木霉生防菌的研究进展

木霉生防菌的研究进展

木霉属半知菌属丝菌纲、轮状菌和轮状菌广泛存在于土壤中。据不完全统计，木菌至少对18株植物的致病性菌产生了抗逆性，因为它具有很强的光谱效应、适应性和多机制。木霉菌是一些植物病原菌的寄生菌或拮抗菌,生长速度快,能迅速占领营养空间,或分泌有毒物质抑制其他病原菌的生长,或通过重寄生对病原菌起拮抗作用,在生物防治领域占有着重要的地位。它通过多种作用机制起到抗菌作用,达到防治病害的目的,主要有:重寄生作用,竞争作用,抗生作用以及拮抗作用。木霉已经作为一种生防菌剂在中国、美国、印度、瑞典等几个国家商品化生产。本文对木霉菌分生孢子的生长,抑菌特点及生防应用进展作简要的概述。1水生孢子生防作用目前发现的木霉菌生殖方式是以产生分生孢子的无性繁殖为主,因此,木霉菌分生孢子的产量是影响其在田间应用效果的一个重要因素,同时也是木霉菌活体生防制剂生产及质量控制所应考查的重要指标。木霉生长期的三种繁殖体都可以起到一定的生防作用,分别是菌丝体,分生孢子和厚缘孢子。菌丝体虽生长速度快,但使用不方便,储存期很短;厚缘孢子是木霉菌在抵抗逆境条件下产生的,它耐干燥、耐低温、对土壤抑菌作用不敏感、存活长、易加工贮存并利于在土壤中存活。但有关厚缘孢子制剂的开发研究不多,主要是因为其人工培养条件比较苛刻。可见厚缘孢子的主要作用是保护木霉自身,是一个抵御外界侵害的屏障,其对外的生防作用并不显著;分生孢子产生条件低,更便于开发生防制剂,值得注意的是,木霉作用于病原菌的拮抗作用以分生孢子产生的抑菌物质最为明显,有研究显示,采用木霉分生孢子制剂来防治大豆根腐病取得了很好的防治效果,田间增产可达20%。因此,木霉菌分生孢子是生防作用的主力军。2木霉的协同作用很多木霉生防制剂都是通过制备分生孢子悬液,从中提取抑菌物质来实现的。有研究提出经含施佳乐的培养基筛选和诱导的木霉菌其生防耐药性是由抑菌提取物几丁质酶产生的。木霉在生物防治中的作用机制一般认为有竞争作用、重寄生作用、抗生作用、产生细胞壁降解酶、诱导植物抗性促进植物对营养物质的吸收等,研究中还发现木霉的多种作用机制之间存在着协同作用,特别是木霉产生的不耐热的细胞壁降解酶和耐热的抗生物质之间具有很强的协同作用,有研究显示同一株木霉产生的细胞壁降解酶和抗生素之间也存在原位协同作用。国内外对木霉生防机制的研究逐渐深入,并成功地用于立枯病、枯萎病、疫病等土传病害的防治。3关于木霉的生长和抗生物质木霉是土壤中广泛存在且有生防潜力的一类真菌,对多种植物病原菌都有很强的拮抗作用,是生物防治的良好材料。据不完全资料统计,木霉菌至少对18属29种植物病原真菌有拮抗作用,由于其具有广谱性、适应性强和多机制的特点而被广泛应用。我国登记的木霉菌剂都为活的分生孢子制剂。木霉的抑菌程度随木霉孢子浓度的降低而减弱。关于木霉菌产生抑菌物质问题,国外研究较多,例如使用绿色木霉发酵代谢物对镰刀菌的抑制,防效好,有效期长。另有研究开发了木霉耐热抗生物质,作用于棉花立枯病菌不仅抑菌效果好,而且稳定,在高温高压环境下仍可发挥作用。还有研究证明木霉的寄生作用能够显著抑制棉花枯萎病菌生长,并能够竞争性抑制棉花枯萎病菌,研究从作用机理上提出这与木霉几丁质酶活性有关。还有研究使用海藻酸钠固定绿色木霉,固定化产酶,并使酶处于天然环境中,稳定性提高(耐热耐高温)、并可以连续发酵、反复使用,从而有效的降低成本、极大的提高了经济效益。以上的研究说明了木霉生防作用的巨大潜力,但都限于抑菌物质本身,对绿色木霉分生孢子产生的抗生物质的研究则比较少。分生孢子应用方式主要有定殖抑菌和直接制备杀菌剂两种,但它们的作用机制是相同的,即上文提到的重寄生作用,竞争作用,抗生作用以及拮抗作用。3.1水稻体状及对纹枯病的抗性作为内生菌,在植物体内定殖,是常用的木霉生防作用的机制。有研究将木霉菌分生孢子悬液与水稻种子作浸泡处理,使木霉在水稻体内定殖和传导,发现稻苗生长势明显优于未定殖的秧苗,同时,秧苗对纹枯病的抗性也得以提高。还有文献提出使用黄绿木霉菌代谢产物对大豆菌核病核盘菌的抑菌能力,在对峙培养5-7天后,病原菌菌核上出现了黄绿木霉孢子,随后核盘菌菌丝体发生变形,说明黄绿木霉的分生孢子会产生抑菌物质,控制了病原菌的产生。此类研究支持了利用分生孢子进行定殖抑菌的可行性。3.2对抗微生物病原菌木霉菌生长周期内产生的分生孢子,对多种植物叶面病害和土传病害都有极高的生物活性。近来就有研究利用植物农药残渣发酵生产绿色木霉孢子以及堆制有机生物药肥。有实验通过对峙培养,测试了拟康氏木霉对灰葡萄孢霉、尖孢镰刀菌、番茄叶霉病菌、番茄早疫病菌、辣椒疫霉、辣椒炭疽菌的拮抗作用。对峙培养5d时对以上病原菌的抑制率分别为73%、62%、86%、77%、68%、91%。拮抗机制主要为竞争和抗生作用。目前已经有不少直接作用于大田的生防制剂,例如商品名称为快杀菌、特立克。将木霉孢子与经过高温灭菌且粉碎的有机物如草灰等混合制成有机菌肥,该菌肥中有机质可作为肥力的基础,又可被木霉快速分解利用,使之在植物根际迅速定殖,能够抑制植物根部病害,促进作物生长。4影响木霉分生殖器的因素4.1不同温度对棉花黄考虑菌抗菌能力的影响木霉菌对湿度适应强,35-100%都可以,孢子可在野外存在。有研究以绿色木霉、康氏木霉和二株未知木霉菌株为供试木霉菌株,采用对峙培养法测定了不同温度处理下对棉花黄萎病菌的拮抗作用。结果木霉在不同温度下对棉花黄萎病菌的抑制作用不一,其中以30℃和25℃黑暗条件下木霉对棉花黄萎病菌菌丝生长的抑制作用最强。环境温度过高或过低对木霉菌丝的生长及分生孢子的产生均有较大影响,处理好环境温度为筛选棉花黄萎病菌更为有效的生防木霉菌株提供理论依据。4.2甲基异柳磷对哈茨木霉整使用生防制剂时,还要考虑田间植物杀虫剂的危害,应测试土壤杀虫剂与生防菌木霉的孢子粉(或抑菌代谢物制剂)的生物相容性以及杀虫剂对木霉生长和定值的影响。有实验显示,甲基异柳磷在田间使用浓度(200μg/ml)下对哈茨木霉的菌丝生长和孢子萌发有强烈的抑制作用,抑菌率为64.37%,抑制中浓度EC50为119.56μg/ml,孢子的萌发率仅为64.25%;辛硫磷和辛氯也存在较大影响,两者在田间使用浓度下处理后,哈茨木霉孢子的萌发率分别为68.5%和72.08%,明显低于对照。而毒死蜱和杀虫双在田间使用浓度下与哈茨木霉的相容性就很好,可在田间混用或同时使用。4.3土壤微生物的抑制因子土壤对木霉具有较强的抑制作用,很早就有人提出土壤抑菌作用机理的假说,即营养缺陷和抑制因子两种。DeWietse等证实了土壤微生物种群中的假单胞菌是导致土壤抑菌作用的主要原因,它能够强烈抑制哈茨木霉等真菌孢子的萌发。木霉对酸性土壤的适应性较强,在中性和碱性土壤中添加额外营养物质能够部分或全部解除土壤对木霉分生孢子的抑制作用。5木霉菌控制基因的功能对木霉多种酶生防作用的研究已进入到分子阶段。研究产孢相关基因,是从源头挖掘孢子发生机制,为菌种鉴定提供支持,并为木霉生防机理奠定分子基础。通过了解木霉菌分生孢子形成过程的分子机制,获取分生孢子形成的相关基因,尤其是找到控制分生孢子形成的表达调控基因,对于改造木霉菌株使其能够产生大量分生孢子、降低生产成本、提高生防效果具有非常重要的意义,同时还会为研究木霉的发育与分化、代谢与调控奠定重要的理论基础。但目前国内从分子水平对木霉生防作用机制的研究还不多,而且多集中在控制培养条件来增加分生孢子产量等方面,对其孢子产生的分子过程及调控机制的了解还非常有限,因此有必要加强这方面的研究,如果能从分子水平了解木霉分生孢子的产生机制,可以为木霉菌剂的遗传改良提供理论依据,并可为其他生防菌株的产孢机制研究提供经验和方法学的支持。