《木霉菌生防综述》PPT课件.ppt

木霉菌生防综述,王衬 21116145,化学农药的使用，在杀死植物病原菌的同时，也杀死了环境中的有益微生物，导致了植物病原菌的抗药性的提高，还造成了环境的严重污染和农药残留等问题。随着可持续发展战略的提出，农业的可持续发展也越来越受到人们的重视，生物防治逐渐成为研究的热点，目前已经发现许多的拮抗微生物具有生防作用。其中，木霉菌就是一类普遍存在的具有重要经济意义的生防有益真菌。20世纪70年代以来，国内外对木霉的拮抗作用及其机制做了许多深入的研究，并且已经取得比较好的效果。,前言,1.概述,1.1木霉菌 木霉菌(Trichoderma spp.)属于半知菌亚门、丝孢纲、丛梗孢目、丛梗孢科，是一类重要的生防真菌，根据Bisset系统，木霉可以分为31个种。最常见的木霉种类有哈茨木霉（T.harzianum）、康宁木霉(T. Koningii)、绿色木霉(T.viride)、长枝木霉（T.Longibrachiatum）等。木霉菌在自然界分布广泛，是土壤微生物的重要组成部分，富含有机质的土壤、腐烂的木材、植物根际等均是其良好的栖息场所。,1.2木霉菌的生防效果,木霉菌对许多植物病害的病原真菌都有很好的防止效果，例如：炭疽菌属（Colletotrichum）、丛赤壳属（Nectria）、小核菌属（Sclerotium）；丝核菌属（Rhizoctonia）、葡萄孢属（Botrytis）等多种真菌。 应用最广泛、效果最好的木霉菌是哈茨木霉（T.harzianum），腐皮镰刀菌（Fusarium solani）引起的花生黑根腐病，用羧甲基纤维素作为标记的分生孢子悬浮液涂抹种子，实验证明哈茨木霉（T. harzianum ）ITEM3636在减少植物发病严重度的效果比长枝木霉（T. longibrachiatum ）ITEM3635要好1。,1.2木霉菌的生防效果,在巴西，从可可树上分离得到一种新的木霉菌（Trichoderma martiale sp. nov.），通过转录延长因子（tef1） 和RNA 聚合酶II 亚基 （rpb2）的测序以及形态学，都与绿色木霉相似。但是它在CMD和SNA产生的分散的脓包，菌丝的生长速度以及作为一种热带的内生真菌，与绿色木霉有所不同。T. martiale 对疫霉属真菌引起的可可树黑荚果病具有很好的防治效果2。,1.2木霉菌的生防效果,从木霉菌的商业产品TRICHODEX中分离的得到的T-39 菌株，能够有效防治草莓的炭疽病和灰霉病。在控制的温室条件下，选择了三个木霉菌菌株，分别编号T-39、 T-161和T-166，采用不同的时间、剂量来防治炭疽病和灰霉病，使用了可能的所有的组合，包括单，双或三联混合，0.4和0.8的浓度，设置7或10天的间隔，导致炭疽病严重度的下降。较高浓度（0.8）表现出显著地优越性，无论是使用单一菌株（0.4）还是两个菌联合应用（每种0.4）的结果，都不及0.8的效果好。只有少数的组合方法，对灰霉病的防治效果显著。分别是：T -39（0.4）适用于2天的间隔，T -166（0.4），T- 161（0.4%）与T -39（0.4%）联合是有效的化学杀菌剂。生物防治菌株根据内部转录间隔区序列分析进行鉴定，得到各种木霉菌的种类：T - 39（T. Hamatum），T -161（T. atroviride）和T- 166（T. longibrachiatum）3,1.2木霉菌的生防效果,木霉菌不仅能能对抗和控制广泛存在的生态环境中重要的植物病原真菌，病毒，细菌，还能有效控制线虫，尤其是根结线虫。根结线虫(Meloidogyne spp)是强制性寄生在植物根内寄生虫，属杂食性寄生虫，具有巨大的经济的价值。比如 M. javanica 和M. Incognita，是全球各作物产量的主要限制因素4。,2.木霉菌的生防机制,2.1竞争作用 木霉菌属于腐生型真菌，环境适应性比较强、生长繁殖速度快、能够迅速利用营养和占据生存空间。与其他微生物相比，木霉菌具有更强的吸收和利用土壤中的营养物质的能力，能够更好地与病原微生物进行生存空间和营养竞争，使病原微生物的生存环境得以恶化，从而抑制其对植物的危害。此外，木霉菌还可以产生醌类化合物，它具有单胺氧化酶和酪氨酸抑制活性，也具有抗菌、抗肿瘤和导泻的功能；对革兰氏阳性菌表现出显著地抑制作用；还作为线粒体氧化磷酸化的解偶联剂5。,2.2抗生作用,许多木霉能够产生抗菌物质阻止其拮抗微生物的定殖来抑制植物病原菌的生长而发挥其生防作用。木霉菌能够分泌大量的胞外降解酶类降解土壤中的纤维素、葡聚糖、几丁质等以得到更多的能量来满足自身生长的需要。为了抑制植物病原菌的生长，木霉菌产生抗菌物质阻止其拮抗微生物的定殖。例如，哈茨木霉（T . Harzianum）中的内切几丁质酶和水解酶协同作用抑制灰葡萄孢孢子的萌发6。,单吡喃酮在哈茨木霉、康宁木霉和绿色木霉中都有发现，它和真菌作用可以产生椰子香气，这种代谢物可以用来检测抗丝核菌和镰刀菌的能力，可以有效抑制真菌的生长。0.45mg/ml的浓度就可以完全抑制镰刀菌孢子子的萌发5。,SHIH-CHI TSENG测定了哈茨木霉（T. Harzianum）ETS 323抵抗立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）的蛋白质组学方面的生防机制，研究发现，接种了立枯丝核菌的培养基细胞外的蛋白提取物与未接种的相比，表现出很高细胞壁降解酶的活性，纤维素酶和甘露聚糖酶的活性无关紧要，活力菌株还显示：在含有立枯丝核菌的培养基中-1，3-葡聚糖酶，-1，6-葡聚糖酶和木聚糖酶的活性是专一的。对提取的8中蛋白质进行鉴定，发现两个是糖苷水解酶，两个是蛋白酶，两个是-葡糖苷酶，一个是内切壳多糖酶，一个氨基酸氧化酶7,2.3共生作用,在某些情况下，木霉菌的定殖对植物的影响持续时间很长。主要是由于木霉菌和植物之间建立了像根瘤菌和菌根那样的比较系统的相互作用关系，这种相互作用可以比较长时间。最优秀的菌株可以伴随植物的根系度过整个生长季。例如，用哈茨木霉T22菌株处理玉米种子，导致玉米更好地生长并能够提高作物的产量，叶片更加浓绿，扎根的的深度为普通成熟玉米的2倍，并且能够更好地利用氮肥。取得这么明显的效果主要是由于哈茨木霉T22菌株可以与存在于玉米的根围并且长期与根共生8。,2.4重寄生作用,重寄生是指木霉菌菌丝与另一种病原微生物（寄主）接触后，沿着寄主的菌丝生长、缠绕、穿透菌丝后抑制、溶解寄主菌丝，吸收寄主菌丝内的营养进行生长繁衍，从而导致寄主死亡的现象（图1-2）。,图1.哈茨木霉缠绕于涂层纤维,图2.GFP标记的木霉寄生于爪哇线虫的卵,ADA VITERBO发现一种新的疏水蛋白的基因TasHyd1，这个基因与木霉菌在植物基部的定殖有关，这种基因在比较新的培养基的菌丝中可以低水平的结构性的表达，但是在形成孢子的菌丝或是没有发芽的孢子中不表达，碳饥饿处理可以增加其表达量，但是氮磷饥饿却使得其表达量下调。在试管内接种植物病原真菌立枯丝核菌 Rhizoctonia solani，其过表达的突变体的真菌寄生活力没有影响，与野生型相比，保留着在植物根部定殖的能力，TasHyd1敲除的突变体在试管内测试其真菌寄生活性也没有变化，但是改变了它们的湿润度，严重影响了在植物根部吸附和定殖的能力9。,2.5诱导抗性作用,木霉菌能够产生或释放多种化合物，诱导局部或系统的反应，这些也说明它们缺乏对植物的致病性。这些激发子包括多肽，蛋白质和低分子量化合物。在与寄主植物根系互作过程中，可以激活植物体内的防御系统并促使其合成植保素、黄酮、萜类、糖苷类等物质以抵御致病菌的侵染，从而提高植物对病害的抗性水平。,T. hamatum382诱导番茄对番茄细菌性斑点病的病原体黄单胞菌（Xanthomonas euvesicatoria）产生抵抗反应。真菌通过系统性调节生理抗病压力和代谢基因的表达，来诱导植物生理的系统性变化和对病害的抗性10。Djonovic等从木霉中分离了一种小分子蛋白 Sm1，能够诱导植物产生系统或局部的抗性，并且对植物和微生物都没有毒性作用，与植物接触 SM1的表达和分泌水平要明显高于没有与植物接触的菌株11-12 。,2.6促进植物生长,木霉菌对植物生长的具有明显的促进作用。 研究表明，某些木霉菌能通过分泌植物激素类物质（如玉米素、赤霉素等）促进植物生长或分泌有机酸（如葡萄糖酸、柠檬酸、延胡索酸等）酸化植物根际土壤，促进植物对矿质元素的吸收13。Rojan P. John研究发现，哈茨木霉不仅能够有效抑制侵染大豆中的镰刀菌和腐霉菌的孢子的萌发，而且还能促进大豆的根茎的生长，提高其产量14。,2.7其它,木霉菌之所以能够有各种抗病机制，主要是由于它能够生物合成广泛的次级代谢产物，将各种各样的自然的和异质的化合物转化产生多种多样可降解的酶类，比如几丁质酶。木霉菌的生长抑制其他真菌的性能，是由于细胞壁降解酶和木霉菌产生的其生代谢产物5。,除了生物防治的功能以外，木霉菌对植物还有其他的作用，主要包括： 1、增加植物生长和提高产量。 2、增加植物的系统抗病性。 3、增加根的生长和对干旱的忍耐力。 4、增加营养的吸收和对肥料的有效利用 5、提高植物的光和效率。 6、增加种子发芽的速率和百分率8。,3.展望,3.1木霉菌的应用前景 尽管目前已有大量研究报道木霉菌对植物真菌病害具有良好的防病效果，但在实际应用过程中仍存在许多问题。例如：对土壤微生态环境的安全问题、生防菌剂的有效期短、田间防效不稳定等。,在木霉菌作为生防均投入使用之时，研究的重点应包括以下几个方面： 1、适用基因操作来增强木霉菌的对植物病害的控制能力，适应多变的外界环境条件，并增强其对杀虫剂的忍耐力； 2、研究者和行业的长期实际应用之后，才能使发酵技术和运输系统在实际中的发展得到保障； 3、为了更好地去理解微环境对木霉菌在土壤和植物根围的生存和增值的影响，这需要计算机化的模型的发展； 4、在分子和生物化学水平上研究木霉菌的生防机制，使用这些信息来预测木霉菌的生防能力；,5、研究木霉菌和其他生防因子的相互作用，可以对多种疾病的进行综合治理； 6、拮抗木霉菌株厚垣孢子产生机制， 用厚垣孢子替代分生孢子， 延长木霉菌活体制剂有效期。 7、考虑木霉菌作为生防制剂的经济因素，例如：成本和效益的比率，发展和投资的分配，登记的所需要的时间和投资，来自化学农药的经济效益的竞争，毒物学方面和种植者的可接受性，等等15。,参考文献,1Maria M. Reynoso，et al. Biological control by Trichoderma species of Fusarium solani causing peanut brown root rot under eld conditionsJ. Crop Protection.2007,26：549555 2 Roge rioE. HANADAa, T. de JORGE SOUZAb,et al.Trichoderma martiale sp. Nov., a new endophyte from sapwood of Theobroma cacao with a potential for biological control.mycological researchJ. 2008.112 :13351343 3Stanley Freeman,Dror Minz.Trichoderma biocontrol of Colletotrichum acutatum and Botrytis cinerea and survival in strawberryJ. European Journal of Plant Pathology ,2004,110: 361-370. 4Edna Sharon,Ilan Chet,et al.Trichoderma as a Biological Control AgentM 5Jose Luis,Reino ERaul F. et al.Secondary metabolites from species of the biocontrol agent TrichodermaJPhytochem Rev .2008.7:89123 6 Howell,C.R. Mechanisms employed by Trichoderma species in the biological control of plant Diseases : the history and evolution of current concepts J. Plant disease,2003,87: 4 -10 . 7SHIH-CHI TSENG,SHU-YING LIU.Proteomic Study of Biocontrol Mechanisms of Trichoderma harzianum ETS 323 in Response to Rhizoctonia solaniJ. J. Agric. Food Chem. 2008,56,6914-6922,参考文献,8Gary E. Harman,Thomas Bjrkman,et al.CHANGING PARADIGMS ONTHE MODE OF ACTION AND USES OF TRICHODERMA SPP . FOR BIOCONTROLJ.Outlooks on Pest Management. 2008,(2):1-6. 9ADA VITERBO ,ILAN CHET.TasHyd1,a new hydrophobin gene from the biocontrol agent,Trichoderma asperellum,is involved in plant root colonizationJ.MOLECULAR PLANT PATHOLOGY,2006, 7(4):249-258. 10Alfano G,Lewis Ivey ML,Cakir C, et al.Systemic modulation of gene expression in tomato by Trichoderma hamatum 382J. Phytopathology,2007, 97:429437 11 Djonovic，S.W.A.Vargas，et al.A proteinaceous elicitor Sm1 from the beneficial fungus Trichoderma virens is required for resistance in maize. Plant Physiol.2007,145:875-89. 12 DJ