利用生防微生物防治人參根部病害的研究進(jìn)展△

邵天蔚，李勇

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥用植物研究所，北京 100193)

·綜述·

利用生防微生物防治人參根部病害的研究進(jìn)展△

邵天蔚，李勇*

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥用植物研究所，北京 100193)

人參是我國傳統(tǒng)名貴中藥材，病害問題是人參生產(chǎn)中的難點(diǎn)。化學(xué)防治造成環(huán)境污染、農(nóng)殘超標(biāo)等問題，嚴(yán)重影響人參品質(zhì)和使用安全。生防微生物作為化學(xué)農(nóng)藥的有效替代品，在防治人參病害的同時(shí)，還能有效解決化學(xué)防治帶來的諸多負(fù)面問題。本文從真菌、細(xì)菌、放線菌和微生物混合制劑等方面闡述了人參根部病害生物防治的研究現(xiàn)狀，介紹了生防微生物防治人參根部病害的作用機(jī)理，并就微生物農(nóng)藥在開發(fā)過程中存在的問題以及發(fā)展前景進(jìn)行綜述。

生防微生物；人參；根部病害；生物防治

人參(PanaxginsengC.A.Mey.)是五加科多年生宿根植物，為我國傳統(tǒng)名貴中藥材。我國人參栽培面積居世界首位，吉林省長白山區(qū)作為我國人參的主產(chǎn)區(qū)，每年人參總產(chǎn)量超過全國的80%[1]。人參病害主要以根部土傳病害為主，也伴有一些地上部的病害。人參根部發(fā)病率平均20%左右，重者高達(dá)70%以上，嚴(yán)重影響人參的產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。人參栽培周期一般5～6年，較長時(shí)間連作和自毒作用使得人參生長發(fā)育受到不同程度的抑制[3]，抗病能力下降[4]，直接或間接導(dǎo)致人參根部病害加重。1921年，Hartley報(bào)道用10余種常見土壤腐生真菌和細(xì)菌來防治人參根腐病。自此，具有抑菌效果的微生物菌株被相繼用于植物病害防治[5]。國家出臺(tái)的《中藥材生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范(試行)》也明確提倡使用微生物菌劑，盡可能減少化學(xué)農(nóng)藥的使用。微生物菌劑對(duì)人參及周邊環(huán)境友好，且不存在化學(xué)農(nóng)藥殘留問題，在人參根部病害防治過程中具有較大的應(yīng)用潛力。

1 人參病害生物防治研究現(xiàn)狀

1.1 利用生防真菌防治人參根部病害

應(yīng)用于生物防治的真菌主要是木霉菌屬(Trichodermaspp.)真菌，常見的有哈茨木霉T.harzianum、綠色木霉T.viride、鉤狀木霉T.hamatum、長枝木霉T.longibrachiatum、康寧木霉T.koningii等[5]。據(jù)已有研究報(bào)道，木霉對(duì)人參銹腐菌Cylindrocarpondestructans、立枯絲核菌Rhizoctoniasolani、腐霉菌Pythiumspp.、鐮刀菌Fusariumspp.等引發(fā)的人參根部病害均有較好的防治效果。丁萬隆等[6]研究發(fā)現(xiàn)，木霉菌劑可大幅降低西洋參立枯病發(fā)病率，防治有效率達(dá)97%以上。強(qiáng)薇等[7]證實(shí)木霉對(duì)人參主要病害有較好的抑菌作用，抑菌譜較寬。木霉菌劑在防治人參根病的同時(shí)，還能提高人參種子發(fā)芽率和種苗成活率[8]。此外，木霉菌還可誘導(dǎo)植物多種抗氧化酶活性升高，間接提高植物的抗病潛能[9]。

1.2 利用生防細(xì)菌防治人參根部病害

生防細(xì)菌具有種類多、分布廣、繁殖快、易培養(yǎng)等優(yōu)勢(shì)，其對(duì)病原菌的作用方式多樣，且可誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗性。常見生防細(xì)菌主要有假單胞菌Pseudomonas和芽孢桿菌Bacillus兩大類群[10]。二者廣泛存在于植物根際土壤，通過產(chǎn)生抗菌物質(zhì)抑制病菌生長，防病增產(chǎn)效果明顯；另外，芽孢桿菌還具有抗逆性強(qiáng)、耐高溫、易貯存、對(duì)人畜無毒害、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是較為理想的生防微生物資源[11]。研究表明，芽孢桿菌對(duì)人參菌核菌、人參銹腐菌和人參黑斑菌抑菌效果明顯，且防治效果穩(wěn)定[12-13]。常用于植物土傳病害防治的芽孢桿菌主要有枯草芽孢桿菌B.subtilis、蠟狀芽孢桿菌B.cereus和巨大芽孢桿菌B.megaterium等。

1.3 利用生防放線菌防治人參根部病害

用放線菌防治中藥材土傳病害的研究較生防真菌和細(xì)菌要早[5]。一些放線菌菌株不僅具有抑菌活性，而且可促進(jìn)人參生長發(fā)育，提高產(chǎn)量，改善品質(zhì)[14]。楊陽等[15]抑菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同鏈霉菌Streptomycesvirginiae抑菌圈大小近似，而產(chǎn)生的抑菌物質(zhì)對(duì)真菌菌絲有明顯破壞作用。同時(shí)，人參土傳病害發(fā)生與土壤放線菌數(shù)量變化有關(guān)：隨種植年限增加，連作土傳病害逐年加重，土壤中生防放線菌數(shù)量不斷減少[4]。

另外研究發(fā)現(xiàn)，將不同生防菌復(fù)配使用可以降低植物病害的發(fā)病率，增強(qiáng)防治效果[16]。生物藥劑EM即是由多種微生物混配而成，0.6%EM對(duì)西洋參銹腐病的抑菌效果比百菌清、代森錳鋅等化學(xué)農(nóng)藥更好[17]。張愛華等[18]將木霉菌和放線菌復(fù)配施用，對(duì)西洋參立枯病和銹腐病的防治效果大幅提高，且菌劑對(duì)西洋參生長有促進(jìn)作用。

2 生防微生物的防病機(jī)理

2.1 生防真菌

木霉菌為半知菌亞門絲孢綱絲孢目叢梗孢科木霉屬真菌，其通過以下方式達(dá)到抑菌效果：1)競(jìng)爭作用，包括生存空間和營養(yǎng)資源的競(jìng)爭。木霉菌生長速度快于土傳病原真菌，能搶先占領(lǐng)有利生態(tài)位，阻斷病原菌的營養(yǎng)來源，從而減輕植物受病原菌的侵染和危害[5，19]；2)重寄生作用是病害生物防治過程中非常獨(dú)特的作用方式，其在植物病害生物防治過程中發(fā)揮重要作用。木霉菌通過鉤狀分枝、吸器或附著胞吸附于病原菌的菌絲上，或穿透病原菌的菌絲并在其內(nèi)擴(kuò)展和生長，或穿入寄主菌絲體或者圍繞寄主菌絲體周圍生長，使病原菌菌絲細(xì)胞原生質(zhì)濃縮，菌絲斷裂，最終達(dá)到抑制病原菌菌絲生長的目的[20]；3)抗生作用，木霉菌能夠產(chǎn)生多種抗生素和幾丁質(zhì)酶、纖維素酶、葡聚糖酶等降解酶，不僅抑制土傳病菌生長，還對(duì)病菌菌絲結(jié)構(gòu)具有顯著的破壞作用[5，9]；4)誘導(dǎo)抗性和激發(fā)植物防御機(jī)制。一方面，木霉菌通過干擾植物內(nèi)源激素合成或提供外源激素促進(jìn)植物生長[21]。另一方面，木霉菌通過與植物建立共生關(guān)系，產(chǎn)生誘導(dǎo)植物防御反應(yīng)的化合物，間接提高植物抗病性[22]。

2.2 生防細(xì)菌

生防細(xì)菌防御病原物主要通過以下3種方式實(shí)現(xiàn)：1)競(jìng)爭作用，細(xì)菌與病原菌搶占營養(yǎng)物質(zhì)、物理位點(diǎn)、生態(tài)位點(diǎn)，導(dǎo)致病原菌無法生存。潘曉曦等[23]研究發(fā)現(xiàn)，生防菌B-09與人參灰霉病病原菌對(duì)峙培養(yǎng)時(shí)的抑菌圈大小不隨時(shí)間改變，且抑菌圈周圍的病原菌菌絲生長異常，并伴有原生質(zhì)體外泄現(xiàn)象。根據(jù)勾長龍等[24]報(bào)道，隨生防菌HB-3無菌發(fā)酵液增多，人參根腐病菌菌落逐漸變小，菌絲變短減少；2)抑菌作用，生防細(xì)菌通過產(chǎn)生多種抗生素抑制植物病原菌生長。Haas等[25]證實(shí)，產(chǎn)生抗生素是生防菌抵抗病原菌的重要機(jī)制。另外，生防細(xì)菌產(chǎn)生的抑菌次生代謝產(chǎn)物及幾丁質(zhì)酶、纖維素酶、葡聚糖酶等降解酶對(duì)病原菌生長有明顯抑制作用。Ben等[26]研究發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌V26分泌的幾丁質(zhì)酶可導(dǎo)致馬鈴薯立枯絲核菌菌絲細(xì)胞壁溶解、質(zhì)體滲漏、菌絲破裂；3)誘導(dǎo)系統(tǒng)抗病性，主要借助病原物或其他因素誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗性[27]。研究發(fā)現(xiàn)，次生代謝產(chǎn)物合成基因發(fā)生突變的缺失，突變株無防病功能或防病能力明顯下降，說明次生代謝產(chǎn)物可以誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗病性提高[28]。

2.3 生防放線菌

放線菌產(chǎn)生的抑菌活性物質(zhì)可以破壞病原菌細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)及能量代謝途徑，從而抑制植物病害微生物生長。有些放線菌還能提高植物的抗病能力，具體如下：1)競(jìng)爭作用，包括空間競(jìng)爭和營養(yǎng)競(jìng)爭。放線菌可與病原菌在同一環(huán)境中競(jìng)爭根際土壤、氧氣、營養(yǎng)源，形成對(duì)病原菌的生態(tài)位點(diǎn)排斥，從而有效阻止靶標(biāo)病原菌生長和病原菌對(duì)宿主植物的侵染[29]；2)抑菌作用，一方面放線菌通過合成幾丁質(zhì)酶和纖維素酶破壞病原真菌細(xì)胞壁，導(dǎo)致病原真菌死亡[30]。另一方面，放線菌能產(chǎn)生大量抗生素及酶抑制劑等抑菌活性物質(zhì)，并對(duì)病原菌細(xì)胞壁合成、細(xì)胞膜通透性、能量代謝、蛋白質(zhì)及核酸合成等產(chǎn)生影響[31]；3)重寄生作用，是指生防放線菌寄生在病原菌上，分泌幾丁質(zhì)酶、葡聚糖酶和蛋白酶，破壞病原菌菌絲并吸收其營養(yǎng)成分，從而抑制病菌的生長[32]；4)誘導(dǎo)宿主植物產(chǎn)生抗病性，放線菌還可誘導(dǎo)植物根系活力及抗氧化酶活性提高，進(jìn)而提高人參的抗病性。張鴻雁[4]研究表明，接種放線菌劑Act12，可誘導(dǎo)人參葉片苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)活性提高，間接增強(qiáng)人參的抗病能力。

3 存在的問題

3.1 缺乏高效、穩(wěn)定的菌株

近年來，越來越多的科研工作者活躍在對(duì)生防菌劑的篩選工作上，篩選出了許多具有抑菌活性的生防菌。但是，多數(shù)菌株仍停留在室內(nèi)研究，真正應(yīng)用到田間生產(chǎn)的菌種相對(duì)較少；另外，很多抑菌效果顯著的生防菌株在實(shí)際應(yīng)用過程中表現(xiàn)出抑菌活性降低、定殖困難、菌種衰退等現(xiàn)象，暫時(shí)還不具備商品化的客觀條件。因此，在研制高效、穩(wěn)定的活體生防菌劑的同時(shí)，還可考慮將生防菌產(chǎn)生的抗生素、抗菌蛋白等抗菌物質(zhì)制成微生物源農(nóng)藥，使其能更好地服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

3.2 制約因素多，推廣難度大

盡管生防菌種類繁多，但就單株生防菌而言，田間防病效果往往并不理想。因此，可以考慮將多種生防菌株混和使用，通過不同生防機(jī)制發(fā)揮防病作用，有助于防病效果的提高。另外，還需要對(duì)參農(nóng)開展專業(yè)技術(shù)指導(dǎo)，提高參農(nóng)對(duì)生防菌劑的了解，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，培養(yǎng)植物病害綠色防控治理念。

4 生防微生物在人參根部病害防治中的應(yīng)用前景

人參土傳根病一直是中藥材生產(chǎn)中的難點(diǎn)問題。人參根部作為入藥主體，土傳病原菌侵染會(huì)對(duì)人參產(chǎn)量和品質(zhì)造成顯著影響，給人參生產(chǎn)帶來重大損失。在人參根病防治過程中，化學(xué)殺菌劑因廉價(jià)、廣譜、藥效顯著等特點(diǎn)被大量使用，然而化學(xué)殺菌劑長期使用不僅造成環(huán)境污染，也導(dǎo)致人參農(nóng)藥殘留超標(biāo)，嚴(yán)重制約人參藥材的安全性和商品價(jià)值。盡管目前化學(xué)農(nóng)藥在防治植物病害中仍占主導(dǎo)地位，但隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及對(duì)藥品安全要求的提高，微生物防治技術(shù)將具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

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ResearchProgressofRootDiseasesControlUsingAntagonisticMicroorganisms

SHAO Tianwei，LIYong*

(InstituteofMedicinalPlantDevelopment，ChineseAcademyofMedicalScienceandPekingUnionMedicalCollege，Beijing100193，China)

Panaxginsengis a famous Chinese traditional medicine，diseases is an intractable problem in ginseng production.Chemical control caused by environmental pollution，pesticide residues，which seriously affects the quality and the safety of ginseng.As an effective alternative of chemical pesticides，biocontrol microorganisms will not result in negative problems caused by using chemical pesticide in the process of diseases control ofP.ginseng.In the present paper，biocontrol research status of biocontrol fungi，bacteria，actinomycetes and microbial preparation etc on root diseases ofP.ginsengwas discussed.The mechanism of antagonistic microorganisms on ginseng root diseases control was introduced.Finally，the problems and development prospects of microbial pesticide in the development process were discussed.

Antagonistic microorganisms；Panaxginseng；root disease；biocontrol

2016-03-03)

中醫(yī)藥行業(yè)科研專項(xiàng)(201407005)；中藥材種子種苗和種植(養(yǎng)殖)標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)(2012ZX09304006)

*

李勇，副研究員，研究方向：藥用植物病害生物防治；E-Mail：liyong@implad.ac.cn

10.13313/j.issn.1673-4890.2016.3.029