芽孢桿菌在生物防治葡萄病原菌中的應(yīng)用研究進(jìn)展

鐘輝 徐文洋

摘 要：葡萄是世界上主要的水果之一，在種植過程中極易感染各類病原微生物，從而對其生長、產(chǎn)量及品質(zhì)均造成了不良的影響。近年來，芽孢桿菌在生物防治植物病原菌中的應(yīng)用受到了廣泛的關(guān)注。該文綜述了芽孢桿菌在葡萄病原菌防治領(lǐng)域中應(yīng)用的研究進(jìn)展，并分析了其作用機(jī)制，旨在為芽孢桿菌在葡萄病原菌防治中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：芽孢桿菌;葡萄病原菌;研究進(jìn)展;生物防治

中圖分類號(hào) S436.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）24-0088-03

Abstract：Grapevine （Vitis vinifera L.） is considered to be one of the important fruit crops worldwide and can be greatly infected by a number of pathogenic microorganisms，which results large production losses，reduced yields，and fruit quality. In recent years，Bacillus species have attracted great attention for their application potential in biological control of plant pathogens. The present review summarizes the recent progress in the applications and underlying mechanisms of Bacillus species in biological control of major grapevine pathogens. This review provides information for the application of Bacillus species in biological control of grapevine pathogens.

Key words：Bacillus species;Grapevine pathogens;Research progress;Biological control

葡萄是世界上主要的水果之一，2018年我國葡萄種植面積達(dá)87.5萬hm2，約占全球葡萄總種植面積的11.82%。但在種植過程中，葡萄極易感染細(xì)菌、真菌等病害，從而對其生長、產(chǎn)量及品質(zhì)均造成了不良的影響，進(jìn)而影響到整個(gè)葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，普遍采用化學(xué)農(nóng)藥進(jìn)行葡萄病蟲害的防治，然而化學(xué)藥劑的大量使用容易使病原菌產(chǎn)生抗藥性并造成嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染[1]。此外，化學(xué)藥劑在葡萄鮮果中的殘留，極易引發(fā)食品安全問題，威脅消費(fèi)者的健康。因此，開展生物防控，對于保障葡萄產(chǎn)品的質(zhì)量安全和產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有重要的意義[2]。近年來，芽胞桿菌（Bacillus）作為一種理想的生防微生物被引入植病生物防治領(lǐng)域，其在控制病害發(fā)生、促進(jìn)作物生長、提高作物產(chǎn)量等方面表現(xiàn)出了顯著的應(yīng)用前景[3]。本文綜述了芽孢桿菌在葡萄病原菌防治領(lǐng)域中的應(yīng)用研究進(jìn)展及其作用機(jī)制，并對存在的問題進(jìn)行了討論，旨在為芽孢桿菌在葡萄病原菌防治中的應(yīng)用提供參考。

1 芽孢桿菌對常見葡萄病原菌的防治作用

1.1 灰霉病 灰霉病是一種常見的葡萄病害，由半知菌亞門灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea Pers）感染所致。大量研究證實(shí)，芽孢桿菌能有效抑制葡萄灰霉病菌。魏新燕等研究發(fā)現(xiàn)，分離自滄州渤海海域的甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌（Bacillus methylotrophicus）BH21的無菌發(fā)酵液對灰葡萄孢菌有較強(qiáng)的抑制作用，其主要活性成分是脂肽類物質(zhì)[4]。李永剛和郭曉慧等報(bào)道，枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）BS2的菌液成分及胞外蛋白能有效抑制灰葡萄孢菌的產(chǎn)孢、萌發(fā)和菌絲生長，具有較好的開發(fā)前景[5]。Maachia等研究發(fā)現(xiàn)，芽孢桿菌B27和B29菌株能有效抑制灰葡萄孢菌的生長[6]。潘虹余等研究發(fā)現(xiàn)，解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloquefaciens）B15菌株發(fā)酵液能有效抑制灰葡萄孢菌，并發(fā)現(xiàn)其主要抑菌物質(zhì)是脂肽類抗菌物質(zhì)[7]。

1.2 白粉病 白粉病是一種常見的葡萄葉部真菌病害，主要由葡萄鉤絲殼菌（Uncinula necator Schw. Burr.）引起，最容易感染歐洲葡萄（Vitis vinifera L.）。付瑞敏等從葡萄果園土壤中分離鑒定出一株枯草芽孢桿菌PT4，發(fā)現(xiàn)該菌株能有效抑制葡萄白粉病病原菌的生長[8]。Maachia等研究發(fā)現(xiàn)，芽孢桿菌B27和B29菌株能有效抑制葡萄白粉病病原菌的生長[6]。

1.3 霜霉病 葡萄霜霉病是葡萄生產(chǎn)上的主要真菌性病害之一，由葡萄生單軸霉[（Plasmopara viticola （Berk.& M.A.Curtis） Berl & De Toni）]引起的。該病菌分布廣泛，主要侵染葡萄葉片，具有傳播快、發(fā)病重、再侵染頻繁、危害大等特點(diǎn)，嚴(yán)重影響葡萄生長和產(chǎn)量，是造成葡萄生產(chǎn)損失的主要原因之一[9]。解淀粉芽孢桿菌（B. amyloquefaciens）EDR4菌株對葡萄生單軸霉有良好的抑菌效果，該菌株菌液在大田環(huán)境下對葡萄霜霉病的防控效果在70%左右，其效果接近80%烯酰嗎啉[10]。申紅妙等研究表明，內(nèi)生枯草芽孢桿菌JL4能有效抑制葡萄霜霉病菌孢子囊的萌發(fā)，并證實(shí)該芽胞桿菌防治葡萄霜霉病的效果與其在葡萄葉表面和內(nèi)部的定殖量呈正相關(guān)[11]。

1.4 白腐病 白腐病又稱腐爛病，由白腐盾殼霉（Coniella diplodiella）侵染引起的，主要危害果穗，也可侵染枝蔓和葉片，是葡萄生長期引起果實(shí)腐爛的主要病害之一[12]。尹向田等研究發(fā)現(xiàn)，甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌（B. methylotrophicus）GSBM05發(fā)酵液對白腐盾殼霉孢子萌發(fā)和菌絲生長的抑制率均在90%以上，發(fā)酵液不同組分對葡萄離體果實(shí)、葉片的防治效果均達(dá)80%以上[13]。

2 芽孢桿菌抑制植物病原菌的作用機(jī)制

芽孢桿菌的生物防治作用機(jī)制多種多樣，主要包括競爭作用、拮抗作用、誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗性以及促進(jìn)植物生長等多個(gè)方面[14，15]。

2.1 競爭作用 競爭作用是芽孢桿菌防治植物病害的重要作用機(jī)制之一。芽孢桿菌能與植物病原菌競爭營養(yǎng)和空間位點(diǎn)，從而在植物的根際、體表或體內(nèi)大量繁殖，迅速成為優(yōu)勢菌株，阻斷或干擾病原微生物對植物體的侵染，達(dá)到防治植物病害的效果[16]。魏倩等研究表明，枯草芽孢桿菌B579、B001、解淀粉芽孢桿菌HB-2和芽孢桿菌B1能通過形成競爭優(yōu)勢抑制灰葡萄孢霉在蒜薹表面的生長[17]。

2.2 拮抗作用 芽孢桿菌能通過產(chǎn)生脂肽類抗菌肽、細(xì)菌素、抗菌蛋白、幾丁質(zhì)酶等產(chǎn)物直接抑制或殺死植物病原菌[18，19]。李永剛和郭曉慧等報(bào)道，枯草芽孢桿菌BS2胞外蛋白能有效抑制灰葡萄孢菌分生孢子的產(chǎn)生，說明高分子量抗菌蛋白質(zhì)是其主要抗菌活性成分之一[5]。芽孢桿菌產(chǎn)生的上述抗菌物質(zhì)能夠作用于植物病原菌菌絲細(xì)胞的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路以及能量代謝，從而干擾或阻斷病原菌的正常生長代謝，引起菌絲、菌體的溶解，從而發(fā)揮防治植物病害的作用。比如，潘虹余等研究發(fā)現(xiàn)，解淀粉芽孢桿菌B15菌株產(chǎn)生的伊枯草菌素A（iturin A）和芬芥素（fengycin）2種脂肽類物質(zhì)能通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的形式來抑制灰葡萄孢菌絲的生長[7]。

2.3 誘導(dǎo)植物產(chǎn)生系統(tǒng)抗性 誘導(dǎo)植物產(chǎn)生系統(tǒng)抗性是芽孢桿菌防治植物病害的又一個(gè)重要機(jī)制。研究表明，枯草芽孢桿菌等除直接抑制植物病原菌的生長和繁殖外，還可通過誘發(fā)植物自身的系統(tǒng)抗病潛能，實(shí)現(xiàn)廣譜的病害防治能力[15]。比如，解淀粉芽孢桿菌EDR4菌懸液處理能顯著提高葡萄葉片中多酚氧化酶（PPO）、過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）及苯丙氨酸解氨酶（PAL）等抗性相關(guān)酶的活性，從而通過誘導(dǎo)抗性提高對病原菌的防御能力[10]。

2.4 促進(jìn)植物生長 研究表明，枯草芽孢桿菌等是一類重要的植物根圍促生細(xì)菌，能有效促進(jìn)植物根系及植株生長并增強(qiáng)植物的抗病性，從而減少植物病害的發(fā)生[15，21-22]。蔡學(xué)清等研究表明，辣椒內(nèi)生枯草芽孢桿菌BS-2菌株能通過誘導(dǎo)辣椒體內(nèi)生長素（IAA）、玉米素（ZR4）、赤霉素（GA3）等植物生長激素的合成及抑制脫落酸（ABA）合成，從而促進(jìn)辣椒苗的生長[23]。

3 展望

綜上所述，利用芽孢桿菌防治葡萄病害具有無污染、低殘留、安全性高且不易使病原菌產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點(diǎn)，日益受到了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。今后，一方面應(yīng)加強(qiáng)芽孢桿菌抗菌物質(zhì)的分離鑒定及抗菌作用機(jī)制方面的基礎(chǔ)研究;另一方面，應(yīng)加強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性、環(huán)境安全性等的評(píng)估，從而推動(dòng)芽孢桿菌在葡萄病原菌防治中的廣泛應(yīng)用。

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（責(zé)編：張宏民）