木霉菌产业化发展现况

″植物-木霉-病原菌″三角是一个由众多过程组成的复杂网络。木霉菌是一种无毒的机会性植物共生菌，是一种低成本、高效、生态友好的生物防治剂。它们可以建立在各种病理系统中，对土壤平衡的影响最小，并且不会损害有助于控制病原体的有机体，这种共生关系导致植物获得对病原菌的抗性，改善发育过程和产量，促进养分吸收和肥料利用效率。对其他竞争性病原菌的存在作出反应，阻止其发展的主要特征是拮抗、竞争和寄生。还包括植物生长调节剂、酶、铁载体、抗生素等靶向代谢物的生物合成和刺激过程。木霉属真菌门，半知菌亚门，丝孢纲，丝孢目，有性生殖阶段为肉座目，肉座科，种类超过250种，在土壤、空气和植物体表面等生态环境中大量分布。自1932年发现木霉具有拮抗作用以来，木霉菌的研究得到了深入发展和木霉菌的应用也更加广泛。分类对木霉属真菌的最早描述可追溯到1794年，从18世纪后期真菌的正式分类学记录开始，并在1865年提出了与Hypocrea菌种性态的联系，木霉菌属中普遍存在的真菌营养和植物腐生真菌，直到1969年才开始发展识别概念，1984年Bissett将木霉属分为5个组：木霉组、长枝木霉组、梗组、肉座组及土星孢木霉组，并描述了27个木霉种。到2006年，木霉菌已包含100多个系统发育定义的属。与其他常见真菌类似，过去二十年，随着分子生物学的普及以及木霉菌在人们生活中占据的地位的提高，木霉菌急剧转变为物种丰富的属，目前，已知的木霉菌有250余种，生防制剂中应用最为广泛以哈茨木霉、深绿木霉和绿色木霉等为主。生防特性随着对木霉菌研究的深入，木霉菌优异的生防性能也被更好的熟知和利用。一些木霉菌菌株能够为植物提供营养和激素。另一些则改变植物内部激素的稳态、加强光合作用和碳水化合物的代谢。木霉菌的生防机制大致体现在四个方面。1、代谢物的杀菌作用。木霉菌能产生多种抗生物质，且极具优势，能产生70种以上的代谢产物以抵抗真菌病害的侵染。其大部分依靠分泌特殊代谢物来抑制病原微生物的增殖，例如6-戊烷基-a-毗喃酮(6-penthyl-a-pyrone)、阿拉霉素(alamethicins),harzianicacid等。2、胞外酶溶菌作用。木霉菌产生的几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶在植物对病原真菌的抗性中起重要作用，通过水解植物病原真菌的细胞壁，来抑制病原菌抱子萌发，引起其死亡。3、诱导植物抗性作用。木霉菌菌株诱导植物防御反应和系统抗性的能力对于植物抵御广泛的病毒、细菌和真菌病原体至关重要。在木霉菌与寄主植物根系的相互作用过程中，木霉菌能激活植物的防御系统，促进植保素、黄酮类化合物、糖苷类等物质的合成，抵抗病原菌的侵染，提高植物的抗病水平。除了活菌外，木霉菌代谢产物或其基因表达产物也能诱导植物合成抗菌物质，最终提高植物对病原菌的抗性水平。在植物与木霉菌的相互作用过程中，木霉菌株可以释放的许多激发子来诱导植物内传递的不同类型的信号，从而触发防御蛋白的表达，例如水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）或活性氧（ROS），在木霉菌与寄主植物相互作用过程中大量产生的萜类、甾体和安曲酮等低分子量化合物中，许多似乎是有效的诱导子。根据木霉菌菌株、植物种类以及生物和非生物条件的不同，真菌激活的植物防御反应主要是两种类型的系统抗性：诱导系统抗性（ISR）和系统获得性抗性（SAR）。4、重寄生作用。即木霉菌与病原菌作用时，可以与病原菌菌丝平行生长，或缠绕在病原菌菌丝上产生附着胞，吸取寄主菌丝营养物质进行生长繁殖。5、竞争作用。木霉菌生长迅速，与病原菌的竞争作用为对生存空间和营养的争夺。可以将木霉菌进行大量繁殖，通过其多种生防机制来达到控制病害的目的。6、共生作用。木霉菌的有益作用，不仅限于与病原体作斗争；它们还被证明可以与植物形成共生体，增强了植物的系统抗性，对木霉菌在植物中传递的信号的感知需要MAPK途径来传递，从而在植物中全面诱导系统抗病性反应。7、改善根系生长环境，促生作用。木霉菌作为植物生长促进剂被广泛报道，不同的菌株可以表现出不同程度的促进植物特性。健壮根系、增加地上部生物量、提高植物生长和发育速度的能力，都是其促进生长最常见的表现；由于一些限制因素，如作物类型、生长条件和配方类型，促生效果可能会有很大的不同。目前各种机制已被提出，包括控制次要病原体，提高植物对养分吸收，增加碳水化合物代谢和光合作用，以及促进植物激素合成。有证据表明木霉菌很可能是通过影响吲哚乙酸、赤霉素和乙烯等激素的平衡来刺激植物生长的。木霉菌可以减轻植物根部损伤，促进植物侧根生长；木霉菌能够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）酸化植物根际土壤环境，促进植物对矿质元素的吸收，有效的促进植物生长。8、对一些重金属具有不同程度的富集和吸附作用。如深绿木霉T.atrovidide对一些重金属包括Fe2+、Co2+、Cu2+、Zn2+等具有生物富集和生物吸附作用，在小麦根部接种棘孢木霉T.asperellumT34，提高了小麦对Fe2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+的吸附能力。产孢机理木霉菌的孢子类型有两种，分别是分生孢子和厚垣孢子。关于木霉菌产分生孢子和厚垣孢子的机理，目前国际上研究的不多。木霉菌株分生孢子产量是受不同营养成分（碳源、氮源）及其它影响因子如pH、温度、接种量等影响的。厚垣孢子是一种厚壁的有抵抗能力的孢子，是许多真菌的一种抵抗不良环境的孢子类型，但木霉菌厚垣孢子形成的机理还不清楚。有研究发现特定的营养水平会影响厚垣孢子的形成，环境的不适也有利于厚垣孢子的形成，而糖类或蛋白胨水平的升高则会抑制孢子的形成。Bettina等人通过筛选一系列可能的厚垣孢子调控因子，确定TOR和cAMP途径对产孢至关重要。可防控的主要致病菌木霉菌对多种植物病原真菌具有有效的防治作用，如尖孢镰刀菌（Fusariumoxysporum）、立枯丝核菌（Rhizoctoniasolani）、葡萄孢属真菌（Botrytisspp.）、疫霉菌（Phytophthoraspp.）、核盘菌（Sclerotiniasclerotiorum）等。木霉菌能够作用的致病菌有很多，简单介绍一下实验中应用到的几种。镰刀菌（Fusariumoxysporum）在全球范围内是一种很常见的真菌性土传病害，尖孢镰刀菌的防治极其困难，主要是因为该病菌具有致病力强、致死率大等特点，且其厚垣孢子在土壤中能够长期存活。当尖孢镰刀菌侵染植株后，植株会因缺乏水分和养分而枯萎，因其主要为害植株的维管束，阻碍根部朝上运送水和营养物质。尖孢镰刀菌可以造成番茄枯萎病、黄瓜枯萎病等病害。有研究显示木霉菌可以以竞争方式对镰刀菌产生强抑制作用；木霉菌还可以通过提高植物抗逆酶，增强和诱导植物的系统抗性，从而抑制黄瓜枯萎病。灰葡萄孢菌（Botrytiscinerea）的寄主范围十分广泛，可危害果蔬、粮食等各种植物（FILLINGERandELAD,2016），且其能够危害寄主地上部分的所有器官（叶片、花瓣、果实等），其中对果实的危害最为严重。灰霉病最典型的病征是在低温高湿条件下病部产生灰色或灰褐色霉层。灰葡萄孢可以造成葡萄灰霉病、草莓灰霉病等。在施用了木霉菌微生物菌剂后，番茄灰霉病发病率下降，且植株长势和高度也得到了促进。茄链格孢菌（Alternariasolani）在世界各地分布广泛，其生存方式主要有腐生、内生或寄生。该病原菌主要危害叶片、茎秆和果实，侵染后会产生同心轮纹不规则病斑，产生灰黑色霉状物，会造成严重的经济损失，可引起番茄早疫病、十字花科黑斑病、马铃薯早疫病、辣椒早疫病、百合科紫斑病等。有人用木霉菌发酵液来浸泡马铃薯块茎达到了防治马铃薯早疫病的目的。疫霉菌（Phytophthoracapsici）属于卵菌门，可侵染茄科、葫芦科和豆类等多种农作物，在苗期到成株期，辣椒疫霉均可侵染植株的根、茎、叶和果实，侵染后的植株出现茎基部缢缩、萎蔫、猝倒、坏死、僵果等症状。可引起辣椒疫病、番茄晚疫病等病害。有实验显示木霉菌可以产生挥发性和非挥发性的代谢物均对烟草疫霉菌具有明显的抑制作用，且促进了烟草种子萌发和根系生长。立枯丝核菌（Rhizoctoniasolani）属于担子菌门，在自然界的寄主十分广泛，至少能够侵染43科的263种植物，侵染植物后，病株茎基出现褐色腐烂，且块茎表面产生黑色颗粒。立枯丝核菌能够引起茎基腐病、马铃薯黑痣病、禾本科纹枯病、烟草靶斑病等病害。郭成瑾等人发现哈茨木霉处理马铃薯后，对马铃薯黑痣病的防效达到了70.26%，能够对立枯丝核菌起到抑制作用。产业现状木霉菌生物防治方面是具有应用前景的生防真菌之一。它具有生长快、产孢量大、在植物根际定殖量大、不受土壤抑菌干扰、抑菌广谱性和广泛适应性等特点。在使用过程中，不仅可以控制病害的发生，还可以提高种子的萌发率、根系和幼苗的生长长度以及植物的生命力等，在世界各地均有应用。木霉菌在工业、食品加工上也被广泛应用，如里氏木霉等。如今，木霉菌作为植物共生体和有效的真菌寄生菌，是植物保护（生物杀真菌剂）和植物生长促进（生物肥料）的有效生物效应剂，它们被广泛用于可持续农业中的病原菌生物防控。国内对木霉菌生物防治方面的研究还局限于木霉菌对植物病原菌拮抗机理的分析，拮抗菌株的筛选，发酵条件的优化等。主要剂型为粉剂、可湿性粉剂和水分散粒剂。国内登记生产木霉菌制剂的企业逐渐增加，木霉菌制剂在市场上的销售增长较为迅速，目前为止，木霉菌生防制剂已占据了真菌杀菌剂近一半的市场份额。中国木霉杀菌剂登记情况(部分）目前木霉菌的产品类型按用途分主要有：生物农药，防治植物病害；生物肥料，促生防病；土壤修复剂，有机物或重金属土壤污染修复。按有效成分类型：分生孢子制剂、厚垣孢子制剂、分生孢子和菌丝混合制剂。木霉菌产业化关键技术：高效菌株（生防潜力评价）、高效低成本生产工艺（液固两相发酵生产分生孢子、液体发酵生产分生孢子、液体发酵生产厚垣孢子、液固两相发酵生产分生孢子和菌丝混合制剂）、合适的防治对象和应用技术（生物农药方面-土传病害防治：枯萎病、黄萎病、纹枯病、立枯病、疫病等。叶部病害防治：灰霉病。环保方面-持久性污染物污染、农药污染、重金属污染等。微生物肥料方面-促生根和根系发育，植物生长健壮；促生长，提高生物量，增加产量；改善农产品品质，提高产品质量；改善土壤微生物菌群结构，提高土壤生物肥力。本身营养价值有限，通过调控植物生理状况而起到肥效作用。）虽然近些年木霉产业迎来了迅速发展，但其产业面临着挑战与发展瓶颈，笔者总结如下