微生物生物防治的研究综述

1、2009年第5期总第146期林区教学Teaching of Forestry Regi onNo .52009General No .146微生物生物防治的研究综述姚琳(哈尔滨师范大学生命科学与技术学院,哈尔滨150025摘要:从微生物的生物防治机理,竞争作用、抗生作用、重寄生作用、促生作用、诱导抗性等方面综述了生防微生物中的真菌、细菌生防机制的研究进展,并概述了其在微生物制剂方面的应用。关键词:生防机制;微生物;化学防治;生物农药中图分类号:S432文献标志码:A 文章编号:1008-6714(200905-0123-03收稿日期:2009-03-26作者简介:姚琳(1981-,女,黑龙江哈

2、尔滨人,教师,从事微生物学研究。前言化学农药的大量使用严重地破坏了农业生态系统,造成环境污染。在防治植物病害的同时,也杀死了环境中的有益微生物,同时也提高了植物病原菌的抗药性。而以农业可持续发展为宗旨的生物防治,作为I P M 的重要组成部分,在农业生产中起着越来越重要的作用。拮抗微生物在植病生防中的应用也备受人们的重视。目前已经发现许多微生物具有生防作用。中国开展生物防治最早,远在公元304年已有我国南方应用黄蚁O ecophylla s m aragdina 防治柑橘害虫的记载,其后的一些成果也可以在古籍中查到。生物防治的内容随着科学的不断发展而日趋完善,不断有所改进,充实和创新,并建立了

3、生物防治理论。生物防治已形成一门具有较完整体系的科学技术。1971年建立了生物防治国际组织(I nternati ona O rganizati on for B i ol ogical Contr ol,I O BC ,并在世界各大区设立地区分部。近十年来,在分子生物学理论的启迪下,应用生物技术作出了新的成绩1。生物防治是指利用有益生物及其代谢产物和基因产品等控制有害生物的方法。农田害虫的生物防治包括以虫治虫、以菌治虫及其他有益动物的利用;植物病害的生物防治主要是利用有益的微生物,通过生物间的竞争作用、抗菌作用、重寄生作用、交叉保护作用及诱发抗病性等,来抑制某些病原物的存活和活动。广义的生物

4、防治概念还包括昆虫激素如保幼激素等,微生物农药如BT 乳油等和抗菌物质,井冈霉素、农霉素等的应用,以及提高寄主植物对病虫的抗性等方面2。1生物防治机制1.1拮抗作用(antagonis m 拮抗微生物在代谢活动中通过分泌抗菌物质直接对病原物产生抑制是自然界普遍存在的现象,也是众多拮抗微生物应用的主要作用方式。拮抗微生物产生的抗菌物质主要有两类:一是小分子的多糖物质,即抗生素;二是大分子的抗菌蛋白或细胞壁降解酶类。近年来,生防微生物产生的抗菌蛋白及胞外裂解酶类研究较多。例如木霉在抗生和菌寄生中,可产生几丁质酶、-1,3葡聚糖酶、纤维素酶和蛋白酶来分解植物病原菌真菌的细胞壁或分泌葡萄糖苷酶等胞外酶

5、来降解病原菌产生的毒素(如立枯丝核菌毒素RS -t oxin 。荧光假单孢菌、嗜麦芽寡养单胞菌(S terotropho m onas m altophilia 和普利茅斯沙雷氏菌(Serra 2tia plym uthica 除产生抗生代谢物外,还分泌几丁质酶、-1,3葡聚糖酶等来抑制许多土传植物病原真菌的生长。芽孢杆菌类生防细菌大多是产生抗菌蛋白或裂解酶来抑制病菌的侵染3。同时,在进行重寄生作用的,木霉也会分泌多种抗性物质抑制病原菌的生长45,即使少量的抗性物质的产生也会对病原菌的生长达到极大的抑制作用。1.2竞争作用(competiti on 拮抗微生物也可以通过快速生长和繁殖而夺取水分

6、、养分、占有空间、消耗氧气等削弱以致排除同一生活环境中的某些病原物6。一些细菌、酵母菌和丝状真菌,能通过对养分和位点竞争抑制灰霉病菌的生长。1.3重寄生作用(hyper parasitis m,mycoparasitis m 其他微生物寄生植物病原物称为重寄生或菌寄生。Paul 研究发现Pythium radios m 对灰霉病菌具有重寄生作用。它进入寄生菌丝后形成大量的分枝和有性结构,因而能抑制葡萄灰霉菌病症状的出现。1.4诱导抗性(induced resistance 有些微生物可以诱导寄主植物产生防御反应,形成局部或系统获得性抗性(S AR 。微生物凝集素同源蛋白基因的表达产物可能有凝集

7、素的作用,是一种糖相互作用所介导的识别信号,能激发水解酶的活性;或与病原菌表面糖结合,干扰细胞的正常的生理代谢以此来防治病原菌7。据李毅平等报道,所有需氧生物的生理过程均有自由基的产生和清除,且两者之间存在平衡,若失去平衡,便会损伤机体引起病变8。其失衡的原因一是自由基增多,二是机体对自由基的清除能力减弱或两者兼而有之。321当哈茨木霉被病原菌感染后,会启动机体内的保护酶系统进行防御,即存在于微生物体内的过氧化氢酶(catalase, CAT和过氧化物酶(per oxidase,P OD等保护酶协同作用,使自由基保持在一个较低的水平,从而维持菌体内正常的生理活动。有研究报道,RAC1是一类广泛

8、分布的G蛋白,参与活性氧的产生、激素反应。木霉的RAC1参与活性氧的产生和激素反应,从而可局部集聚引起植物的超敏反应和疾病防卫基因的表达910。De Mefer等报道,铜绿假单孢菌(Pseudo m onas aeruginosa和T.harzianu m T39能诱导产生水杨酸使菜豆获得对灰霉病的抗性。童蕴慧等发现,地衣芽孢杆菌和多黏类芽孢杆菌及其代谢物不仅能直接抑制灰葡萄孢的生长和繁殖,而且能诱导番茄产生S AR。1.5促生作用(p lant gr owth p r omoti on许多生防微生物不仅对灰霉病有防治作用,而且对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细菌

9、(PGP B和植物促生真菌(PGPF,特别是前者尤为重要。微生物的生防作用同时还是多种机制相互协调作用的结果,例如哈茨木霉通过重寄生作用、竞争作用、抗性作用、保护自身免受侵害相关作用以及蛋白酶消化等多种作用机制的协同作用实现对病原菌的拮抗作用,是多种机制协同作用的结果。哈茨木霉在以外源寡聚糖(胶态几丁质为碳源的培养基中生长,菌丝体或孢子表面的凝集素同源蛋白或羟脯氨酸糖蛋白同源蛋白等一些胞外分泌蛋白可能有与寡聚糖特异性识别、结合的能力,并传递信号,刺激哈茨木霉产生局部防御反应,分泌一系列的细胞外蛋白。这些蛋白由几丁质酶基因、葡聚糖酶基因、糖基水解酶基因以及蛋白酶基因等编码11。2生防微生物2.1

10、真菌能防止灰霉病的真菌有许多种类,其中研究和应用较广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国家温室作物的灰霉病。Elad以T.harzianum T39菌株制成Tricho2 dex菌剂,能控制温室作物和葡萄的灰霉病。Sesan等用T.harzianum、绿色木霉(T.viride防止葡萄灰霉病。在病害发生前或发生时用T.harzianum对芸豆花进行处理,能使感染灰霉病的概率降低94%。用其他有益真菌来控制灰霉病也有不少研究。U.atrum和螺卷毛壳(Chaeto m ium cochliodes在田间都能降低葡萄灰霉病的发展

11、与流行12。Kang等从温室土壤分离获得C.cochliodes,它对灰霉病菌显示了很强的抑制活性。Peng和Sutt on发现,木霉(Tri2 choder m a和(Gliocladium的两种菌株对草莓上灰葡萄孢具有很强的抑制作用。此外,节菱孢菌(A rthrinium m on2 tagnei、A.phaeosper m um、球毛壳霉(Chaeosper m um globo2 sum、链格孢(A lernaria alernata等真菌也能减少灰霉病均分生孢子的形成。国内有关灰霉病生物防治的有益真菌研究较少,其中研究较多的是木霉属真菌。2.2链霉菌W hite等将灰绿链霉菌(S t

12、repto m yces griseovirides的一个菌株研制成Mycost oop菌剂,用于莴苣灰霉病的防治。据报道,白肽毒素(A lbopep tin B、变构霉素(Taut omycin、变构菌素(Taut onycein和鱼时霉素(Ez omycin S都是不同链霉菌产生的一种抗真菌物质,对灰霉病也有较好的防治效果。2.3细菌用于灰霉病防治的细菌主要有芽孢杆菌类、假单胞菌等。S wadling等报道,短小芽胞杆菌(B acillus pum ilus NC I M B13374能抑制草莓灰霉病菌的生长。B.pum ilus和乳芽孢杆菌(Lactobacillus s p.都有防治豆

13、类和番茄灰霉病的作用,能降低灰葡萄孢分生孢子的萌发和叶片腐烂的严重程度。短芽孢杆菌(B.brevis,短小芽孢杆菌能减少大白菜灰霉病64%71%的生长。荧光假单胞菌(P.flu2 orescensNC I M B13373能抑制草莓灰霉病菌的生长。嗜麦芽黄单胞菌(Xantho m onas m altophilia和假单胞菌的一些分离物具有防治豆类和番茄灰霉病的作用。张玉勋等研究了P.fluorescence5号、15号菌株和B.subtilis M9,M11菌株在大棚温室番茄上定殖及其对灰霉病的控制效果,定殖能力前的M9、M5号菌株对灰霉病的防治近80%,明显优于50%扑海因W P600倍液

14、的防治效果(62%。刘显达从草莓植株及土壤分离获得的B acillus s pp.和Pseudo m onas s pp.菌株也能很好地抑制灰霉的菌丝生长和孢子萌发,显著降低草莓灰霉病的发生。3微生物制剂的研制和应用3.1苏云金杆菌(B tB t是我国细菌类农药研究开发最成功的一种,已实现了商品化、规范化生产,并由单一粉剂剂型发展为粉剂、乳剂和水剂多个品种,已成为应用最广、产量最大的微生物制剂。经过一系列的工艺改进,B t产品的质量和生产效率明显提高,生产成本显著下降,赢得了广大农民的信赖,应用面积迅速扩大。3.2农用抗生素类制剂我国应用农用抗生素防治蔬菜病害的历史较长,水平较高13。进入20

15、世纪90年代,抗生素的开发和应用又进入一个新的高潮。阿维菌素便是一个典型的代表,具有防效高、速效性和持效性均佳的特点。3.3病毒制剂目前,我国已在196种昆虫中发现243株病毒,其中58种病毒从46种茶树害虫中发现,寄生昆虫涉及7个目35科127属,其中20多种病毒制剂已试用于大田防治14。3.4真菌制剂我国应用白僵菌防止鳞翅目害虫的历史悠久,目前白僵菌的高含量孢子粉含活孢子已达1000亿/g,制剂含量为50亿100亿/g。木霉菌剂已开发成功,取得农药登记注册,用于防治蔬菜灰霉病具有较为理想的效果和应用前景。3.5其他制剂“九五”以来,昆虫信息激素的发展很快,目前已能合421成棉铃虫、小菜蛾等

16、害虫的性诱剂,并能成功用于害虫测报、迷向和诱杀。植物源杀虫剂如烟碱、苦参碱、鱼藤等制剂也有部分应用。另外,利用线虫防止蔬菜害虫的研究也初步开展,防治效果十分明显,对无公害蔬菜的生产具有重要意义15。4问题与展望4.1加强生防微生物的微生态研究目前生防微生物应用后防治效果能否稳定持久,大多不能预见。在自然界植物、病原物、生防微生物和环境之间的关系是十分复杂的。只有详细了解生防微生物在植物根际和叶际与病原物及其他生物、植物及其分泌物、土壤,以及各种环境因子之间的相互作用及其变化规律,才能有效地调控无机与有机环境,更好地发挥生防微生物的防病功能16。4.2研制以抗菌物质为主的微生物农药目前,国内外已

17、筛选出多种抗病有益微生物,但大多数为直接使用菌株或菌剂来防治病害。因此,他们的货架期(销售保质期及效果稳定性就难以保证。只有通过提取和纯化其抗菌物质(抗生素与抗菌蛋白,才能将微生物发酵品变成真正的、标准的生物农药,从而更好的应用于农业生产。生物农药是21世纪农药工业的新产业,代表着植物保护的方向,其最大的优势在于能克服化学农药对生态环境的污染和减少在农副产品中农药残留量,同时在示范推广微生物农药应用的过程中,农副产品的品质和价格将大幅度上升,有力地促进农村经济增长和农民增收,社会效益不可估量。4.3构建转基因工程菌和培育转基因抗病植物近年来,国内外开始研究生防微生物的遗传背景,克隆和分离了一些

18、产生抗菌物质的基因。因此通过遗传工程技术,构建高效、多抗基因工程菌或将微生物的抗菌基因转入植物以培育转基因抗病品种,将是植物病害生物防治研究的重点17。结语生物防治具有许多优于化学防治的特点,如对人畜安全,不污染环境,不产生抗性,以及由于仅杀伤或抑制防治对象,因此,能参与生态环境的调控,保持生态平衡,起到长效的作用18。生物防治是21世纪植物保护的重要内容,随着生物防治研究的不断深入,将会使农业科技革命达到新的阶段。参考文献:1陆庆光.50年来中国生物防治回顾J.世界农业,1999,245(9:19-21.2丁建清.生物防治:利用生物多样性保护生物多样性J.生物多样性,1996,4(4:222

19、-227.3蒲哲龙.害虫生物防治的原理和方法(第2版M.北京:科学出版社,1984.4I A Siddiqui,SS Shaukat.Trichoder ma harzianu m Enhancesthe Pr oducti on of Nematicidal Compounds in V itr o and I m2 p r oves B i ocontr ol of M el oidogyne javanica by Pseudomonas fluorescens in Tomat o.Lett App l M icr obi ol.2004,38(2: 169-175.5JA V izc

20、aino,L Sanz,RE Cardoza.Detecti on of PutativePep tide Synthetase Genes in Trichoder ma Species:App lica2 ti on of thisM ethod t o the Cl oning of a Gene fr om T.harzia2 nu m CECT2413.FE MS M icr obi ol Lett.2005Mar,244(1:139-148.6闫愫.蔬菜病虫害发生及生物防治技术的应用C面向21世纪的植物保护发展战略.北京:中国科学技术出版社,2001,517-522.7柯佳颖,陈寅

21、山,饶小珍.凝集素及其生物学作用J.宁德师专学报:自然科学版,2005,Feb,17(11:24-27. 8李毅平,龚和.昆虫体内抗氧化系统研究进展J.生命科学,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