毛殼菌對(duì)植物病害的生物防治及存在的問題

1、第18卷第3期2002年8月農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究SY STE M SCIE NCES AND COMPREHE NSIVE ST UDIES IN AG RICU LT URE V ol.18,N o.3Aug.,2002收稿日期:2001-11-051基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(39400087資助1作者簡介:遲玉杰(1963-,女,在讀博士,教授,從事生物化學(xué)與食品化學(xué)研究1毛殼菌對(duì)植物病害的生物防治及存在的問題遲玉杰楊謙(哈爾濱工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與工程系哈爾濱150001摘要:植物病原菌的抗藥性是植物病害化學(xué)防治中的一個(gè)嚴(yán)重問題,已經(jīng)威脅到了化學(xué)防治的有效性。通過對(duì)生物防治菌毛殼菌對(duì)

2、植物病害防治、防治機(jī)理及其存在問題進(jìn)行回顧,旨在探討生物防治菌的進(jìn)一步開發(fā)利用的途徑。圖1,參17。關(guān)鍵詞:毛殼菌;植物病害;生物防治中圖分類號(hào):S476文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1001-0068(200203-0215-04Biological control of plant diseases with Chaetomium spp.and the problems in its application/Chi Yujie ,Yang Q ian (Dapartment of Life Science and Technology ,Harbin Institute of Technol

3、ogy ,Harbin 150001,China SSCSA ,2001,18(3:215218Abstract :Resistance of plant pathogenic fungi to chemical fungicides has been a very serious problem which is limiting the effi 2ciency of plant disease chemical control badly.The biological control with Chaetomium spp 1and its mechanisms as well as t

4、he problems in the application of Chaetomium spp 1were reviewed in this paper in order to im prove the plant disease control by devel 2oping the biological control agents.K ey w ords :Chaetomium spp.;plant diseases ;bio 2control引言植物病原菌的抗藥性是植物病害化學(xué)防治中的一個(gè)嚴(yán)重問題,它給多種植物病害如果樹、蔬菜、農(nóng)作物、經(jīng)濟(jì)作物等病害的防治帶來很大困難。由于抗藥性問題

5、引起的防治效果下降,甚至完全失效而造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大,因此,通過綜合防治即化學(xué)防治與生物防治結(jié)合來克服植物病原菌的抗藥性問題,可以對(duì)植物病原菌的抗藥性進(jìn)行有效治理,確保植物病害的防治效果1。植物病原菌生物防治的目的是通過以下方法減少乃至防止病害的發(fā)生:減少病原菌的接種體,即減少作物病原菌的殘存量,減少產(chǎn)生或釋放活的繁殖體,降低菌絲體生長所造成的傳播范圍;減少病原菌對(duì)寄主的感染;減少病原菌產(chǎn)生危害的嚴(yán)重程度2。毛殼菌通常存在于土壤和有機(jī)肥中,是子囊菌綱的最大屬中的一個(gè),它可以有效降解纖維素和有機(jī)物,并對(duì)土壤中的其它微生物產(chǎn)生拮抗作用,因此,毛殼菌成為植物病原菌的生物防治菌并被廣泛應(yīng)用。但是毛殼菌

6、對(duì)苯并咪唑類殺菌劑異常敏感,致使它無法在綜合防治體系中與苯并咪唑類殺菌劑結(jié)合使用,對(duì)植物病害進(jìn)行有效控制3。通過探討毛殼菌對(duì)植物病害的防治、防治的機(jī)理及其存在的問題,目的在于探討生物防治菌的進(jìn)一步開發(fā)利用的途徑。1毛殼菌的自然概況毛殼菌屬于子囊菌亞門、核菌綱、球殼目、黑孢殼科。其分類主要依據(jù)子囊殼的形狀、子囊殼壁上生出的附屬絲及其直徑、子囊的形態(tài)、子囊孢子的形狀和量度等。毛殼菌是常見的霉腐菌,廣泛分布于自然界的各種基物和發(fā)霉的含纖維素的日常用品上,包括植物殘?bào)w、土壤、草食和雜食動(dòng)物及鳥類和鼠類的糞便、種子、木材、皮革等。此屬的大多數(shù)種都含有較強(qiáng)的纖維素酶,能有效降解纖維素和有機(jī)質(zhì)。本屬菌絲交織

7、,透明有隔。子囊殼表生,為球形、卵形或瓶形,頂端有一孔口。子囊殼壁的膜質(zhì)呈透明或不透明,易破裂,表面著生各種形式的附 屬絲,通常分化為須根、側(cè)生附屬絲和頂生附屬絲。須根根狀,起固定和吸收養(yǎng)分的作用,側(cè)生附屬絲較短,頂生附屬絲較長,分枝或不分枝,形態(tài)各異。子囊基部束生,棍棒狀或圓柱狀,囊壁早期消解,內(nèi)含8個(gè)子囊孢子,不規(guī)則排列或排成單行。子囊孢子單細(xì)胞呈球形、橢圓形、檸檬形,為黃褐色、暗褐色或橄欖色,排溢出孔口外的子囊孢子干凝成柱狀或錐狀。本屬的某些種產(chǎn)生分生孢子或厚桓孢子,厚桓孢子在菌絲上間生或頂生(見圖14,5。世界上有毛殼菌300多個(gè)種,它可拮抗土壤中的某些微生物。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有些毛殼屬(球毛

8、殼、角毛殼可預(yù)防谷物秧苗的枯萎病、甘蔗猝倒病,降低由尖鐮孢屬引起的番茄枯萎病、 黑星菌引起的蘋圖1毛殼菌果斑點(diǎn)病等的發(fā)病率,且對(duì)立枯病絲核菌、甘藍(lán)格鏈孢屬、擬莖點(diǎn)霉屬、毛盤孢屬、葡萄孢屬以及交鏈孢屬病原菌的生長有一定的抑制作用6。2毛殼菌對(duì)植物病害的防治Martin和M oore在1954年發(fā)現(xiàn)7,巴西的各品種燕麥的種子被Chaetomium globosum(球毛殼和Chaetomium cochliodes(螺卷毛殼侵染后,則對(duì)維多利亞長蠕孢毒素的作用產(chǎn)生了抵抗力,從而使谷物、燕麥、大麥的幼苗免受Fusarium spp.(鐮孢屬或Drechslera sorbkiniana的侵染。土壤中

9、的病原菌所引起的植物疾病而造成的損失是相當(dāng)大的,而對(duì)植物病原菌的生物防治是化學(xué)控制的一種有效而有前景的補(bǔ)充。尖鐮孢霉屬是引起番茄枯萎病的致病菌,若用毛殼菌與化學(xué)殺菌劑PC NB同時(shí)使用,番茄枯萎病的發(fā)病率由43%降低到22%8。Pythium ultimum(終極腐霉是引起許多植物的種子腐爛和植物猝倒病的病原菌,此病原菌在越冬期以卵孢子和孢子囊孢子的形式在土壤中生存,當(dāng)條件適宜的時(shí)候,在12小時(shí)內(nèi)就可在甜菜種子表面形成菌落,繼而危害作物的正常生長9。甘蔗枯萎病是由于甘蔗種子被Phoma botae(甜菜莖點(diǎn)霉污染、土壤被Pythium ultimum或Rhizoctonia solani(立枯

10、絲核菌污染所引起的,用毛殼菌的子囊孢子處理甘蔗種子,可以降低甘蔗枯萎病的發(fā)生率。同樣,棉花枯萎病也是由于棉花種子被Pythium ultimum(終極腐霉或Rhizoctoniasolani(立枯絲核菌污染而引起的,用毛殼菌的子囊孢子處理棉花種子,可有效控制這兩種棉花病原菌所造成的為害。用球毛殼處理南瓜屬種子,可以減少因Hylemya platura引起的種子子實(shí)體損傷和Pythium spp.造成的種子腐爛9。如果種子在播種前未用毛殼菌處理,則種子在萌發(fā)期間,許多微生物很快定殖在種子表面,而且蠅的卵能夠促進(jìn)種子表面假單胞菌的生長,使假單胞菌成為種子表面的優(yōu)勢(shì)菌,從而促進(jìn)植物病原菌的增殖,繼而

11、引起種子腐爛和植物猝倒病的發(fā)生。若種子在萌發(fā)前用毛殼菌處理,再進(jìn)行播種,毛殼菌的子囊孢子很快繁殖并在種子表面形成一層厚厚的菌絲,大大抑制了假單胞菌的對(duì)數(shù)生長,并且不影響種子周圍土壤的菌系11。另外,葉面噴灑球毛殼制劑能控制由Venturiainaequlis(蘋果黑星菌所引起的蘋果黑星病,如將球毛殼制劑(5×106cps/ml噴灑在蘋果葉子上,能減少Venturia inaequlis的孢子數(shù)而降低葉子的腐爛程度12,13。由球毛殼產(chǎn)生的抗真菌物質(zhì)球毛殼素(Chaetomin在抑制引起甘蔗猝倒病的病原菌Pythium ultimum方面起著重要作用9。紅橘是泰國重要經(jīng)濟(jì)作物之一,它面

12、臨的最大威脅是根部和基部因寄生疫霉引起的腐爛。這種病原菌已經(jīng)在柑橘種植區(qū)危害了30年,種植者通常使用甲霜靈等化學(xué)殺菌劑處理寄生疫霉,但由于抗藥性的產(chǎn)生,被侵染多年的橘子樹會(huì)慢慢死掉,這給種植者造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。如果將毛殼菌殺菌劑混入被寄生疫霉侵染的土壤,可以防止柑橘的根612農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究第18卷部和莖部的腐爛,但要求每隔4個(gè)月用石灰調(diào)節(jié)土壤的pH值并加入一定量的有機(jī)肥。結(jié)果表明,用毛殼菌處理的柑橘的發(fā)病率較用甲霜靈處理的柑橘的發(fā)病率降低了47.25%;還觀察到,用毛殼菌處理的土壤含有寄生疫霉的孢子數(shù)明顯降低,由毛殼菌處理的柑橘產(chǎn)量(55.35kg/株明顯高于由甲霜靈處理的柑橘產(chǎn)量(

13、27.79kg/株。毛殼菌在防治玉米病原菌及病害中也起著一定的作用,其玉米發(fā)病率由25.55%降至15.75%。同樣,毛殼菌對(duì)草莓、榴蓮和黑胡椒等植物的病原菌均有一定的抑制作用6。3毛殼菌對(duì)植物病害的作用機(jī)理3.1毛殼菌對(duì)植物病害的防治作用球毛殼(Chaetomium globosum和角毛殼(Chaetomium cupreum的某些特定品系能夠產(chǎn)生抗生物質(zhì),從而抑制Phytophthora parasitica(寄生疫霉,P.palmivora(棕櫚疫霉P.cactorum, Pyricularia oryzae,Fusarium oxysporum(鐮刀孢霉, Colletotrichu

14、m gloeosporides(盤長孢狀刺盤孢霉, C.dematium(束狀刺盤孢霉,Sclerotium rolfsii and Rhizoctonia solani(立枯絲核菌等植物病原菌6,14。3.2毛殼菌促進(jìn)植物生長球毛殼和角毛殼的某些特定品系能夠產(chǎn)生麥角甾醇類物質(zhì),有助于改善和提高土壤肥力,從而促進(jìn)植物的生長且提高農(nóng)作物的產(chǎn)量,如番茄、玉米、水稻、柑橘、黑胡椒、榴蓮及石竹等6。3.3毛殼菌可以誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗性球毛殼和角毛殼的某些特定品系代謝所產(chǎn)生的物質(zhì),能夠誘導(dǎo)植物某些組織抗氧化能力的增強(qiáng),從而提高植物的抗病能力6,11。3.4毛殼菌能競(jìng)爭性抑制植物病原菌的生長毛殼菌和植物病原菌

15、一樣,在生長過程中都需要營養(yǎng)物質(zhì),而營養(yǎng)物質(zhì)是由植物供給的,因此毛殼菌和植物病原菌在生長過程中有拮抗作用。4毛殼菌在植物病害防治方面存在的問題和解決辦法4.1毛殼菌在植物病害防治方面存在的問題苯并咪唑類殺菌劑是應(yīng)用比較廣泛的化學(xué)殺菌劑,多菌靈是苯并咪唑類殺菌劑中的一種。楊謙等人3的試驗(yàn)表明,球毛殼和角毛殼均對(duì)多菌靈敏感,且隨著多菌靈濃度的增加其菌落生長半徑減小。即當(dāng)多菌靈濃度為0.20g/ml時(shí),毛殼菌菌絲的生長明顯受到抑制,當(dāng)多菌靈濃度為0.60g/ml 時(shí),毛殼菌不能生長。多菌靈對(duì)兩種毛殼菌的有效抑制濃度(EC50分別為0.198g/ml和0.194g/ ml。正由于毛殼菌在使用過程中易出

16、現(xiàn)上述問題,因而大大限制了它的使用范圍。4.2解決辦法抗藥性基因的利用基因工程為殺蟲真菌的應(yīng)用潛力提供了廣闊前景。G oettel等15將抗苯菌靈的-微管蛋白基因(ben R導(dǎo)入綠僵菌中得到抗苯菌靈的轉(zhuǎn)化子,其抗性比原來受體菌株的提高了10倍,從而為綠僵菌與殺真菌劑苯菌靈混合使用更有效地殺滅害蟲提供了可能?；蚬こ踢€為病原菌的生物防治提供了有效手段,但在植物病害的綜合防治體系中,常常需要化學(xué)防治與生物防治結(jié)合使用,此時(shí)化學(xué)殺菌劑會(huì)出現(xiàn)殺死生物防治菌的現(xiàn)象,例如:在菌核病的防治中,許多生防菌無法與化學(xué)農(nóng)藥如多菌靈同時(shí)使用,這給菌核病的綜合防治帶來很大困難,急需一種類似綠僵菌的解決辦法。楊謙等16

17、在廣泛收集殺菌劑抗性菌株的同時(shí),分析和分離了它們的抗性基因,經(jīng)過長期的努力并與國內(nèi)外同行合作,已經(jīng)完成了Saccharomyces cerevisiae對(duì)多菌靈抗性基因在木霉菌(Trichoderma har zianum中的轉(zhuǎn)化,其中轉(zhuǎn)712第3期遲玉杰等:毛殼菌對(duì)植物病害的生物防治及存在的問題化后的木霉菌能在含150g/ml多菌靈的培養(yǎng)基上正常生長,且其抗藥性在非選擇性培養(yǎng)基上連續(xù)培養(yǎng)10代保持不變。目前,正在對(duì)多菌靈抗性基因在木霉菌和毛殼菌中的轉(zhuǎn)化作進(jìn)一步研究。5植物病原菌抗藥性基因利用前景隨著生物技術(shù)的發(fā)展,對(duì)植物病原菌抗藥性基因的利用已取得了初步的進(jìn)展。我們相信,將植物病原菌抗藥性基

18、因用于生物防治因子,會(huì)使植物病蟲害綜合防治這一前景更為廣闊。在不久的將來,會(huì)有一大批植物病原菌抗藥性基因被分離和轉(zhuǎn)化出來而應(yīng)用于生防因子,推動(dòng)化學(xué)防治與生物防治的結(jié)合,加速綜合防治的發(fā)展。5.1微生物基因組研究的必要性微生物基因組及其功能的研究將導(dǎo)致一場(chǎng)影響深遠(yuǎn)的生物學(xué)乃至生命科學(xué)的革命。這些研究有助于闡明植物病原菌的致病機(jī)理,搞清植物病原菌的抗性基因轉(zhuǎn)化機(jī)制,加快研制新型基因工程生物防治菌的進(jìn)程。5.2抗藥性基因轉(zhuǎn)化率提高的必要性在抗藥性基因利用方面,存在“感受態(tài)”的選擇、轉(zhuǎn)化率的提高、克隆基因在轉(zhuǎn)化子中的表達(dá)和轉(zhuǎn)化子的穩(wěn)定性等問題。特別是轉(zhuǎn)化率偏低的問題,楊謙報(bào)道16多菌靈抗性基因在木霉菌

19、中的轉(zhuǎn)化率只有1/(2×105,此項(xiàng)研究與其它真菌轉(zhuǎn)化系統(tǒng)相比17,轉(zhuǎn)化率還很低。因此,應(yīng)繼續(xù)對(duì)轉(zhuǎn)化條件、目的基因載體質(zhì)粒的構(gòu)建,特別是轉(zhuǎn)化后殺菌劑的篩選時(shí)間進(jìn)行進(jìn)一步探索,以提高其轉(zhuǎn)化率。5.3生物防治菌產(chǎn)品開發(fā)的緊迫性由于化學(xué)殺菌劑特別是內(nèi)吸性殺菌劑長期而廣泛的使用,植物病原菌對(duì)其抗藥性非常突出。需要通過綜合防治尤其是與生物防治相結(jié)合,來克服其抗藥性的問題,從而對(duì)植物病原菌進(jìn)行有效控制。但是,目前生物防治菌多數(shù)尚處于研究與開發(fā)的初始階段,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于生產(chǎn)上植物病蟲害防治的實(shí)際要求。加之市場(chǎng)上蔬菜、水果中農(nóng)藥殘留量的嚴(yán)重超標(biāo),不利于綠色食品的健康發(fā)展,因此大力開發(fā)生物防治菌產(chǎn)品已勢(shì)在

20、必行。參考文獻(xiàn):1楊謙.植物病原菌抗藥性概論M.哈爾濱:黑龍江科M.北京:農(nóng)業(yè)出版社,1984.3Y ang Qian,S ong jinzhu,Liu liqun,et al.A study on biocontrolmechanism of Chaetomium sppA.Advanced S tudy on Plant PestBiological C ontrol editedC.Heilong and T echnology Press.2000.4周與良,邢來君.真菌學(xué)M.北京:高等教育出版社,1985.5蘇世彥.食品微生物檢驗(yàn)手冊(cè)M.北京:中國輕工業(yè)出版社,1998.6K ase

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