植物病害生物防治概述

李 凱，袁 鶴

（山西舜天農(nóng)業(yè)微生物科學(xué)技術(shù)研究院，山西陽泉045000）

植物病害是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自然災(zāi)害之一?；瘜W(xué)防治是控制植物病害的有效方法，具有見效快、殺菌譜廣、成本低、使用簡便等優(yōu)點(diǎn)[1]，但化學(xué)殺菌劑的長期大量使用會造成土壤、大氣等環(huán)境污染、破壞生態(tài)平衡。隨著近年來人們對食品安全及環(huán)境污染問題的關(guān)注，一些化學(xué)殺菌劑在許多發(fā)達(dá)國家和地區(qū)已被嚴(yán)格限制使用[2]。人們開始尋找一種對人類和環(huán)境無害并具有良好防治效果的新的植物病害防治策略。生物防治高效且無毒、無害、無污染、不產(chǎn)生抗藥性，不僅符合人們對綠色食品的需求，而且為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了保障，因此，植物病害生物防治的研究越來越受到重視。

1 植物病害生物防治的概念及作用機(jī)理

植物病害生物防治是指利用有益微生物或微生物代謝產(chǎn)物對植物病害進(jìn)行有效防治的技術(shù)與方法[3]，其實(shí)質(zhì)就是利用微生物種間或種內(nèi)的抗生、競爭、重寄生、溶菌作用，或者通過微生物代謝產(chǎn)物誘導(dǎo)植物抗病性等，來抑制某些病原物的存活和活動。我國植物病理學(xué)家陳延熙根據(jù)多年實(shí)踐和國際上生物防治的方向，提出了比較符合自然情況的生防概念[4]。他指出：“植物病害的生物防治是在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)寄主植物的微生物環(huán)境，使其利于寄主而不利于病原物或者使其對寄主與病原物的相互作用發(fā)生有利于寄主而不利于病原物的影響，從而達(dá)到防治病害的目的?！?/p>

用于植物病害防治的微生物種類主要有細(xì)菌、真菌、放線菌。這些生防微生物控制植物病害的機(jī)制主要有：（1）通過占領(lǐng)病原菌在植物上的侵染位點(diǎn)，與病原物競爭水分、營養(yǎng)而達(dá)到防治病害的目的；（2）通過產(chǎn)生代謝產(chǎn)物抑制病原物的生長和代謝；（3）通過寄生在病原菌上，利用病原菌獲得營養(yǎng)，從而抑制病原菌的生長；（4）誘導(dǎo)植物對病原菌產(chǎn)生系統(tǒng)獲得性抗性，增強(qiáng)植物的抗病性；（5）對植物的生長環(huán)境進(jìn)行微生態(tài)調(diào)控，促進(jìn)植物生長，增強(qiáng)其對病害的抵御能力；（6）通過多種生防機(jī)制對病原菌起協(xié)同拮抗作用。

2 生防微生物的種類

2.1 生防細(xì)菌

細(xì)菌具有種類多、繁殖力高、代謝活動復(fù)雜且產(chǎn)物多、對病原菌的作用方式多樣[5]、生活周期短、易于人工培養(yǎng)等特點(diǎn)，在自然發(fā)生的生物防治和人類應(yīng)用生物防治的活動中，拮抗細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物都起到了重要作用[6]。目前，應(yīng)用較多的生防細(xì)菌主要有芽孢桿菌（Bacillus）、假單胞桿菌（Pseudan onas）、土壤放射桿菌（Agrobacterium radiobacter）和巴氏桿菌（Pasteurella）等[7]。

2.1.1 芽孢桿菌 芽孢桿菌能夠產(chǎn)生耐熱、耐旱、抗紫外線和有機(jī)溶劑的內(nèi)生孢子，并且對許多病原物及它們引起的病害具有抑制作用或防治效果，因此，它是理想的生防菌篩選對象[8]。目前，廣泛用于防治植物病害的芽孢桿菌主要有：枯草芽孢桿菌（B.subtilis）、蠟狀芽孢桿菌（B.cereus）、多粘芽孢桿菌（B.polymyxa）、巨大芽孢桿菌（B.megaterium）以及短小芽孢桿菌（B.pumilis）等[9]。芽孢桿菌通過成功定殖于植物根際、體表或體內(nèi)，同病原菌競爭植物周圍的營養(yǎng)，分泌抗菌物質(zhì)抑制病原菌生長，同時誘導(dǎo)植物防御系統(tǒng)抵御病原菌入侵，從而達(dá)到生防的目的[10]。

2.1.2 假單胞桿菌 假單胞桿菌廣泛存在于植物根周圍，具有突出的防病增產(chǎn)作用，是植物病害生物防治的一個重要類群，尤其是防治植物根部病害。假單胞桿菌屬細(xì)菌，其具有生長速度快、易培養(yǎng)、易遺傳改良、容易產(chǎn)生大量的次生代謝產(chǎn)物的優(yōu)點(diǎn)，這使其有利于生防應(yīng)用[11]。目前，研究較多的有熒光假單胞桿菌、丁香假單胞桿菌、洋蔥假單胞桿菌、惡臭假單胞菌等。

2.1.3 巴氏桿菌 巴氏桿菌因其具有抗性內(nèi)生孢子，易于附著在線蟲體壁和侵染線蟲，寄生后又可產(chǎn)生大量的孢子，再次實(shí)現(xiàn)侵染并且性能穩(wěn)定而受到植物病害學(xué)家的青睞，成為線蟲防治的又一生防菌[12]。

2.2 生防真菌

目前，用于植物病害防治的生防真菌主要有木霉菌、毛殼菌、淡紫擬青霉菌、粘帚霉、頭狀莖點(diǎn)霉等。

2.2.1 木霉菌 1932年，Weindling[13]發(fā)現(xiàn)木素木霉（T.lignorum）能夠寄生于多種植物病原真菌中，并且在土壤中增加木霉菌數(shù)量能夠防治某些植物病害，由此人們才開始關(guān)注木霉菌的生防功能。木霉菌是應(yīng)用非常普遍的生防真菌，應(yīng)用較多的木霉菌有哈茨木霉、康寧木霉、木素木霉、具鉤木霉、長柄木霉、多孢木霉等，至少對18個屬20余種病原真菌和多種病原細(xì)菌有拮抗作用[9]。目前，世界上有60多個國家使用100多種含有木霉菌成分的生物制劑產(chǎn)品。木霉菌不僅能防病，還具有促進(jìn)植物生長、提高營養(yǎng)利用效率、增強(qiáng)植物抗逆性和修復(fù)農(nóng)化污染環(huán)境等功能[14]。

2.2.2 毛殼屬真菌 毛殼菌有300多個種，可以預(yù)防谷物秧苗的枯萎病、甘蔗猝倒病，能夠降低番茄枯萎病、蘋果斑點(diǎn)病的發(fā)病率，對立枯絲核菌、甘藍(lán)格鏈孢屬、毛盤孢屬、葡糖孢屬以及交鏈孢屬的病原菌也有一定的抑制作用[15]。

2.2.3 淡紫擬青霉菌 淡紫擬青霉（Paecilomyces liacnus）是土壤中植物線蟲的一種兼性寄生真菌[16]。淡紫擬青霉對南方根結(jié)線蟲（Meloidogyne incognita）、孢囊線蟲（Heteridera）、白色球胞囊線蟲（Globoder pallida）、穿刺線蟲（Tylenchulus）、金色線蟲、異皮線蟲和珍珠線蟲（Nacobbus）有很強(qiáng)的寄生能力[17]。淡紫擬青霉可用于小麥、玉米、大豆、甘蔗、高粱、馬鈴薯、甘薯、煙草、甜菜、花生、香蕉、葡萄、菠蘿、楊梅、草莓、甜瓜、西瓜、黃瓜、南瓜、辣椒、番茄、茄子、菊花、茶苗等多種作物線蟲的防治[18]。

2.3 生防放線菌

放線菌是土壤中一類重要的微生物，也是人們研究最早并廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生防微生物。目前，用于病蟲害生物防治的放線菌主要是鏈霉菌屬（Stretonyces）及其相關(guān)類群[19]。放線菌在生長過程中可以產(chǎn)生多種次生代謝物，在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的近10 000種微生物來源的生物活性物質(zhì)中，大約有2/3是由放線菌的各種次生代謝過程產(chǎn)生。

經(jīng)過不斷的探索研究，目前已篩選出10多種最具有生防價值的鏈霉菌，這些種類在植物病害的生物防治中起了巨大的作用。在我國現(xiàn)登記注冊的抗生素品種有23種，產(chǎn)品170個，生產(chǎn)廠家達(dá)253家，年制劑產(chǎn)量超過8萬t，其中，正式登記的殺菌劑品種有井岡霉素、農(nóng)抗120和多種抗霉素等9種，臨時登記的殺菌劑品種有生菌素、寧南霉素等4種，這些殺菌劑的使用已經(jīng)取得了巨大的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益[20]。井岡霉素是我國開發(fā)的一種最成功的生物農(nóng)藥，它是由吸水鏈霉菌井岡變種產(chǎn)生的，對水稻紋枯病的防效高、持效期長，能夠有效控制病害的發(fā)生，現(xiàn)已廣泛用于水稻紋枯病的防治[21]。

2.4 植物內(nèi)生菌

植物內(nèi)生菌是指能定殖在植物細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞間隙，與寄主植物共生的一類微生物[22]。植物體內(nèi)普遍存在有內(nèi)生菌，其具有種類多、分布廣、活性強(qiáng)的特點(diǎn)，一般在一種植物上就可以分離到數(shù)種至數(shù)10種內(nèi)生菌[23]。作為植物微生態(tài)系統(tǒng)的一部分，內(nèi)生菌長期生活于植物體內(nèi)，對植物自身的防衛(wèi)反應(yīng)具有適應(yīng)性，在植物體內(nèi)能夠正常存活[24]，并與寄主植物協(xié)同進(jìn)化，二者間形成了互相作用的生活關(guān)系。

2.4.1 植物內(nèi)生菌的種類 植物內(nèi)生菌主要包括內(nèi)生細(xì)菌、內(nèi)生真菌、內(nèi)生放線菌3大類。目前已報道的植物內(nèi)生細(xì)菌已超過129種，分布在54個屬，主要有假單胞桿菌屬（Pseudomomas）、腸桿菌屬（Enterobacter）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、土壤桿菌屬（Agrobacterium）、克雷伯氏菌屬（K lebsiella）、泛菌屬（Pantoea）、甲基桿菌屬（Methylobacterium）等。植物內(nèi)生真菌主要在藥用植物、羊茅屬植物、熱帶樹木中研究較多，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的內(nèi)生真菌主要為子囊菌類（Ascomyet）及其無性型，包括核菌綱（Pyrenomyetes）、盤菌綱（Discomyetes）和腔菌綱（Loculoascomyetes）等[20]。大多數(shù)的植物內(nèi)生放線菌是鏈霉菌屬（Streptomyces）、鏈輪絲菌屬（Streptovetricillum）、游動放線菌屬（Antinoplanes），除鏈霉菌外，還分離到很多稀有放線菌：諾卡氏菌屬（Nocardia）、小單胞菌屬（Micromonospora）、短小桿菌屬（Curtobacterium）、分枝桿菌屬（Mycobacterium）等[25]。

2.4.2 植物內(nèi)生菌的作用機(jī)理 內(nèi)生菌可以防治植物細(xì)菌、真菌引起的病害，主要通過產(chǎn)生抗菌物質(zhì)、與病原菌競爭營養(yǎng)、誘導(dǎo)植物抗病性等達(dá)到抗病作用[26-27]。已報道內(nèi)生細(xì)菌產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)主要有脂肽、藤黃綠膿素、吡咯菌素、幾丁質(zhì)酶及葡聚糖酶等，這些抗菌物質(zhì)產(chǎn)生于植物體內(nèi)，可以在體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，對入侵的病原菌有直接抑制作用[28]。

2.4.3 植物內(nèi)生菌的開發(fā)利用 Cottyn等[29]發(fā)現(xiàn)，水稻種子中4%的內(nèi)生細(xì)菌對稻紋枯病菌和稻瘟病菌有拮抗作用，其存在加強(qiáng)了水稻的抗病性。江曙等[30]從藥用植物海金沙中篩選內(nèi)生真菌，并以小麥赤霉病菌、番茄早疫霉菌、番茄灰霉病菌為病原菌，結(jié)果表明，80%以上的內(nèi)生真菌對這3種農(nóng)作物病原真菌具有較強(qiáng)的抗菌活性；其中，116（1）號菌株對小麥赤霉菌菌絲生長和孢子萌發(fā)的抑制率分別為99.7%，65.8%；活性物質(zhì)檢測表明，抗作物病原真菌的內(nèi)生真菌種類及其次生代謝產(chǎn)物都具有廣泛的生物多樣性。Vijay等[31]從印糠中分離內(nèi)生放線菌，通過抑菌試驗(yàn)得出，分離的放線菌中60%的菌株對植物致病性的細(xì)菌和真菌都有抑制作用。

3 植物病害生防中存在的問題及解決途徑

3.1 生防菌在應(yīng)用中存在的問題

目前，應(yīng)用生物防治控制植物病害已經(jīng)越來越受到世界各國的重視，對生防微生物的研究較多，但能夠?qū)嶋H應(yīng)用到植物病害防治上的還很少。在實(shí)驗(yàn)室分離的具有較好生防作用的微生物，當(dāng)其在田間應(yīng)用到病原植物上時，效果往往很差，可能是因?yàn)樯牢⑸镒陨矸N群的繁殖及作用效果易受到環(huán)境等諸多因素的影響，藥效反應(yīng)慢，因此，生防的效果大多不明顯甚至無效[32]。目前，生防微生物多為活菌制劑，在田間施用時常受到溫度、濕度、土壤pH值等外界因素的影響，因此，防治效果也不穩(wěn)定[33]。

3.2 理論研究方面的解決途徑

為了解決生防菌在應(yīng)用中的問題，在理論研究方面，需要加強(qiáng)對生防菌生態(tài)適應(yīng)性、生防微生物的代謝產(chǎn)物及其功能基因、生防微生物在寄主植物上的定殖規(guī)律、生防微生物對病原菌的作用機(jī)理以及二者間的相互關(guān)系等進(jìn)行深入研究，加快生防微生物作為生防制劑在植物病害防治中的應(yīng)用。

3.3 應(yīng)用研究方面的解決途徑

在應(yīng)用研究方面，可以通過基因工程方法對生防菌進(jìn)行改造或者對生防菌產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)進(jìn)行改良，拓寬新型高效生防菌的來源，提高生防菌產(chǎn)生拮抗物質(zhì)的能力和生防效果。另外，還可以通過構(gòu)建遺傳工程菌提高生防菌的生防能力，引入抗菌物質(zhì)基因、裂殖基因、耐殺菌劑基因等，使生防菌在植物體系中具有更強(qiáng)的增殖、定殖能力和更強(qiáng)的適應(yīng)性[11]。在具體應(yīng)用上，可以通過物理或化學(xué)的方法人為地為生防微生物創(chuàng)造良好的競爭生存條件，同時還可以配合使用生物肥料增加生防微生物的防病能力。

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