我國近10年植物致病真菌生物學(xué)特性研究綜述

王桂清， 曾 路， 馬 迪， 趙 鵬

(聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東聊城 252059)

真菌無處不在，種類繁多，據(jù)估計全世界有真菌150萬種，已被描述的有10萬余種。許多真菌是野生和栽培植物的病原菌，能引起植物病害，約占全部植物病害的70%～80%。幾乎每種作物上都有幾種真菌病害，多的有十幾種，有不少是嚴(yán)重危害植物的，甚至是毀滅性的。要想有效地控制植物真菌病害，必須了解其致病真菌的生物學(xué)特性，從而有的放矢地采取相應(yīng)措施。本文根據(jù)近10年發(fā)表的部分相關(guān)文獻(xiàn)對植物致病真菌的生物學(xué)特性進(jìn)行分析與總結(jié)，以期為常見真菌病害的防控奠定理論基礎(chǔ)。

1 培養(yǎng)基對真菌生長的影響

真菌菌絲的生長需要一定的營養(yǎng)條件，不同種類的培養(yǎng)基含有的成分不同，可以滿足不同真菌生長所需。培養(yǎng)基是微生物學(xué)研究和微生物發(fā)酵工業(yè)的基礎(chǔ)，目前供真菌生長的常用培養(yǎng)基包括馬鈴薯葡萄糖瓊脂(potato dextrose agar，簡稱PDA)培養(yǎng)基、馬鈴薯蔗糖瓊脂(potato sugar agar，簡稱PSA)培養(yǎng)基以及查氏、燕麥、蛋白胨、胡蘿卜、清水瓊脂、蕎麥煎汁、番茄、豆芽汁瓊脂、麥芽汁瓊脂、完全培養(yǎng)基等。

不同植物致病真菌生長所需的最適培養(yǎng)基不同。茭白胡麻葉斑病菌(Bipolariszizaniae)、茄子褐紋病菌(Phomopsisvexans)和草莓根腐病菌[尖孢鐮刀菌(Fusariumoxysporium)]等真菌的菌絲在PDA、PSA、查氏、燕麥以及蛋白胨培養(yǎng)基上均能生長，各菌落生長的平均直徑大小不一，其中茄子褐紋病菌培養(yǎng)3 d時的菌落直徑在PDA培養(yǎng)基上最大，為55.8 mm，是查氏培養(yǎng)基的3.4倍左右，在PSA培養(yǎng)基上的菌落直徑為48.2 mm，是查氏培養(yǎng)基的2.9倍。因此，PDA、PSA是茄子褐紋病菌生長的最佳培養(yǎng)基[1-3]。李瓊等比較了蕎麥白霉病菌(Ramulariaanomala)在不同培養(yǎng)基中菌絲的生長情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該病菌在番茄培養(yǎng)基和蕎麥煎汁培養(yǎng)基上生長得較好，培養(yǎng)4 d后菌落直徑分別為74.3、74.0 mm，并且菌絲比較茂盛，其次是在PDA培養(yǎng)基上，在清水瓊脂培養(yǎng)基上生長得最差，4 d后菌落直徑僅為13.3 mm，且菌落稀薄[4]。枸杞根腐病是一種系統(tǒng)感染性病害，病株的根和根莖部腐爛，莖稈維管束變褐色，單隔鐮刀菌(F.dimerum)為其致病菌之一。朱曉峰等研究表明，單隔鐮刀菌在豆芽汁瓊脂培養(yǎng)基、麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基、完全培養(yǎng)基、PDA培養(yǎng)基、PSA培養(yǎng)基上的菌落直徑分別為61.0、46.7、46.2、50.2、45.8 mm，即豆芽汁瓊脂培養(yǎng)基為單隔鐮刀菌生長的最佳培養(yǎng)基[5]。

2 溫度對致病真菌菌絲生長的影響

真菌生長過程中所發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)絕大多數(shù)是在特定酶的催化下完成的，每種酶都有最適的酶促反應(yīng)溫度，溫度的變化影響著酶促反應(yīng)速率，最終影響細(xì)胞物質(zhì)合成；溫度還可以影響細(xì)胞質(zhì)膜的流動性，從而影響真菌對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌，所以溫度是影響真菌生長最重要的環(huán)境因子。不同的植物致病真菌在不同的環(huán)境溫度下的菌落生長直徑見表1。

從表1可以看出，(1)不同植物致病真菌對溫度的適應(yīng)性不同。絕大多數(shù)真菌在10～35 ℃范圍內(nèi)均可生長，且隨著溫度的升高菌絲生長速率整體表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢。(2)同一屬不同種的真菌其最適溫度不同。如表1中列出10種鐮刀菌屬真菌，其最適溫度不同，玉竹根腐病菌、楊樹枯萎病菌、紫花苜蓿根腐病原菌等生長的最適溫度為 25 ℃，香莢蘭尖孢鐮刀菌、水稻穗腐病層出鐮刀菌、蓮藕腐敗病菌等的最適生長溫度為28 ℃，火龍果鐮刀菌果腐病菌、尖孢鐮刀菌亞麻?；?、番木瓜茄病鐮刀菌、三葉木通葉斑病菌等的最適生長溫度為30 ℃，枸杞根腐病菌的最適生長溫度為 35 ℃[6-15]。(3)不同屬不同種真菌最適溫度可以相同，也可以不同。引起大果沙棘潰瘍病的病原菌為殼梭孢屬，番茄灰葉斑病的致病菌為匍柄霉屬，雖然2種致病真菌為不同的屬，但是兩者菌絲生長的最適溫度均為25 ℃；云南紅豆杉莖灰斑病菌為擬莖點霉屬，其最適的生長溫度是28 ℃，蕎麥白霉病菌為柱隔胞屬，其菌絲在20 ℃條件下長勢最好[16-18]。(4)植物致病真菌的最適溫度變幅較小，集中在25～30 ℃的溫度范圍內(nèi)，說明一般室溫條件就可以滿足絕大多數(shù)真菌的生長。

表1 溫度對部分致病真菌菌落生長的影響[1-30]

注：沒有填寫的為研究者未研究此溫度。

3 光照對致病真菌菌絲生長的影響

光照是真菌生長過程中一個不可忽略的因素，其作用是雙向的，既可刺激真菌發(fā)育，也可抑制真菌發(fā)育，光照的作用機(jī)制是復(fù)雜的，且受其他環(huán)境因子或營養(yǎng)因子的影響。不同的光照條件對12種植物病害致病真菌菌落生長的影響見圖1。從圖1可以看出，(1)光照可以刺激部分植物致病真菌的發(fā)育，進(jìn)而促進(jìn)菌絲的生長。茭白胡麻葉斑病菌在PDA培養(yǎng)基上經(jīng)全光照、光暗交替(12 h光照—12 h黑暗)、全黑暗條件下分別培養(yǎng)3 d，菌落平均直徑分別為64.5、60.1、48.1 mm，說明光照條件較有利于菌絲的生長；茄子褐紋病菌、橡膠鏈格孢葉斑病菌等真菌的生長速率也均隨著光照時間的延長而增加，在全光照條件下生長得最好，菌落直徑最大[1-3，19]。(2)光照可以抑制部分植物致病真菌發(fā)育。尖孢鐮刀菌亞麻專化型真菌、蕎麥白霉病菌、楊樹枯萎病菌等均在持續(xù)黑暗條件下菌絲生長最快，光照時間越長，菌絲生長越慢[4，7，13]。(3)光暗交替有利于部分植物致病真菌的發(fā)育。番茄灰葉斑病菌、三葉木通葉斑病菌、香莢蘭尖孢鐮刀菌等在不同光照時間下菌絲生長率差異明顯，在光暗交替條件下生長得最快，在圖1中的趨勢線呈屋脊?fàn)頪8-9，14-15]。(4)光照條件對部分植物致病真菌的生長無明顯影響。云南紅豆杉莖灰斑病菌、綠橙炭疽病菌、薯蕷干腐病菌等植物致病真菌的生長速率與光照時間無明顯相關(guān)關(guān)系，即光照對其無明顯影響，在圖1中的趨勢線幾乎為直線[18，20-22]。

4 pH值對致病真菌菌絲生長的影響

pH值通過影響細(xì)胞質(zhì)膜的透性和膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性來影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，從而影響真菌的生長速率。大部分真菌的可生長pH值范圍為2～12，pH值低于2和高于12時，菌絲生長受到強(qiáng)烈抑制。每種真菌體內(nèi)的酶所需要的pH值不同，發(fā)生酶促反應(yīng)時的適宜pH值范圍也不同。

4.1 部分真菌菌絲的生長更適合偏酸性的環(huán)境條件

蕎麥白霉病菌在pH值為3～9范圍內(nèi)均能生長，在pH值 5～6的環(huán)境中生長得最好；在pH值3～6范圍內(nèi)，隨著pH值的升高菌落生長速率逐漸增大，在pH值為3時，菌落平均直徑≤41.5 mm，在pH值為6時，菌落平均直徑達(dá)84.0 mm，約是前者的2倍；在pH值6～9范圍內(nèi)，隨著pH值的增大菌落的生長速率逐漸減慢。該真菌不僅在酸性條件下生長速率較快，而且在酸性條件下生長量最大，菌絲生長茂盛，而在偏堿性條件下菌絲稀疏，生長受到強(qiáng)烈抑制[4]。薯蕷干腐病菌、高羊茅葉斑病菌等真菌也均在酸性環(huán)境中生長得較好[22-23]。

4.2 中性條件是部分真菌菌絲生長的適宜條件

雪蓮果葉腐病菌在pH值為4～9的PDA培養(yǎng)基上均能生長，當(dāng)pH值為4～7時，菌株的平均菌落直徑隨pH值的增加而增大；當(dāng)pH值為8～9時，平均菌落直徑隨pH值升高而減小；在pH值為7的培養(yǎng)基中生長得最好，培養(yǎng)7 d時平均菌落直徑達(dá)71.7 mm。說明雪蓮果葉腐病菌的最適生長pH值為7[24]。草莓根腐病菌、香莢蘭尖孢鐮刀菌等致病真菌也在pH值為7條件下長勢最佳，菌落平均生長直徑最大。

4.3 部分真菌菌絲的生長更適合偏堿性的環(huán)境條件

番茄灰葉斑病菌、玉竹根腐病菌、八角蓮葉斑病菌[25]、枸杞根腐病菌、橡膠鏈格孢葉斑病菌等真菌均在堿性條件下生長得較好，菌落生長速率最快。

5 碳源對致病真菌菌絲生長的影響

碳源在真菌的生長過程中為其提供碳素，碳源物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過一系列復(fù)雜的化學(xué)變化后，成為真菌自身的細(xì)胞物質(zhì)(如糖類、脂、蛋白質(zhì)等)和代謝產(chǎn)物，同時絕大部分碳源物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的生化反應(yīng)過程中還能為機(jī)體提供維持生命活動所需的能源。真菌利用碳源物質(zhì)具有選擇性，不同種類真菌利用碳源物質(zhì)的能力也有差別。可供真菌生長的碳源物質(zhì)包括葡萄糖、麥芽糖、淀粉、蔗糖、乳糖、木糖、果糖、山梨醇、甘油等。蔗糖、可溶性淀粉、麥芽糖和葡萄糖對部分真菌菌絲生長的影響如圖2所示。

從圖2可以看出，(1)葡萄糖作為最基礎(chǔ)的糖類物質(zhì)，是活細(xì)胞的能量來源和新陳代謝中間產(chǎn)物，是生物的主要供能物質(zhì)，成為部分真菌的最適碳源。紫花苜蓿根腐病菌、花生葉腐病菌[26]在上述4種碳源條件下均能生長，但在以葡萄糖為碳源時生長相對較好，葡萄糖為最適碳源，紫花苜蓿根腐病菌在葡萄糖、麥芽糖、蔗糖、可溶性淀粉4種碳源條件下的菌落直徑分別為66.7、59.8、63.0、65.2 mm。(2)楊樹黑斑型潰瘍病菌、高羊茅葉斑病菌的最適碳源為蔗糖[23，27]。楊樹黑斑型潰瘍病菌菌落在4種供試碳源中均能較好地生長，以蔗糖最好，葡萄糖最差，但無碳條件下完全不能生長；在蔗糖和葡萄糖碳源條件下很快產(chǎn)生深墨綠色色素，麥芽糖和可溶性淀粉條件下產(chǎn)生淡綠色色素，但產(chǎn)色素速度稍慢。(3)綠橙炭疽病菌、茄子褐紋病菌對麥芽糖的利用效果最好。茄子褐紋病菌對4種碳源均能利用，在以麥芽糖、葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉為碳源時的菌落直徑分別為37.3、33.0、32.1、28.7 mm。(4)可溶性淀粉是白菜絲核菌葉腐病菌、茭白胡麻葉斑病菌菌落生長的最適碳源[1，28]。如白菜絲核菌葉腐病菌菌絲在以可溶性淀粉為碳源時生長最快，在以葡萄糖為碳源時生長最慢；以可溶性淀粉和蔗糖為碳源的培養(yǎng)基上較早產(chǎn)生菌絲團(tuán)，所以菌核形成比其他碳源的培養(yǎng)基早。

還有部分致病真菌的最適碳源為其他糖類，例如芒萁葉斑病菌[29]與橡膠鏈格孢葉斑病菌的最適生長碳源為乳糖，山梨醇、甘油和D-果糖分別是西藏八角蓮葉斑病菌、云南紅豆杉莖灰斑病菌和火龍果鐮刀菌果腐病菌的最適生長碳源。

6 氮源對致病真菌菌絲生長的影響

氮源為真菌生長提供氮素，主要用來合成細(xì)胞中的含氮物質(zhì)。真菌對氮源的利用也具有選擇性，不同真菌利用氮源的能力不同。目前供真菌生長的常用氮源包括蛋白胨、牛肉膏、酵母膏、硝酸鉀、氯化銨、硫酸銨、賴氨酸、硝酸鈣、亞硝酸鈉、甘氨酸等。

6.1 有機(jī)氮對菌絲生長的影響

有機(jī)氮是植物、土壤和肥料中與碳結(jié)合的含氮物質(zhì)的總稱，主要包括蛋白質(zhì)、氨基酸、酰胺和尿素等。部分真菌生長利用有機(jī)氮的能力優(yōu)于無機(jī)氮，且菌絲長勢濃密，生長速率高。如通過比較橡膠鏈格孢葉斑病菌在含有14種不同氮源的培養(yǎng)基上的長勢發(fā)現(xiàn)，其在含酵母浸膏的培養(yǎng)基上長勢最好，培養(yǎng) 5 d 后菌落直徑達(dá)到55.7 mm；在含L-天門冬酰胺、甘氨酸、硝酸鈉、L-丙氨酸、氯化銨、色氨酸的培養(yǎng)基上長勢明顯減弱，菌落直徑無顯著性差異；尿素、酪氨酸、L-精氨酸、胱氨酸對該病菌有明顯的抑制作用，菌落直徑僅為8～18 mm；說明該病菌對有機(jī)氮源和無機(jī)氮源都能利用，但對有機(jī)氮源的利用率更高[19]。橡膠鏈格孢葉斑病菌、番茄灰葉斑病菌和蓮藕腐敗病菌等真菌在以酵母膏為氮源的培養(yǎng)基上菌落生長得最好，線性生長率較大；番木瓜茄病鐮刀菌、楊樹黑斑型潰瘍病菌、西藏八角蓮葉斑病菌、蕎麥白霉病菌等真菌在以蛋白胨為氮源的培養(yǎng)基中生長最快；玉竹根腐病菌、火龍果果腐病菌的最佳氮源為牛肉膏。

6.2 無機(jī)氮對菌絲生長的影響

無機(jī)氮是指植物、土壤和肥料中未與碳結(jié)合的含氮物質(zhì)的總稱，主要包括銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮等。部分真菌生長利用無機(jī)氮的能力優(yōu)于有機(jī)氮。(1)部分真菌對硝態(tài)氮的利用率較好。高羊茅葉斑病菌在以硝酸鉀、氯化銨、賴氨酸、硝酸鈣、亞硝酸鈉為氮源時，其菌落直徑分別為49.1、25.2、45.9、64.3、45.1 mm，說明在氮源利用上，該病菌對硝態(tài)氮的利用優(yōu)于銨態(tài)氮[23]；茭白胡麻葉斑病菌、玉米穗腐病菌[30]、云南紅豆杉莖灰斑病菌等真菌也對硝態(tài)氮的利用率最高。(2)部分真菌對銨態(tài)氮的利用率較好。亞麻枯萎病是由尖孢鐮刀菌亞麻?；鸵鸬囊环N世界性病害，潘虹等研究了該病菌對氮源的利用，結(jié)果表明，尖孢鐮刀菌亞麻?；蛯β然@的利用最好，對尿素、蛋白胨的利用情況次之，對硝酸鈉和亞硝酸鈉的利用情況較差，說明其對銨態(tài)氮的利用優(yōu)于硝態(tài)氮；花生葉腐病菌、云南紅豆杉莖灰斑病病菌等部分真菌也均對銨態(tài)氮的利用率最高[13]。(3)亞硝態(tài)氮對部分真菌生長的促進(jìn)作用較小，甚至表現(xiàn)為抑制作用。鄭莉等研究發(fā)現(xiàn)，高羊茅葉斑病菌菌絲生長對氮源的利用情況為硝酸鈣>CK>硝酸鉀>賴氨酸>亞硝酸鈉>氯化銨，即亞硝態(tài)氮對菌絲的生長沒有促進(jìn)作用[23]；潘虹等研究表明，以亞硝酸鈉作為氮源，尖孢鐮刀菌亞麻?；偷纳L量極少，甚至低于無氮對照，說明亞硝酸鈉對該菌的生長產(chǎn)生了抑制作用[13]。

真菌是生物界中很大的一個類群，分布在自然界的各個角落，世界上已被描述的真菌約有1萬屬12萬余種。它同細(xì)菌一樣能分解有機(jī)物，在自然界物質(zhì)循環(huán)上起著重要的作用。一些真菌通過定植在植物的質(zhì)外體或侵入植物細(xì)胞達(dá)到獲取營養(yǎng)的目的，由此形成了植物與病原真菌的寄生關(guān)系，使植物致病。真菌病害是植物病害中最大的一類，約占植物病害的70%～80%，許多危害重、分布廣的植物病害都是致病真菌引起的。生物學(xué)特性是研究真菌繁殖條件、發(fā)生規(guī)律、病害有效控制等的理論基礎(chǔ)，通過對病原菌生物學(xué)特性進(jìn)行一系列深入研究，明確病原菌生長發(fā)育的最適條件，從而明確其發(fā)生規(guī)律，并采取相應(yīng)措施控制生態(tài)條件，達(dá)到預(yù)防和防治病害的目的。所以，必須進(jìn)一步加強(qiáng)植物致病真菌生物學(xué)特性的系統(tǒng)研究，為已有病害的防治和新興病害的預(yù)防奠定理論基礎(chǔ)。