棉花黃萎病菌的拮抗生物菌研究淺述

喬艷艷　楊兆光　楊磊　崔金杰　雒珺瑜　李捷

摘要：為了倡導減少化肥農(nóng)藥的應(yīng)用，推行對人畜安全、不污染環(huán)境、對植物無不良影響、不干擾其他防治措施的生物防治，通過查閱相關(guān)資料和結(jié)合課題調(diào)研，系統(tǒng)歸納了棉花黃萎病生物菌防治策略、研究種類和進展以及存在的問題，旨在促進棉花黃萎病的生物菌防治的研究和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：棉花；黃萎??；生物菌；生物防治

中圖分類號：S435.621.2.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095—3143（2016）06—0019—05

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2016.06.004

0引言

棉花黃萎病自1914年首次在美國發(fā)現(xiàn)以來，已成為危害嚴重的世界性病害，并于1935年由美國斯字棉引種傳入我國，在我國各大棉區(qū)迅速蔓延。經(jīng)過百年的研究，國內(nèi)外學者對該病的癥狀、發(fā)病規(guī)律等生物學特性已進行了系統(tǒng)的描述，對于引發(fā)該病的病原物黑白輪枝菌和大麗輪枝菌（在我國主要是后者）的形態(tài)和生理特性的研究已深入，已達到分子生物學水平。培育高抗黃萎病的棉花新品種是防治該病的最有效途徑。目前已培育出部分耐病品種，它們的推廣和應(yīng)用對棉花的病害防治起到了一定的作用，但是抗病性水平不高、抗性不夠穩(wěn)定成為抗黃萎病育種的主要弊端。另外有研究表明，品種的抗病性與豐產(chǎn)性呈反比。在棉花高抗黃萎病且豐產(chǎn)性高的優(yōu)良品種育成并普遍推廣之前，黃萎病的有效防控措施仍為國內(nèi)外植保工作者的主要研究方向。在普遍倡導減少化肥農(nóng)藥應(yīng)用的大環(huán)境下，生物防治以其對人畜安全、不污染環(huán)境、對植物無不良影響、不干擾其他防治措施等諸多特點而備受青睞。因此，系統(tǒng)歸納棉花黃萎病生物菌防治策略、研究種類和進展以及存在的問題，旨在促進棉花黃萎病的生物菌防治的研究和發(fā)展。

1棉花黃萎病的生防策略

棉花黃萎病是典型的土傳病害，微菌核是黃萎病菌在土壤中存活的主要結(jié)構(gòu)和初侵染菌源，在病害循環(huán)中起重要作用，當年微菌核在土壤中的數(shù)量和存活情況是預(yù)測翌年黃萎病發(fā)生程度的重要指標?？梢姡乐蚊藁S萎病的重要措施就是探索如何有效破壞微菌核的形成、影響微菌核的存活以及延遲黃萎菌在寄主體內(nèi)的定殖。基于以上形成如下的黃萎菌的生物防治策略：①抑制微菌核在寄主死后的病殘體上形成；②降低微菌核在病殘體中的存活能力；③利用曬土和土壤熏蒸劑等措施與拮抗菌結(jié)合來降低微菌核的存活；④利用拮抗微生物阻止微菌核在根尖和生長區(qū)的萌發(fā)以及對根的侵入。

2棉花黃萎病生防菌的種類及研究

棉花黃萎病的生防菌主要包括拮抗細菌、真菌、放線菌等，來源主要為根際土壤微生物及植物體的內(nèi)生菌。

2.1拮抗細菌及其生防研究

拮抗細菌對棉花黃萎病生防作用報道很多，種類主要包括嗜麥芽糖寡養(yǎng)單胞菌（Stenotrophomonas）、芽孢桿菌（Bacillus spp.）、熒光假單胞桿菌（Fluorescent Pseudomonas）、黃單胞桿菌（Xanthomonas sp.）、草生歐文菌（Erwini herbicola）等，其中研究最多的是芽孢桿菌。拮抗細菌來源主要分為根際細菌和內(nèi)生細菌兩大類。李社增，等從棉花根際和根內(nèi)分離到17個菌株，在平板對峙培養(yǎng)中都能極顯著抑制黃萎病菌的生長，其中15株的抑菌率大于65%，最高達89.6%。這些菌株的培養(yǎng)濾液也具有抑制作用。

一般認為，根際細菌對黃萎病的拮抗作用機理是通過產(chǎn)生肽類、磷脂類、多烯類和氧基酸等抗菌物質(zhì)，達到抑制病原菌菌絲生長的作用，從而對黃萎病起到防治作用。Berg和Lottmann以Stenotrophomonas maltophilia為模式菌，研究了拮抗細菌對油菜黃萎菌作用機制，發(fā)現(xiàn)S.maltophilia可以產(chǎn)生抗生素、嗜鐵素、幾丁質(zhì)酶和β-1，3-葡聚糖酶等物質(zhì)，證實了抗生素的產(chǎn)生是拮抗細菌對黃萎菌生長抑制的主要作用機制。袁紅水，等對21株芽孢桿菌屬細菌進行抗黃萎病試驗，結(jié)果顯示6株菌株的抑菌活性較高，抗菌物質(zhì)主要為蛋白或多肽類物質(zhì)，該類物質(zhì)通過抑制大麗輪枝菌孢子萌發(fā)和使菌絲體原生質(zhì)凝集而抑制其生長。陳莉，等研究對棉花黃萎病具有抑制作用的枯草芽胞桿菌A178菌株認為，該菌株通過產(chǎn)生頡頏物質(zhì)使病原真菌菌絲體斷裂，抑制分生孢子的萌發(fā)從而抑制病原菌的侵染。

內(nèi)生細菌拮抗作用機理比較復雜，一方面內(nèi)生細菌與病原菌對侵染部位和營養(yǎng)的競爭有關(guān)，另一方面內(nèi)生細菌產(chǎn)生抗生素酶類物質(zhì)或類植物激素、誘導植物產(chǎn)生系統(tǒng)抗性、溶菌作用和重寄生作用等。張鐸，等從棉株中分離篩選到一株對棉花黃萎病菌具有較強拮抗作用的內(nèi)生細菌BSD-2，并證實為枯草芽孢桿菌；平板對峙試驗表明，BSD-2對多種植物病原真菌有抑制作用，其培養(yǎng)液的粗提液，能夠有效抑制黃萎病菌孢子萌發(fā)。王琦，等從棉花維管組織內(nèi)分離到的頡頏細菌能誘導植物體合成一些能使植物體本身增加對病害菌的抵御能力的物質(zhì)，如細胞壁物質(zhì)、植保素、幾丁質(zhì)酶等其他一些抗氧化酶類。夏正俊，等對棉株內(nèi)生細菌的研究表明，細菌能誘導棉花同工酶活性的變化，且該內(nèi)生菌還能促進棉花的生長，從而達到有效控制棉花黃萎病的發(fā)生和發(fā)展?？梢?，內(nèi)生細菌的幾種拮抗機理是可以協(xié)同作用，只是哪種機理在某種內(nèi)生細菌中發(fā)揮主要作用。

2.2拮抗真菌及其生防研究

國內(nèi)外早期研究表明，利用真菌防治棉花黃萎病研究較多的主要包括木霉（Trichoderma spp.）、黃色蠕形霉（Talaromyces FLAVUS）、頂枝孢霉（Acremonium spp.）、曲霉（Aspergillus spp.）、粘帚霉（Gliocladium spp.）、黑粘座孢霉（Myrothecium roridum）、繩狀青霉（Penicillium fungiculosum）、寡雄腐霉（Pythium oligandrum）、匐柄霉（Stemp Ghylium spp.）和球毛殼菌（Chaetomium glob osum）、鐮刀菌（Fusarium spp.）、瘤黑粘座孢菌（My-rothecium verrucaria）等。后又發(fā)現(xiàn)叢枝菌根菌（Arbuscular mycorrhizal）對棉花黃萎病也有一定的拮抗作用。其中研究較多的是木霉及黃色蠕形霉兩種，尤其是木霉菌的生防制劑研發(fā)較為是成功。

目前全世界60%的生物農(nóng)藥均以木霉菌株進行開發(fā)，國外商品化的木霉制劑包括美國的ToPshield（哈茨木霉T22菌株）、以色列的Trichodex（哈茨木霉T139菌株）、新西蘭的木霉制劑Trichodex和Trichoflow、俄羅斯的Mycol、韓國的YC458、西班牙哈茨木霉和綠色木霉混合制劑TUSAL等，對植物病害有較好的防治效果和增產(chǎn)作用。國內(nèi)學者李雪玲，等從土壤真菌中篩選出13個對黃萎病菌有生防潛力的菌株，溫室盆栽試驗結(jié)果證實，這13個菌株均可有效地降低棉黃萎病的發(fā)生率和病情指數(shù)，其中以3號菌株（木霉菌）作用效果最為明顯；田問小區(qū)防效試驗表明，3號木霉菌株對棉黃萎病第一次發(fā)病高峰和第二次發(fā)病高峰的防治效果分別為38.2%～53.5%和13.6%～36.0%。黃色蠕形霉（T.flavu）廣泛存在于土壤中，并能在植物根部和根際土壤中定殖，但該菌受環(huán)境影響大，防效不穩(wěn)定。馬平，等從棉鈴內(nèi)部分離到兩株非致病性鐮刀菌，通過空間競爭和營養(yǎng)競爭有效地抑制黃萎菌的生長，并且能夠抑制棉花黃萎菌微菌核的產(chǎn)生，田問試驗結(jié)果顯示，在棉田第一次黃萎病發(fā)病高峰時，其防效在50%左右。

拮抗真菌的防病機制目前認為主要是重寄生作用、抗生作用、競爭作用，產(chǎn)生細胞壁降解酶，誘導植物抗性等；多種作用機制問存在協(xié)同作用。姚煥章，等在進行木霉菌和黃萎菌對峙培養(yǎng)中，木霉菌的生長速度比黃萎菌快8.8倍，當兩菌接觸后黃萎菌則停止生長，木霉菌繼續(xù)生長的同時侵入黃萎菌落，控制黃萎菌的擴展。張海軍，等通過平皿對峙培養(yǎng)研究綠色木霉GY20對棉花黃萎病菌的抑制機理及溫室防效研究，表明綠色木霉菌株GY20對棉花黃萎病菌菌株抑制作用，在光學顯微鏡下觀察到GY20使V3菌絲細胞的原生質(zhì)濃縮和菌絲斷裂；且盆栽試驗顯示GY20對棉花幼苗的黃萎病具有很好的防治效果。Madi，等利用抗苯來特標記的黃色蠕形霉研究其對黃萎菌的拮抗機制，證實該菌通過重寄生作用、抗生作用、競爭作用達到防治黃萎病的功效。宋曉研，等篩選到一株對棉花黃萎病菌有很強拮抗作用的木霉菌株SMF5，研究表明其對棉花黃萎病菌的作用機制包括生境競爭、產(chǎn)生耐熱代謝產(chǎn)物、產(chǎn)生細胞壁降解酶等，協(xié)同作用于黃萎病菌。

2.3拮抗放線菌及其生防研究

對黃萎病研究最早的生防菌是放線菌，主要圍繞鏈霉菌（Streptomyces spp.）進行。前蘇聯(lián)研究者早在20世紀50年代研究過放線菌對棉花枯萎病和黃萎病的防治。我國也在20世紀50年代分離篩選出對棉花黃萎病菌拮抗活性較強的放線菌菌株G4和5406（細黃鏈霉菌Streptomyces microflavus），這兩種菌株對棉花黃萎病具有較好的防治效果，且對棉花具有增產(chǎn)作用。20世紀80年代末芬蘭學者Kenica成功推出一種分離自泥煤的放線菌殺菌劑，商品名Mycostop，是由灰綠鏈霉菌（S.griseovidis）的孢子和菌絲制成的，該制劑主要防治土傳病原菌，且防效穩(wěn)定。

放線菌作為棉花黃萎病拮抗菌的一個重要來源，尤其是根際土壤中的拮抗放線菌，種類多、數(shù)量大。李毅，等從3種不同的蔬菜地根際土壤中篩選出對棉花黃萎病病原菌具有拮抗作用的放線菌130株，經(jīng)初步分類和鑒定，這130株放線菌分為6個屬，其中鏈霉菌屬114株，為優(yōu)勢種群。放線菌的抑菌機理主要為產(chǎn)生功能多樣性豐富的抗生素及多種次生代謝物質(zhì)，抑制棉花黃萎病菌菌絲生長及菌核萌發(fā)。薛磊，等采用菌絲生長速率法、微菌核萌發(fā)法研究了B49、D148、Actl2等菌株對大麗輪枝菌的抑菌機制，并獲取1株鏈霉菌發(fā)酵液對病原菌菌絲生長、微菌核形成與萌發(fā)均具有較強的抑制作用，該菌株5倍稀釋發(fā)酵液對微菌核形成的抑制率達100%。劉大群，等研究發(fā)現(xiàn)鏈霉菌及其發(fā)酵液對黃萎病菌菌絲的生長均有強烈的抑制作用，可導致菌絲變形，并有溶菌現(xiàn)象。柳成賓，等為發(fā)掘新疆鹽環(huán)境中生防活性放線菌，以棉花黃萎菌為靶標，從805株新疆鹽環(huán)境放線菌中篩選獲得14株拮抗菌，其中抑菌活性最強的菌株為TRM42561，該菌株對棉花黃萎菌的抑菌圈直徑達26.33 mm，且抗菌譜廣；室內(nèi)抑菌活性表明，TRM42561的發(fā)酵液對棉花黃萎菌菌絲生長的抑制率為83.75%，孢子萌發(fā)抑制率為68.75%；田問試驗結(jié)果表明，TRM42561對棉花黃萎病的田間防治效果顯著，在3次施藥后的第15天和第30天，其防治效果分別為33.06%和41.65%?；诜啪€菌在生物防治方面的作用，篩選對棉花黃萎病的生防放線菌具有重要的意義。

3棉花黃萎病生防菌研究存在的問題與討論

目前，在黃萎病抗耐病品種缺失、化學防治無特效藥的情況下，黃萎病的生物防治已成為黃萎病防治的研究熱點，但生物防治的應(yīng)用存在一個難點，即由于生防菌的來源種類不同，生防效果受多種因素的影響，生防菌的防效存在不穩(wěn)定性（大田試驗的防效往往低于實驗室及盆栽實驗的防效）。因此，截止目前棉花黃萎病的生防菌研究主要集中在實驗室研究階段，中小試的產(chǎn)品和品種很多，產(chǎn)業(yè)化的卻很少。國內(nèi)外登記注冊的防治棉花黃萎病的生防菌還未見報道，但國外已有防治其他作物黃萎病的生防制劑商品。如德國開發(fā)的生防制劑PROPHYTA，為黃藍狀菌（T.flavus），用于蔬菜黃萎病的防治，荷蘭應(yīng)用此產(chǎn)品防治馬鈴薯黃萎病也有一定的效果。比利時登記的Bio—Fungus，為木霉菌（Trichoderma spp.），主要防治花卉、草莓、蔬菜和樹木的黃萎病。這為棉花黃萎病的生物防治提供一線曙光。隨著科技的不斷發(fā)展，未來有望通過先進的技術(shù)手段對生防菌進行定向改良，或者篩選能保持生防因子理化性狀的助劑配方，提高新劑型分散性和附著性的表面活性劑，研制出提高生防因子防治效果的新助劑和新劑型，提高生防菌的防治效果和有效利用率，使棉花黃萎病的生物防治被社會和廣大棉農(nóng)所接受，在今后的棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。