大豆胞囊線蟲生防因子研究進(jìn)展

大豆胞囊線蟲生防因子研究進(jìn)展

這是大豆科他克疾病的一個(gè)例子。該病于1899年在我國東北首次發(fā)現(xiàn),其后亞洲、美洲和歐洲各國相繼報(bào)道了該線蟲病害的發(fā)生和為害。在美國、巴西、加拿大和中國等幾個(gè)大豆主產(chǎn)國,由大豆胞囊線蟲(HeteroderaglycinesIchinohe,1952)病引起的損失比任何一種單一病害所造成的損失都大。該病害一般使大豆減產(chǎn)10%~30%,嚴(yán)重地塊可達(dá)70%~90%,甚至造成絕產(chǎn)。此種病害在我國東北三省、內(nèi)蒙古和黃淮海大豆主產(chǎn)區(qū)嚴(yán)重發(fā)生,是一種極難防治的土傳病害。從世界范圍來看,SCN的為害和蔓延有日趨加重的趨勢(shì)。鑒于化學(xué)防治的局限性和無公害生產(chǎn)的要求,線蟲生物防治受到國內(nèi)外的廣泛重視,利用自然界線蟲的天敵微生物防治該病已經(jīng)成為當(dāng)今世界線蟲學(xué)界研究的新動(dòng)向和新趨勢(shì)。近年來,國內(nèi)外眾多研究均已發(fā)現(xiàn)SCN的抑制性土壤,在這種抑制性土壤中或連續(xù)種植大豆的田塊中,線蟲可被多種天敵微生物或捕食者寄生或捕食,在眾多的天敵種類中,研究最多的是食線蟲真菌,其次為食線蟲細(xì)菌和有拮抗作用的植物,此外還陸續(xù)觀察到立克次氏體屬的微生物、捕食性線蟲、彈尾目昆蟲和捕食性螨類等等。目前,世界各國均在進(jìn)行生防菌的篩選和生防制劑的試驗(yàn)研制工作,現(xiàn)對(duì)SCN生防因子的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,以期為生防制劑的創(chuàng)制提供資料。1防真菌的分類根據(jù)已有的研究結(jié)果,可將大豆胞囊線蟲的生防真菌歸納為5類:捕食性真菌、專性寄生線蟲菌物、機(jī)會(huì)真菌(卵寄生菌和胞囊寄生菌)、產(chǎn)毒真菌和研究較少的菌根菌(VAM)等。1.1單頂孢霉屬m突破捕食性真菌中研究較多的是節(jié)叢孢屬Arthrobotrys、小隔指孢霉屬Daetylella和單頂孢霉屬M(fèi)onacrosporium的一些真菌種類。到目前為止,世界上已經(jīng)報(bào)道的捕食性真菌近200種。此類真菌是從營養(yǎng)菌絲上產(chǎn)生粘性網(wǎng)、粘性球、粘性枝、收縮環(huán)和三維菌網(wǎng)等捕食器官,來捕食土壤中運(yùn)動(dòng)的線蟲,而大豆胞囊線蟲僅有J2是侵染蟲態(tài),因此捕食性真菌在實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。1.2菌株:帶皮質(zhì)細(xì)、組織鏈枝菌5.在其他胞囊線蟲雌蟲上還發(fā)現(xiàn)3種重要的專性內(nèi)寄生菌物:輔助鏈枝菌Catenariaauxiliaris、嗜雌線生菌Nematophthoragynophila和鏈壺菌Laginidiaceous。1.3不同種類真菌的生長和控制效果在大豆胞囊線蟲的寄生菌中,應(yīng)用前景看好的是機(jī)會(huì)真菌,亦稱為兼性寄生真菌。根據(jù)其對(duì)線蟲的侵染方式可分為兩種:卵寄生菌和胞囊寄生菌。常見屬有Fusarium,Verticillium,Paecilomyces等,這些真菌大多為土壤習(xí)居菌,因其適應(yīng)性廣,在農(nóng)業(yè)土壤中具有較強(qiáng)的競爭能力而成為胞囊線蟲生防菌中最具生防潛力的寄生物類群。鐮刀屬真菌盡管在多數(shù)情況下是植物病原菌,但許多研究顯示,從線蟲卵或胞囊上分離到的頻率比較高,其中尖孢鐮刀菌F.oxysporum是分離到的優(yōu)勢(shì)種。研究應(yīng)用最多的是淡紫擬青霉P.lilacinus、厚垣輪枝菌V.chlamydosporium,另外美國還研究了蠟蚧輪枝菌V.lecanii、落斯里被毛孢Hirsutellarhossiliensis、Fusarium以及ARF18真菌,這些機(jī)會(huì)真菌對(duì)控制線蟲種群密度起著十分重要的作用。ARF18(ArkansasFungus18)是Kim和Riggs從土壤中分離出的一種絲狀真菌,寄生于大豆胞囊線蟲的卵和J2,因其不能產(chǎn)孢,僅通過對(duì)其隔膜結(jié)構(gòu)和沃爾寧體的形式分析,證明它是一種子囊菌,在溫室和小區(qū)試驗(yàn)的防治效果很好,被認(rèn)為是很有生防潛力的食線蟲真菌。最初,人們認(rèn)為在抑制性土壤中僅有1種或2種天敵就能引起線蟲的自然衰退,但是向土壤中引入單一一種微生物卻達(dá)不到自然防治所能達(dá)到的控制水平。至今,僅有少數(shù)幾種真菌如淡紫擬青霉和厚垣輪枝菌等,已在田間進(jìn)行了廣泛的試驗(yàn)。我國劉杏忠等利用淡紫擬青霉制成保根菌劑防治大豆胞囊線蟲,平均防效為66%~68%。林茂松用5%草酸青霉Penicilliumoxalicum和腐皮鐮孢F.solani進(jìn)行盆栽試驗(yàn),其對(duì)大豆胞囊線蟲的防效分別達(dá)到72%和70%。陳立杰等利用厚垣輪枝菌研發(fā)出大豆胞囊線蟲生防菌制劑新劑型——“豆豐一號(hào)”,在東北三省進(jìn)行推廣示范,在黑龍江示范的防效達(dá)59%~74%,該菌劑對(duì)大豆田土壤線蟲的生物多樣性產(chǎn)生了較好影響。1.4真菌屬elegnus目前所發(fā)現(xiàn)的食線蟲產(chǎn)毒真菌主要分布在子囊菌、擔(dān)子菌和半知菌中,接合菌中也發(fā)現(xiàn)對(duì)線蟲具有毒殺作用的物質(zhì),已從50多株菌中分離到對(duì)線蟲有活性的代謝產(chǎn)物近100種。殺線蟲真菌代謝物的結(jié)構(gòu)類型有醌類、生物堿類、大環(huán)內(nèi)酯類和呋喃類化合物等等,都對(duì)供試線蟲有活性。迄今為止,國外產(chǎn)毒真菌的研究主要集中于擔(dān)子菌中的側(cè)耳屬和猴頭菌屬,并以腐生線蟲Caenorhabditiselegans和南方根結(jié)線蟲Meloidogyneincognita作為供試線蟲,只有少數(shù)以H.glycines為靶標(biāo)線蟲,而產(chǎn)毒真菌對(duì)不同種類線蟲是否具有廣譜毒性還有待于深入研究。Thorn于1984年發(fā)現(xiàn)高等擔(dān)子菌Pleurotusspp.能產(chǎn)生毒素毒殺線蟲,而后由Kwork等證實(shí),粗皮側(cè)耳P.ostreatus菌株產(chǎn)生的毒素為癸烯二酸,其300μg/mL濃度水溶液在1h內(nèi)就能毒殺95%的供試腐生線蟲。向紅瓊證明,該菌的野生型、馴化型、單孢分離株的菌絲均能迅速殺死線蟲。孫漫紅等研究發(fā)現(xiàn),淡紫擬青霉的代謝物對(duì)大豆胞囊線蟲和根結(jié)線蟲都有很明顯的抑制作用。劉霆等報(bào)道了菌線克(一種真菌代謝產(chǎn)物)對(duì)根結(jié)線蟲卵和幼蟲均具有抑制作用。Mayer等從奧爾類臍菇分離到一環(huán)十二縮肽物質(zhì),其是所發(fā)現(xiàn)的真菌殺線蟲活性代謝物中最有開發(fā)利用價(jià)值的化合物,比阿維菌素活性更高,以無抗菌素、不毒害植物而引人關(guān)注。至今,從高等真菌的代謝物中尋找殺線蟲活性物質(zhì)已成為研究熱點(diǎn)之一。1.5菌根菌與大豆胞囊線蟲的關(guān)系泡囊叢枝菌根菌VAM(vesicular-arbuscularmycorrhizal)屬于接合菌亞門真菌,是一種與植物根共生的內(nèi)生真菌。據(jù)Francl等報(bào)道,菌根菌Glomusfasciculatum能侵染大豆胞囊線蟲的卵,但并不能顯著抑制線蟲的群體密度。李海燕等觀察到部分叢枝菌根AM真菌能有效地抑制胞囊線蟲對(duì)大豆根系的侵染及其胞囊發(fā)育和J2的形成。有關(guān)菌根菌與大豆胞囊線蟲間的關(guān)系及其防效還有待于進(jìn)一步研究。自1969年,Gair等首次對(duì)禾谷胞囊線蟲(H.avenae)的自然衰退現(xiàn)象作過報(bào)道以來,Morgan-jones等于1981年最早報(bào)道從SCN胞囊上分離到了生防真菌。在接下來的20多年里,人們對(duì)大豆胞囊線蟲生防真菌做了大量的分類工作和防效研究。Carris和Glawe對(duì)定殖于SCN胞囊上的80種真菌進(jìn)行了描述,Chen等報(bào)道在胞囊上至少分離到了168種真菌。我國林茂松、劉杏忠、劉維志、段玉璽等分別從不同地區(qū)的大豆胞囊線蟲的胞囊上分離到生防真菌30屬51種,其中以鐮刀菌、柱孢菌、淡紫擬青霉、厚垣輪枝菌等出現(xiàn)頻率最高。迄今為止,世界上報(bào)道的分離自大豆胞囊線蟲各個(gè)蟲態(tài)上的真菌已有125屬267種真菌。2關(guān)于生防細(xì)菌的研究進(jìn)展食線蟲細(xì)菌的相關(guān)研究要少于真菌,目前的研究結(jié)果顯示,寄生于線蟲的細(xì)菌種類不多,而有關(guān)SCN的生防細(xì)菌研究更少。相對(duì)研究較深入的是巴氏桿菌屬Pasteuria和根際細(xì)菌rhizobacteria,其他還有放線菌等。2.1關(guān)于種革蘭氏染色細(xì)菌巴氏桿菌屬Pasteuria廣泛分布于世界各地,可寄生116屬土壤線蟲。其中最常見的穿刺巴氏桿菌P.penetransSayre&Starr是寄生根結(jié)線蟲的專性寄生菌,因此在根結(jié)線蟲的防治研究方面進(jìn)展迅速。巴氏桿菌是一種革蘭氏染色陽性、二叉狀分支、具有內(nèi)生孢子的細(xì)菌。內(nèi)生孢子在土壤中具有極強(qiáng)的抗逆性,在寄主線蟲經(jīng)過時(shí),其內(nèi)生孢子附著在線蟲體壁上,隨線蟲發(fā)育而萌發(fā)并侵入到線蟲假體腔內(nèi),釋放成熟內(nèi)生孢子從而完成其生活史。巴氏桿菌是一類很有潛力的生防因子,但其存在極強(qiáng)的寄主?；詥栴},且尚不能進(jìn)行人工培養(yǎng),因此各國都處于試驗(yàn)研究階段。該菌在我國南方地區(qū)如福建、廣東等地有用于防治根結(jié)線蟲的報(bào)道,但總的來說,其研究尚屬起步階段。我國還無從SCN上分離到該菌的報(bào)道,而日本、韓國、美國已分離到可以侵染SCN的巴氏桿菌。有研究顯示,從SCN上分離到的菌株與P.penetrans(寄生根結(jié)線蟲)和P.thornei(寄生短體線蟲)的兩菌株有所不同,可侵染SCN的J2和雄蟲的菌株不一定能侵染雌蟲。2.2芽孢桿菌治scn近十幾年來,根際細(xì)菌用于防治植物寄生線蟲的研究漸漸增多。國內(nèi)外研究者對(duì)植物根際細(xì)菌進(jìn)行了大量篩選,發(fā)現(xiàn)了一些對(duì)植物寄生線蟲有拮抗作用的生防細(xì)菌,其中以假單胞菌屬Pseudomonas和芽孢桿菌屬Bacillus中的種類最多。Tian等在溫室內(nèi)采用細(xì)菌懸液蘸根的方法防治SCN,發(fā)現(xiàn)部分細(xì)菌菌株可減少胞囊、卵和J2的數(shù)量。Tian等利用65株分解幾丁質(zhì)的細(xì)菌加上幾丁質(zhì)物質(zhì)在溫室內(nèi)防治SCN,其中有5株菌株與對(duì)照相比,能穩(wěn)定地減少SCN的數(shù)量。郭榮君等初步篩選出4株對(duì)SCN有拮抗作用的大豆田根際細(xì)菌,其中3株對(duì)J2致死率在99.6%以上。秦博分離的701株細(xì)菌菌株中有54株細(xì)菌發(fā)酵液對(duì)北方根結(jié)線蟲J2有致死作用,有49株對(duì)SCN的J2有致死作用,鑒定其中的10株菌株有6株假單胞菌Pseudomonas和4株芽孢桿菌Bacillus。2.3化合物的毒殺活性放線菌中的一些種類能夠產(chǎn)生具有抗生或殺線蟲特性的化合物,成為防治植物線蟲的有效微生物源之一。目前從除蟲鏈霉菌Streptomycesavermitilis的代謝物分離到一種大環(huán)內(nèi)酯化合物,命名為阿維菌素,該化合物已被證明具有高效廣譜的殺線蟲活性,并進(jìn)行了商業(yè)化開發(fā),在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。國外有研究表明,蘇云金桿菌外毒素對(duì)南方根結(jié)線蟲和SCN有毒殺作用。我國僅利用根結(jié)線蟲和莖線蟲等篩選到9株有效的蘇云金桿菌菌株,但未用SCN作為靶標(biāo)線蟲。立克次氏體rickettsia-likeorganisms是存在于細(xì)胞內(nèi),類似于細(xì)菌一類的微生物。目前已在SCN中報(bào)道了立克次氏體的存在。利用細(xì)菌防治線蟲還存在諸多問題,如篩選工作量大,有效菌株篩選標(biāo)準(zhǔn)的確定及能否在根部定殖及如何檢查定殖情況尚無定論,另外,還有如何根據(jù)其防病機(jī)制解決防效不穩(wěn)定問題等等。國內(nèi)外學(xué)者已注意到了這些問題,相信應(yīng)用細(xì)菌防治線蟲的生防措施會(huì)在不久的將來取得長足的發(fā)展。3植物的線蟲防治技術(shù)研究具有殺(抑)線蟲活性的植物資源豐富、分布廣泛,已報(bào)道有102科226屬316種藥源植物,其中以菊科和豆科植物居多。殺(抑)線蟲植物能降低線蟲活性引起線蟲死亡,或抑制線蟲卵的孵化以減輕線蟲對(duì)寄主作物的危害。研究應(yīng)用較多的有萬壽菊屬植物、印楝、蓖麻等,國外推薦的比較成型的耕作模式是利用萬壽菊與其他作物間作,以防治根結(jié)線蟲及其他線蟲的危害。印楝作為世界上優(yōu)秀的藥源殺(抑)線植物而被多個(gè)國家廣泛深入研究,而且印楝和印楝源產(chǎn)品在植物源殺線蟲劑中也是最有前途的一類。殺(抑)線蟲植物多以南方根結(jié)線蟲、短體線蟲、矮化線蟲和紐帶線蟲等為靶標(biāo)線蟲,針對(duì)SCN的研究較少,但各類殺線植物能防治多種植物寄生線蟲,可減輕環(huán)境污染,控制線蟲病害的嚴(yán)重發(fā)生與危害,是一類很有潛力的生防因子。因此篩選對(duì)SCN有作用的植物源殺(抑)線蟲劑是未來的一個(gè)發(fā)展方向。4寄生蟲的天敵捕食性線蟲是植物寄生線蟲的拮抗因素之一。盡管在多數(shù)農(nóng)業(yè)土壤中存在著大量的捕食性線蟲,但對(duì)其在植物寄生線蟲生物防治中的作用還缺乏了解。Stirling將捕食性線蟲歸為4類:單齒目Mononchida,矛線目Dorylaimid,雙胃目Diplogasterida,滑刃目Aphelenchida長尾滑刃線蟲屬Seinura。矛線屬Dorylaimus、單齒屬M(fèi)ononchus、擬單齒屬M(fèi)onochoides、雙胃屬Diplogaster、長尾線蟲屬Seinura等都是植物寄生線蟲的天敵。捕食性線蟲通常從捕食的線蟲、真菌、藻類及其他土壤微動(dòng)物區(qū)系獲得食物,筆者在對(duì)SCN生物防治研究的過程中發(fā)現(xiàn),捕食性線蟲在抑制性土壤中也起著重要的生防作用。雖然在農(nóng)業(yè)土壤中,這些捕食性線蟲對(duì)植物寄生線蟲的自然控制發(fā)揮了一定的作用,但還未引起人們的足夠重視。Christie指出“捕食性線蟲對(duì)植物線蟲的生物防治是一個(gè)有吸引力而尚未探索、有待研究的領(lǐng)域”。5土壤條件對(duì)20種多環(huán)芳烴的食性影響捕食線蟲的土壤動(dòng)物有水熊(Tardigrades)、扁蟲(Turbellarians)、跳蟲(Collembola)、螨類(Mites)、原生動(dòng)物(Protozoa)及Enchytraeids,這幾類捕食性生物廣泛存在于不同結(jié)構(gòu)特性的農(nóng)業(yè)土壤中,它們?cè)谕寥乐械牟妒衬芰Χ急炔妒承哉婢鷱?qiáng)。然而土壤孔隙的大小和土壤相對(duì)濕度是它們活動(dòng)性強(qiáng)弱的限制性因素。有41種螨和全部彈尾目昆蟲可以以線蟲為食。彈尾目昆蟲各生育期都能捕食線蟲各種蟲態(tài)(含卵),因此控制線蟲的速度快而且捕食的數(shù)量多,其中Onychiurusarmatus能暴食十字花科胞囊線蟲的卵、胞囊和各齡幼蟲。在培養(yǎng)皿里,一些彈尾蟲