80%的檸檬酸（理論上推算）。1.2.2.氨基酸、尿素、硝酸鹽、亞硝酸鹽在緩沖介質(zhì)中，銨是木霉菌最易利用的氮源，其他氮源如氨基酸、尿素、硝酸鹽、亞硝酸鹽也能維持其正常生長(zhǎng)。以天冬門(mén)素為氮源生長(zhǎng)特別好，含氮量低，會(huì)促進(jìn)孢子形成，對(duì)高濃度硝酸鹽的負(fù)影響由于硫酸鎂的存在可以得到補(bǔ)償。1.2.2.3.3w機(jī)和組件無(wú)機(jī)鹽對(duì)木霉的生長(zhǎng)很重要，對(duì)綠色木霉來(lái)說(shuō)，鎂離子能促進(jìn)其生長(zhǎng)，銅離子能促進(jìn)分生孢子色素形成，鐵離子對(duì)孢子的形成也很重要。2抗抑效果的研究2.1對(duì)抗菌性能的影響分布廣泛的木霉菌被認(rèn)為是大面積植病生防最有效的植物病原真菌寄生物，這些病原菌包括腐霉菌（Pythiumaphanidermatum）、疫霉菌(Phytophthoraspp.)、立枯絲核菌（Rhizoctoniasolani）、白絹病菌（Sclerotiumrolfsii）、鐮刀菌(Fuariumspp.)、灰霉菌（Botryissp.）等。此外，對(duì)某些葉面真菌如灰葡萄孢屬（Botryiscinerea）和小麥穎枯病菌（Septuriaspp.）等也有抑制作用。木霉菌的拮抗作用具有廣譜性，據(jù)報(bào)道，木霉至少對(duì)18個(gè)屬29種病原真菌在體外或活體上表現(xiàn)有拮抗作用，一種木霉或一個(gè)菌株往往對(duì)兩種以上病原真菌有拮抗作用。2.2抗抑郁藥機(jī)制的研究主要有抗生作用、競(jìng)爭(zhēng)作用、重寄生作用以及誘導(dǎo)抗性和協(xié)同拮抗等。2.2.1哈茨木霉的合成木霉在代謝過(guò)程中可以產(chǎn)生拮抗性化學(xué)物質(zhì)來(lái)毒害植物病原真菌，木霉菌產(chǎn)生抗真菌代謝產(chǎn)物至少在32種以上，多數(shù)種類(lèi)的抗生素不止一種，如哈茨木霉可產(chǎn)生12種，綠色木霉可產(chǎn)生10種，康氏木霉可產(chǎn)生9種，鉤狀木霉可產(chǎn)生7種，長(zhǎng)枝木霉可產(chǎn)生3種，多孢木霉產(chǎn)生2種。這些抗生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)各不相同。包括了戊酮、辛酮、類(lèi)萜、多肽和氨基酸衍生物等幾大類(lèi)。Lynch研究表明：哈茨木霉防治立枯絲核菌的主要機(jī)制之一，是產(chǎn)生一種揮發(fā)性的抗生素，具有椰子香味，經(jīng)過(guò)鑒定為六戊烷基吡喃及戊烯吡喃。Brukner等從綠色木霉和長(zhǎng)枝木霉中分離提純了一組特殊的抗菌肽。2.2.2提高微生物的生長(zhǎng)速度，使植物有效生長(zhǎng)包括營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)和空間位點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)，由于木霉對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，生長(zhǎng)速度遠(yuǎn)比一般土傳真菌快，能與病原菌產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)或空間競(jìng)爭(zhēng)，有效地利用果蔬表面或侵入點(diǎn)附近低濃度營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而生長(zhǎng)存活，占領(lǐng)病原菌的入侵點(diǎn)而不為病原菌的入侵留下空隙。2.2.3木霉菌病原菌培養(yǎng)法木霉主要作為真菌寄生物與病原菌主動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)而起作用，有研究者已觀察到木霉菌菌絲以纏繞在病菌菌絲上、緊貼病原菌生長(zhǎng)、穿透病原菌菌絲和穿入病原菌菌絲并在其上（中）生長(zhǎng)，致使病原菌菌絲體萎陷而最終解體死亡。這種機(jī)制主要表現(xiàn)在木霉對(duì)立枯絲核菌等土傳病原菌的拮抗作用上。2.2.4棉田木霉對(duì)棉花生長(zhǎng)的影響B(tài)ailey和Lumsden的研究揭示了木霉菌的木聚糖或其它的激發(fā)子能夠誘導(dǎo)植物的抗病性。Howell等用生防菌株綠色木霉處理棉花種子后發(fā)現(xiàn)：綠色木霉穿透并定殖在根表皮和外皮層組織中，其過(guò)氧化物酶活性升高，萜類(lèi)化合物積累。Elad與其同事利用哈茨木霉T39接種根部和葉子后，控制了灰葡萄孢引起的病害，認(rèn)為誘導(dǎo)抗性是重要機(jī)制之一。2.2.5木霉的生物生態(tài)學(xué)特性木霉的拮抗作用可能是兩種或3種機(jī)制同時(shí)或順序作用的綜合。Baker的研究資料表明，用木霉處理菜豆種子后，木霉對(duì)腐霉菌的作用包括產(chǎn)生抗生素及重寄生作用兩種機(jī)制。木霉在產(chǎn)生抗生素的同時(shí)，也產(chǎn)生各種降解細(xì)胞壁的胞外酶以抑制土傳植物病原菌的菌絲生長(zhǎng)和孢子萌發(fā)。Jones等提出了膠霉菌素玉細(xì)胞壁降解酶協(xié)同效應(yīng)模型，認(rèn)為細(xì)胞壁降解酶的作用在于使毒素快速傳遞并作用于原生質(zhì)膜的特定位點(diǎn)，起到增效作用。另外，不同的細(xì)胞壁降解酶之間也存在協(xié)同作用。由此看來(lái)，利用木霉進(jìn)行生物防治的作用機(jī)制的多樣性是毋庸置疑的。不同的木霉菌株有不同的生防能力，即使同源菌株的突變體也表現(xiàn)出不同的生防機(jī)制。3木霉在農(nóng)業(yè)生物生理研究中的應(yīng)用Weindling1932年發(fā)現(xiàn)木霉菌對(duì)植物病原真菌有拮抗作用，標(biāo)志著對(duì)木霉菌生防研究工作的開(kāi)始。在美國(guó)用哈茨木霉夏季接種紅楓樹(shù)，可以保證其在21個(gè)月內(nèi)不受層擔(dān)子菌危害；Grosclande(1970)用鋸刀修剪洋梨的同時(shí)把綠色木霉接種于傷口，能有效地防治銀葉病(StereamPurpureum)；Ricard(1977)把喜涼的多孢木霉和綠色木霉，分別用于防治洋梨銀葉病和蘑菇輪枝病的危害，這兩個(gè)菌株已在法國(guó)和英國(guó)注冊(cè)登記。在蘋(píng)果花期噴撒喜涼的哈茨木霉分生孢子，成功地防治了眼斑病。20世紀(jì)70年代以來(lái)，許多植保工作者對(duì)木霉的拮抗作用及其機(jī)制作了深刻研究，證實(shí)了木霉對(duì)病原菌的拮抗作用，同時(shí)在溫室及田間試驗(yàn)中也取得了令人鼓舞的成果。哈茨木霉菌株拌棉花、菜豆、黃瓜、豌豆、蘿卜等作物種子，猝倒病和立枯病可減輕67%～88%；甜玉米種子拌種后，根與幼苗的生長(zhǎng)量也增加了66%。哈茨木霉菌株T-22已在田間和溫室廣泛應(yīng)用，防治番茄菌核病的效果幾乎與殺菌劑相當(dāng)。國(guó)外已有多種商品化的木霉制劑問(wèn)世，如美國(guó)的Topshield（哈茨木霉T-22菌株）和以色列的Trichodex（哈茨木霉T-39菌株）。我國(guó)在木霉研究和應(yīng)用方面也有許多報(bào)道（李良1985；徐同等1989,1990；文成敬等1990；吳文希等1986；王美惠等1987）。近些年來(lái)木霉已被用于中藥材的土傳病害防治。并有許多木霉已用于果蔬白絹病、猝倒病、灰霉病、棉鈴疫病、立枯病等的事例。目前，應(yīng)用最多的是綠色木霉和哈茨木霉，主要用于防治蔬菜灰霉病、小麥紋枯病、紅豆根腐病和棉花立枯病，其作用機(jī)制主要是通過(guò)重寄生發(fā)揮防病作用，菌絲體制劑和孢子制劑均可用于病害防治，但菌絲體制劑較孢子制劑更為有效，這是因?yàn)橹丶纳饕蔷z體的重寄生。目前生產(chǎn)上常用的木霉菌劑多為它的孢子制劑，將木霉發(fā)酵制成的孢子制劑進(jìn)行種衣或土壤處理，可以有效地防治苗期病害。木霉在植病生防中的應(yīng)用有:（1）土壤處理；（2）種子（種苗）和球莖處理；（3）地上部施用防治病害；（4）優(yōu)良菌株和菌株組合的篩選；（5）與低量殺菌劑的混合應(yīng)用；（6）拮抗物質(zhì)的提取、純化、活性測(cè)定。立枯病、白絹病、萎蔫病等多種真菌病害在農(nóng)作物種植中普遍發(fā)生，發(fā)生嚴(yán)重時(shí)，造成大幅度減產(chǎn)，是農(nóng)民在育苗、種植過(guò)程中常遇到的棘手問(wèn)題，目前生產(chǎn)上多采用化學(xué)藥劑預(yù)防，但是長(zhǎng)期大量地使用致使病原菌產(chǎn)生抗性，且嚴(yán)重破壞農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，造成對(duì)環(huán)境的污染。在土壤中引進(jìn)拮抗微生物，通過(guò)生物防治可以有效地防治真菌病害并可以有效的改善環(huán)境，維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)平衡，為走可持續(xù)發(fā)展道路提供強(qiáng)勁的后盾。而木霉菌就是一種理想的生防資源。木霉在植病生防中的重要意義使其應(yīng)用潛力日益受到重視。木霉菌分布極為廣泛，對(duì)多種病原真菌有抑制作用，由于其拮抗作用明顯且適應(yīng)性廣，已有許多菌株及劑型被正式商業(yè)注冊(cè)登記。然而，正因?yàn)榫陙?lái)源廣泛，導(dǎo)致其在使用中應(yīng)用條件要求嚴(yán)格，各個(gè)菌株有自己特有的作用范圍，也就是說(shuō)它們防治病害的效果具有明顯的生態(tài)依賴(lài)性，即依大氣環(huán)境（包括溫度、濕度、雨日、雨量、大氣壓、光照、紫外線強(qiáng)度等），作物對(duì)象（包括作物種類(lèi)、罹病部位、發(fā)育階段、生長(zhǎng)姿勢(shì)、外分泌物組成、作物體表或體內(nèi)其他微生物種類(lèi)等），土壤條件（包括溫度、濕度、理化性質(zhì)、有機(jī)質(zhì)含量、其他微生物種群結(jié)構(gòu)等）防病效果差異大，只有充分了解木霉菌本身的生物學(xué)特性、防治對(duì)象范圍及環(huán)境中微生物關(guān)系的條件下，才能合理地利用木霉菌防治植物病害并取得較理想效果。目前真正以木霉菌生產(chǎn)的生防制劑在生產(chǎn)上應(yīng)用還不普遍，高效、穩(wěn)定且適合工廠化的菌株不多，需要更廣泛地研究其作用機(jī)制和生物學(xué)特性，以期尋找到更多的、高效的和適合于生產(chǎn)的菌株，為持續(xù)農(nóng)業(yè)提供更多的物質(zhì)貯備和為木霉生產(chǎn)提供可靠的科學(xué)依據(jù)?，F(xiàn)代生物技術(shù)的日新月異，為生物防治提供了新的契機(jī)，為生防因子木霉展示了更加廣闊的應(yīng)用前景：（1）利用基因工程技術(shù)和原生質(zhì)體融合等基因改良方法篩選耐化學(xué)農(nóng)藥、耐低溫干燥及高效表達(dá)水解酶活性的生防工程菌株。（2）尋找拮抗木霉的適宜發(fā)酵培養(yǎng)條件，控制次生代謝水平，提高制劑抗生素的產(chǎn)量，研制開(kāi)發(fā)適合于多種施用方法的高效木霉劑型，增強(qiáng)防治效果。（3）木霉處