球毛殼菌對(duì)植物病原真菌和根結(jié)線蟲的生物防治潛力

廖宏娟，張志斌，江玉梅*，朱 篤,2

1江西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 江西省亞熱帶植物資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330022；2江西科技師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 江西省生物加工過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330013

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的主要問題是農(nóng)藥和化肥濫用，引發(fā)了諸如耕地退化、農(nóng)作物病蟲害加重、生態(tài)條件惡化、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降等嚴(yán)重后果，人類所食的食品中也不可避免地殘留化學(xué)農(nóng)藥，危害人類健康。因此，全球正在不斷減少在農(nóng)產(chǎn)品上使用化學(xué)農(nóng)藥，公眾和科學(xué)界強(qiáng)烈希望尋求更安全和生態(tài)友好的替代品來防治農(nóng)業(yè)中的植物病害。近年來，生物防治策略在控制植物病害方面受到廣泛關(guān)注。生物防治是控制植物病害的有效替代方法，不僅可以解決農(nóng)藥帶來的“3R”問題，還能滿足人們對(duì)食品安全的需要[1]。

微生物防治是生物防治的一種，指利用微生物或其代謝產(chǎn)物來影響或抑制有害生物的方法，主要通過生物間的拮抗、競爭、溶菌、寄生等作用來抑制病原菌的生長[2]，從而起到防治植物病害的作用，這被認(rèn)為是最為安全、有應(yīng)用前景和對(duì)生態(tài)友好的新方法。目前，可用于防治植物病害的微生物種類繁多，其中毛殼菌屬(Chaetomiumspp.)、木霉屬(Trichodermaspp.)、膠莢菌屬(Gliocladiumspp.)、曲霉屬(Aspergillusspp.)、芽孢桿菌屬(Bacillusspp.)和假單胞菌屬(Pseudomonasspp.)是對(duì)抗植物病原菌的主要拮抗微生物[3]。全球報(bào)道毛殼菌有300多個(gè)種，屬于嚴(yán)格腐生型真菌，是公認(rèn)的生產(chǎn)碳水化合物活性酶和抗生素的重要家族，它可以有效降解纖維素和有機(jī)物,并對(duì)土壤中的其他微生物產(chǎn)生拮抗作用[4,5]。球毛殼菌是毛殼菌中研究最早的生防菌之一，它作為生防菌防治植物病害的研究最早可以追溯到1954年。當(dāng)時(shí)，Tveit和Moore研究發(fā)現(xiàn)，巴西某些作物如燕麥和大麥等谷物的種子被球毛殼菌侵染以后，會(huì)對(duì)維克多利亞長蠕孢(Helminthosporiumvictoriae)產(chǎn)生拮抗作用，并可使大麥和燕麥幼苗免受鐮刀菌屬(Fusariumspp.)病原菌的侵染[6]。此后，隨著研究的不斷深入，我們發(fā)現(xiàn)球毛殼菌能有效提高植物的抗脅迫能力，對(duì)多種植物病害都具有非常良好的防治效果，其次級(jí)代謝產(chǎn)物種類繁多、結(jié)構(gòu)新穎，具有抗真菌、殺線蟲和抗病毒等生物活性，對(duì)植物病原真菌和根結(jié)線蟲有可觀的生物防治前景。

1 球毛殼菌對(duì)植物病原菌的抑制作用

球毛殼菌是毛殼菌屬中研究得最多的生防菌，廣泛分布于空氣、土壤等多種自然環(huán)境中，也是常見的植物內(nèi)生真菌，對(duì)植物病害起潛在的生防作用。由植物病原真菌引起的病害，約占植物病害的70%～80%，一種作物上可發(fā)現(xiàn)幾種甚至幾十種真菌病害，是造成農(nóng)作物損失的主要原因之一。鐮刀菌屬(Fusariumspp.)、絲核菌屬(Rhizoctoniaspp.)、核盤菌屬(Sclerotiniaspp.)、鏈格孢屬(Altemariaspp.)和刺盤孢屬(Colletotrichumspp.)等是主要的植物病原真菌之一，可引起多種常見的植物病害，例如枯萎病、根腐病、立枯病和炭疽病。國內(nèi)外許多研究表明，球毛殼菌與植物病原真菌對(duì)峙培養(yǎng)時(shí)，其菌絲會(huì)對(duì)植物病原真菌的生長產(chǎn)生抑制效果(見表1)。

表1 球毛殼菌抑制不同類型植物病原真菌

1.1 鐮刀菌屬

鐮刀菌屬是一類極具破壞性的大型絲狀真菌，該屬是最多樣化和廣泛分布的植物病原真菌之一[7]。它幾乎可以侵染所有的農(nóng)作物，引起許多觀賞、糧食、藥用和森林作物的枯萎和壞死癥狀，并在其生長發(fā)育和代謝過程中產(chǎn)生毒素危害作物，是農(nóng)業(yè)上最難防治的植物病原真菌之一[7,8]。球毛殼菌可抑制多種鐮刀菌，對(duì)鐮刀菌引起的枯萎病和根腐病有很好的防治效果。

球毛殼菌對(duì)尖孢鐮刀菌[1,5,9-14](F.oxysporum)、腐皮鐮刀菌[1,15,16](F.solani)、串珠鐮刀菌[10](F.moniliforme)、擬分枝孢鐮刀菌[17](F.sporotrichioides)、禾谷鐮刀菌[18,19](F.graminearum)和F.andiyazi[20]的生長有較好的抑制效果。尖孢鐮刀菌能引起辣椒的枯萎病，Mo等[1]從土壤中分離出的球毛殼菌LB010402對(duì)尖孢鐮刀菌的抑制率為60.47%；此外，Mao等[11]從辣椒(Capsicumannuum)根際土中篩選球毛殼菌LJ-S2L1，LJ-S2L1能使尖孢鐮刀菌菌絲隘縮或斷裂，對(duì)尖孢鐮刀菌抑制率為71.67%，兩項(xiàng)研究都表明球毛殼菌對(duì)辣椒枯萎病防治效果很好。國外也有類似的研究，Phong等[5]確認(rèn)了尖孢鐮刀菌是茶葉枯萎病和根腐病的病原菌，并發(fā)現(xiàn)球毛殼菌CG05可抑制尖孢鐮刀菌的生長，抑制率為34.03%，對(duì)其分生孢子產(chǎn)生的抑制率為67.25%。腐皮鐮刀菌可引發(fā)辣椒和人參根腐病，Mo等[1]和Zhou等[15]研究表明,球毛殼菌LB010402和球毛殼菌FS-01對(duì)腐皮鐮刀菌的抑制率分別為50.38%和19.07%，對(duì)辣椒和人參的根腐病防治效果較好；此外，Awad等[16]從黃瓜(Cucumissativus)根際土壤中分離到的球毛殼菌對(duì)腐皮鐮刀菌也有抑制效果，抑制率為31.44%。擬分枝孢鐮刀菌是馬鈴薯干腐病病原菌，Jiang等[17]研究發(fā)現(xiàn)，球毛殼菌W7對(duì)擬分枝孢鐮刀菌抑制效果顯著，可用于防治馬鈴薯干腐病。球毛殼菌CDW7是一株銀杏(Ginkgobiloba)內(nèi)生真菌，Zhao等[19]將該菌與禾谷鐮刀菌對(duì)峙培養(yǎng)，CDW7能抑制禾谷鐮刀菌的生長，抑制率為50.20%。Wu等[20]從藥用植物山蒼子(Litseacubeba)中分離出球毛殼菌SF22，該菌對(duì)F.andiyazi的抑制率為53.12%。鐮刀菌是常見的植物病原真菌，可引起植物枯萎病和根腐病等土傳病害，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。綜上認(rèn)為，球毛殼菌對(duì)多種鐮刀菌都有抑制效果，尤其是對(duì)尖孢鐮刀菌的抑制效果最為顯著。

1.2 絲核菌屬

絲核菌的寄主范圍非常廣泛，會(huì)引起植物苗期立枯病和猝倒病，也引起禾谷類作物的紋枯病[21]。立枯絲核菌(R.solani)是絲核菌屬主要的致病菌，危害禾本科、茄科、豆科和十字花科等43科260多種植物,造成水稻、玉米和馬鈴薯等作物產(chǎn)量嚴(yán)重減少及品質(zhì)下降[22]。許多研究表明，球毛殼菌對(duì)立枯絲核菌有抑制效果[9,10,15,16,18,20,23]。Zhou等[15]從健康林下參(Panaxginseng)葉片中分離出球毛殼菌FS-01，F(xiàn)S-01能抑制立枯絲核菌的生長，抑制率為24.37%，對(duì)立枯絲核菌引發(fā)的人參立枯病有一定防治效果。Awad等[16]從黃瓜根際土壤中分離到球毛殼菌，該菌對(duì)立枯絲核菌抑制率為27.54%。Wu等[20]從藥用植物山蒼子中分離出球毛殼菌SF22，該菌株對(duì)立枯絲核菌的抑制率為56.6%。Liu等[23]從健康毛白楊(Populustomentosa)中分離出內(nèi)生真菌球毛殼菌ND35，ND35對(duì)立枯絲核菌抑制率達(dá)88.72%，且ND35的菌絲會(huì)形成吸器、附著枝等結(jié)構(gòu)對(duì)立枯絲核菌進(jìn)行重寄生,在顯微鏡下可觀察到病菌的菌絲被纏繞、穿透、斷裂等現(xiàn)象。立枯絲核菌是典型的腐生性極強(qiáng)的土傳病原菌，主要引起植物的立枯病，球毛殼菌可作為該菌的生防菌。

1.3 核盤菌屬

核盤菌可引起植物的菌核病，危害植物莖、葉和果莢，植物菌核病的病部呈水漬狀病 斑，表面產(chǎn)生棉絮狀菌絲，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致全株枯死和腐爛。核盤菌(S.sclerotiorum)是核盤菌屬的代表種，且多數(shù)植物的菌核病由核盤菌引起[24]。Zhang等[12]從銀杏新鮮樹皮中分離到球毛殼菌No.05，No.05能抑制核盤菌的生長，抑制圈直徑為25.64 mm；Zhao等[19]通過對(duì)峙培養(yǎng)測得球毛殼菌CDW7對(duì)核盤菌的抑制率為78.9%。Kumar等[14]將球毛殼菌5157與多種病原真菌對(duì)峙培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)5157菌株對(duì)核盤菌的抑制率最高，抑制率為73.8%。Zhou等[15]從健康林下參葉片中分離出球毛殼菌FS-01，F(xiàn)S-01對(duì)人參菌核病菌(S.schinseng)的對(duì)峙抑制率為21.39%。菌核病是我國油料作物生產(chǎn)中主要病害之一，嚴(yán)重制約長江中下游地區(qū)油菜主產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展[25]。球毛殼菌能強(qiáng)烈抑制核盤菌，可用于防治核盤菌引起的菌核病。

1.4 鏈格孢屬

鏈格孢菌在土壤中非常豐富，被認(rèn)為是世界上最具侵略性的土壤傳播病原菌之一[26]。大多數(shù)鏈格孢菌是腐生真菌，主要侵染葉片、果實(shí)和新梢，導(dǎo)致植株壞死、落葉、生長周期縮短以及果實(shí)腐爛，造成田間和產(chǎn)后巨大的經(jīng)濟(jì)損失[27]。Zhou等[15]在健康林下參葉片中分離出球毛殼菌FS-01，F(xiàn)S-01對(duì)人參鏈格孢菌(A.panax)的抑制率為35.83%，對(duì)人參鏈格孢菌引起的人參黑斑病有防治作用。Lan等[18]從油菜(Brassicacampestris)幼苗中獲得球毛殼菌YY-11，YY-11對(duì)白菜黑斑病菌(A.brassicae)有抑制作用。Wu等[20]研究發(fā)現(xiàn)，山蒼子內(nèi)生菌球毛殼菌SF22能有效抑制煙草赤星病菌(A.alternata)，抑制率為70.23%。

1.5 刺盤孢屬

刺盤孢屬又名毛盤孢屬，是禾本科、果樹、蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物的寄生菌，會(huì)引起嚴(yán)重的炭疽病[28]。據(jù)報(bào)道，在熱帶、亞熱帶和地中海地區(qū)的出口水果的質(zhì)量受刺盤孢菌影響最為嚴(yán)重，在最壞的情況下，刺盤孢菌會(huì)導(dǎo)致超過80%的經(jīng)濟(jì)損失[29]。Mo等[1]從土壤中分離出球毛殼菌LB010402，該菌可抑制辣椒刺盤孢菌(C.capsici)，抑制率為51.42%，能防治辣椒炭疽病。Zhang等[12]研究發(fā)現(xiàn)，從銀杏新鮮樹皮中分離到的球毛殼菌No.05對(duì)C.glocosporioides的生長有抑制，抑菌圈直徑為27.18 mm。Wu等[20]從藥用植物山蒼子中分離出球毛殼菌SF22，SF22菌株對(duì)C.gloeosporioides的抑制率為58.61%。

1.6 其他植物病原真菌

Mo等[1]從土壤中分離出的球毛殼菌LB010402對(duì)茶輪斑病菌(Pestalotiopsistheae)和獼猴桃軟腐病菌(Phomopsissp.)的抑制率分別為59.85%、61.66%。Zhang等[12]從銀杏新鮮樹皮中分離到球毛殼菌No.05，這株菌對(duì)人參銹腐病菌(Cylindrocarpondestructans)、Pelliculariasasakii、玉米大斑病菌(Setosphaeriaturcica)、甘薯長喙殼(Ceratocystisfimbriata)、匍枝根霉(Rhizopusstolonifera)和白腐盾殼霉(Coniothyriumdiplodiella)的生長有較強(qiáng)的抑制作用，抑菌圈直徑分別為20.70、22.07、28.21、27.90、22.21、27.90 mm。Kumar等[14]發(fā)現(xiàn)球毛殼菌5157對(duì)Macrophominaphaseolina和白絹病菌(Sclerotiumrolfsii)的抑制率在65%～70%之間。Awad等[16]從黃瓜根際土壤中分離到球毛殼菌，該菌對(duì)白絹病菌的抑制率為21.96%?；颐共【?Botrytiscinerea)會(huì)引起植物的灰霉病，球毛殼菌FS-01和CDW7對(duì)其抑制率分別為18.53%[15]和51.6%[19]，球毛殼菌YY-11[18]和LB-2[30]對(duì)灰霉病菌生長也有一定抑制。Liu等[23]從健康毛白楊中分離出球毛殼菌ND35，ND35對(duì)蘋果輪紋病菌(Macrophomakuwatsukai)、蘋果腐爛病菌(Cytosporasp.)、楊樹腐爛病菌(Cytosporachrysosperma)和楊樹水泡潰瘍病菌(Dothiorellagregaria)有顯著的抑制效果，抑制率依次為69.74%、78.46%、80.51%、70.26%。Zhang等[31]從健康棉花(Gossypiumhirsutum)植株上分離到的球毛殼菌CEF-082對(duì)引起棉花黃萎病的大麗輪枝菌(Verticilliumdahliae)的抑制率為83.9%。Yue等[32]和Darshan等[33]研究發(fā)現(xiàn)，球毛殼菌對(duì)引起小麥根腐病的Bipolarissorokiniana有很強(qiáng)的抑制效果，抑制率分別為66.7、71.4%。

2 球毛殼菌次級(jí)代謝產(chǎn)物對(duì)植物病原真菌的抗真菌活性

由植物病原真菌引起的植物病害是造成作物損失的主要原因之一，幾十年來，主要使用化學(xué)殺菌劑防治植物病害，但化學(xué)殺菌劑對(duì)生態(tài)和生物多樣性構(gòu)成巨大的威脅，并對(duì)人類健康造成不良影響。天然產(chǎn)物具有廣泛的生物活性和環(huán)境友好屬性，是最有前途的綠色殺菌劑來源。1929年,從青霉屬(Penicilliumspp.)真菌中鑒定出抗菌藥物青霉素以來，化學(xué)家們一直致力于從微生物代謝產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)新的生物活性物質(zhì)。球毛殼菌已被公認(rèn)為次級(jí)代謝物的高產(chǎn)生產(chǎn)者，在醫(yī)療和農(nóng)業(yè)應(yīng)用中對(duì)人類有不可估量的用處[34]。自1976年Sekita等首次從球毛殼菌中分離到球毛殼菌素(chaetoglobosin)以來，世界各國的學(xué)者相繼對(duì)該菌的天然產(chǎn)物及生物活性進(jìn)行研究，已發(fā)現(xiàn)300多個(gè)結(jié)構(gòu)新穎的活性次生代謝產(chǎn)物[35,36]。目前的研究表明，球毛殼菌素類(chaetoglobosins)和嗜氮酮類(azaphilones)是球毛殼菌次級(jí)代謝產(chǎn)物的主要類型，也是抗植物病原真菌的主要活性物質(zhì)[36-39](見表2)。

表2 球毛殼菌次級(jí)代謝產(chǎn)物抗植物病原真菌和根結(jié)線蟲

2.1 球毛殼菌素類

經(jīng)幾十年的研究，球毛殼菌素類部分天然產(chǎn)物具很強(qiáng)的抗真菌活性，對(duì)許多被真菌感染而導(dǎo)致的植物病害有良好的防治效果，化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖1。球毛殼菌素類屬于細(xì)胞松弛素類(cytochalasans)，它具有的吲哚基取代了原來細(xì)胞松弛素中苯基的位置，迄今已有60余種這類化合物從球毛殼菌中分離到，是球毛殼菌次級(jí)代謝產(chǎn)物中很重要的化合物[36]。

圖1 球毛殼菌素類的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2009年，Qin等[40]從銀杏葉片中分離出球毛殼菌，并在其菌體粗提物中分離到chaetoglobosin A(1)和chaetoglobosin C(2)，化合物1和2在10 μg/disc的劑量下，對(duì)米黑毛霉(Mucormiehei)的抑菌圈直徑分別為25、15 mm。

2012年，Xue等[41]從球毛殼菌的乙酸乙酯粗提物中分離到chaetoglobosin Vb(3)、chaetoglobosin V(4)和chaetoglobosin G(5)?；衔?對(duì)灰霉病菌的最小抑菌濃度(MIC)為100 μg/mL；化合物4對(duì)灰霉病菌、Glomerellacingulata和番茄早疫病菌(Alternariasolani)的MIC值分別為100、100、25 μg/mL；化合物5對(duì)禾谷鐮刀菌、灰霉病菌、番茄早疫病菌及煙草赤星病菌的MIC值為分別為50、100、25、25 μg/mL。

2013年，Zhang等[12]在球毛殼菌No.05的發(fā)酵液中分離出chaetoglobosin A(1)和chaetoglobosin C(2)，兩種物質(zhì)都對(duì)引發(fā)玉米葉枯病的玉米大斑病菌的生長有很強(qiáng)的抑制作用，其中化合物1對(duì)玉米大斑病菌的MIC值小于0.1 μg/mL，且在玉米葉片上噴灑100 μg/mL的化合物1對(duì)玉米葉枯病的防治效果為100%。同年，Zhang等[42]報(bào)道了從銀杏內(nèi)生真菌球毛殼菌No.04的粗提物中分離出6種球毛殼菌素，分別為chaetoglobosins A(1)、C(2)、D(6)、E(7)、G(5)和R(8)，6種化合物在濃度為20 μg/dish時(shí)，對(duì)匍枝根霉和白腐盾殼霉均具有顯著的抑制活性，其中化合物1對(duì)這兩種植物病原菌的抑制效果最好，半最大效應(yīng)濃度(EC50)分別為0.6663、0.1073 μg/mL。

2014年，Zhang等[43]從側(cè)柏(Platycladusorientalis)內(nèi)生真菌球毛殼菌ZH-32的發(fā)酵液中分離到chaetoglobosin A(1)，該化合物對(duì)灰霉病菌和核盤菌的EC50分別為5.36、12.9 μg/mL。

2016年，Zhao等[19]從球毛殼菌CDW7中獲得7種產(chǎn)物，其中chaetoglobosins A(1)和D(6)對(duì)核盤菌表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制活性，半抑制濃度(IC50)分別為0.35、0.62 μg/mL，陽性對(duì)照多菌靈的IC50值為0.17 μg/mL，他們的研究表明CDW7是一種有應(yīng)用前景的菌核病生防菌。同年，Li等[44]從球毛殼菌的代謝物中分離出chaetoglobosins A(1)、B(9)、E(8)、F(10)以及penochalasin G(11)，這5種化合物對(duì)草莖點(diǎn)霉(Phomaherbarum)MIC值分別為64、16、64、16、64 μg/mL，對(duì)黑附球菌(Epicoccumnigrum)抑制作用較強(qiáng)，MIC值分別為16、8、4、<1、<1 μg/mL。

2017年，Jiang等[45]用玉米秸稈固態(tài)發(fā)酵球毛殼菌W7，獲得的chaetoglobosin A(1)對(duì)立枯絲核菌具有較強(qiáng)的抑制作用，IC50值為3.88 μg/mL。同年，Jiang等[17]還報(bào)道了球毛殼菌W7產(chǎn)生的chaetoglobosin A(1)對(duì)引起馬鈴薯干腐病的擬分枝孢鐮刀菌有顯著的抑制作用，MIC值為9.45～10.50 μg/mL,IC50為4.344 μg/mL。

2021年，Xue等[46]發(fā)現(xiàn)球毛殼菌QY-1的發(fā)酵液能抑制指狀青霉(Penicilliumdigitatum)的生長，且QY-1產(chǎn)生的chaetoglobosin A(1)是抑制指狀青霉的主要物質(zhì)，對(duì)指狀青霉的MIC值為6.25 μg/mL，僅為陽性對(duì)照bellkute MIC值的一半左右。

2.2 嗜氮酮類

嗜氮酮類化合物是結(jié)構(gòu)新奇的真菌源聚酮類次級(jí)代謝產(chǎn)物，含有異色滿(isochromane)和異喹啉骨架[36]。目前，從毛殼菌屬真菌中分離出的嗜氮酮類化合物已超過80個(gè)[36,37]，大多數(shù)此類化合物都具有廣泛的生物活性和應(yīng)用前景，具抗真菌活性的嗜氮酮類化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 嗜氮酮類的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2005年，Park等[47]從稗草(Echinochloacrusgalli)中分離到球毛殼菌F0142，從該菌培養(yǎng)液中分離到兩種抗真菌物質(zhì)，分別鑒定為chaetoviridin A(12)和chaetoviridin B(13)?；衔?2對(duì)輪斑病菌(Alternariamali)、灰霉病菌、Colletotrichumgloeosporioides和尖孢鐮刀菌的MIC值都為33.3 μg/mL，對(duì)稻瘟病菌(Magnaporthegrisea)和極腐霉(Pythiumultimum)的MIC值都為1.23 μg/mL。在62.5 μg/mL濃度下，化合物12對(duì)稻瘟病和小麥葉銹病(Pucciniarecondita)的抑制率均在80%以上?；衔?3對(duì)稻瘟病菌和極腐霉MIC值都為33.3 μg/mL。化合物12對(duì)植物病原真菌的體外和體內(nèi)抗真菌活性均高于化合物13。

2013年，Awad等[16]從黃瓜根際土壤中分離到球毛殼菌，在其乙酸乙酯提取物中獲得chaetoviridin A(12)和chaetoviridin B(13)，兩種化合物對(duì)立枯絲核菌都有一定的抑制作用，抑菌圈直徑分別為15和14 mm。

2016年，Li等[44]從球毛殼菌的代謝產(chǎn)物中分離出chaetomugilin A(14)和chaetomugilin D(15)，對(duì)草莖點(diǎn)霉的MIC值都為128 μg/mL，對(duì)黑附球菌的抑制作用較強(qiáng)，MIC值分別為8和16 μg/mL。

2018年，Yue等[32]從球毛殼菌22-10的粗提物中分離得到chaetoviridin A(12)和chaetoviridin E(16)，這兩種化合物在100 μg/mL的濃度下，對(duì)小麥根腐病菌的抑制率分別為32.31和13.85%。同年，Yan等[48]從球毛殼菌CDW7中分離到chaetoviridin A(12)，化合物12在20 μg/mL濃度下對(duì)核盤菌、灰霉病菌、禾谷鐮刀菌和串珠鐮刀菌的抑制率分別為97.8、69.1、77.0和59.2%?；衔?2對(duì)核盤菌的EC50值為1.97 μg/mL，其陽性對(duì)照多菌靈的EC50值為0.17 μg/mL。

2021年，Zhang等[49]從球毛殼菌CEF-082的代謝產(chǎn)物分離出chaetoviridin A(12)，化合物12對(duì)引起棉花黃萎病的大麗輪枝菌具有較高的抑制活性。該化合物可引起大麗輪枝菌菌絲變形和細(xì)胞壞死，增加細(xì)胞活性氧和一氧化二氮的產(chǎn)生，抑制大麗輪枝菌的微菌核萌發(fā)，增強(qiáng)棉花植株的防御反應(yīng)，對(duì)棉花黃萎病有良好的防治效果。

2.3 其他類型化合物

2011年，Li等[50]在銀杏內(nèi)生菌球毛殼菌NM0066的乙酸乙酯粗提物中分離出gliotoxin(17)(結(jié)構(gòu)見圖3)，該物質(zhì)對(duì)硫色鐮刀菌(Fusariumsulphureum)、煙草赤星病菌和高粱紫斑病菌(Cercosporasorghi)具有較好的抗真菌活性，EC50值分別為68.5、36.8、59.8 μg/mL。

圖3 化合物17～23的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2012年，Wang等[51]從藥用植物溫郁金(Curcumawenyujin)葉片中分離到球毛殼菌L18，從L18菌株的粗提物中分離出chaetoglobosin X(18)?；衔?8對(duì)玉米大斑病菌、黃瓜枯萎病菌(Fusariumoxysporumf.sp.Cucumerinum)和新月彎孢菌(Curvularialunata)的MIC值都為3.125 μg/mL，對(duì)禾谷鐮刀菌和串珠鐮刀菌的MIC值都為6.25 μg/mL。

2013年，Kumar等[52]從南非醉茄(Withaniasomnifera)中分離到球毛殼菌EF18,從其乙酸乙酯提取物中分離到能抑制核盤菌的生物活性化合物抗生素Sch 210971(19)。同年，Xiao等[53]從銀杏內(nèi)生真菌球毛殼菌CDW7的發(fā)酵液中分離到活性物質(zhì)flavipin(20)，化合物20對(duì)5種常見植物病原真菌：核盤菌、禾谷鐮刀菌、立枯絲核菌和番茄早疫病菌有顯著的抑制，EC50值分別為3.68、0.73、2.62、12.35 μg/mL。

2016年，Li等[44]從球毛殼菌的代謝產(chǎn)物中也分離出flavipin(20)，化合物20對(duì)柔毛鐮刀菌(Fusariumflocciferum)、Plectosphaerellacucumerina和黑附球菌有一定的抑制作用，MIC值都為256 μg/mL。同年，Yin等[54]從球毛殼菌Y-11發(fā)酵液中分離出C16鞘氨醇和植物鞘氨醇，化學(xué)式分別為C16H35NO2和C18H39NO3。兩種鞘氨醇混合液對(duì)蕓薹根腫菌(Plasmodiophqrabrassicae)休眠孢子的萌發(fā)有明顯的抑制作用，其MIC值小于0.1 μg/mL。

2019年，Yan等[55]從海洋魚類內(nèi)生真菌球毛殼菌1C51的次級(jí)代謝產(chǎn)物中分離出8種化合物，其中的chaetogline A(21)對(duì)核盤菌有抑制作用，EC50值為10.3 μg/mL。

3 球毛殼菌對(duì)植物病原真菌的生防機(jī)制

生物防治策略在全球蓬勃發(fā)展，了解生物防治過程中的作用機(jī)制對(duì)于確定生物防治的有效性至關(guān)重要。早期研究表明，球毛殼菌作為一種具有良好前景的生防真菌，其抗植物病原真菌的機(jī)制可能有7種：產(chǎn)生具有抗真菌活性的次級(jí)代謝產(chǎn)物、產(chǎn)生細(xì)胞壁降解酶、誘導(dǎo)植物自身產(chǎn)生系統(tǒng)抗性、促進(jìn)植物生長發(fā)育、重寄生、競爭和協(xié)同拮抗。

3.1 產(chǎn)生具有抗真菌活性的次級(jí)代謝產(chǎn)物

現(xiàn)在，毛殼菌屬已經(jīng)被公認(rèn)為是結(jié)構(gòu)多樣性天然產(chǎn)物的重要源泉[35]，球毛殼菌產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)新穎，種類繁多，其中的球毛殼菌素類是被研究得最多的一類代謝產(chǎn)物，能抑制多種植物病原真菌，詳見表2。球毛殼菌素類屬于細(xì)胞松弛素類，細(xì)胞松弛素是由聚酮類和氨基酸聚合形成的一類具有異吲哚酮駢合大環(huán)骨架的化合物，是首先應(yīng)用于細(xì)胞骨架研究的藥物[56]。細(xì)胞松弛素可與微絲的快速生長端形成高親電性結(jié)合，通過“封端”機(jī)制防止肌動(dòng)蛋白單體(globular actin)的添加；由于阻止了肌動(dòng)蛋白單體添加到微絲，就只發(fā)生解聚過程，從而導(dǎo)致微絲的合成受到抑制[56]。微絲對(duì)細(xì)胞貼附、運(yùn)動(dòng)和分裂等許多細(xì)胞功能具有重要作用，球毛殼菌素可通過抑制植物病原真菌的微絲的合成，以達(dá)到殺菌的目的。

3.2 產(chǎn)生細(xì)胞壁降解酶

細(xì)胞壁對(duì)于真菌的正常生活起著重要的作用，球毛殼菌產(chǎn)生的細(xì)胞壁水解酶主要為葡聚糖酶和幾丁質(zhì)酶，它們作用于植物病原真菌的細(xì)胞壁，水解細(xì)胞壁的主要成分[9]。一些研究人員認(rèn)為纖維素酶對(duì)生防效應(yīng)有重要作用[57]，而葡聚糖酶屬于纖維素酶類，Umikalsom等[58]報(bào)道了生長快速的毛殼菌的培養(yǎng)濾液中的纖維素酶活性較高。在Soytong等[59]闡述的幾種球毛殼菌生物防治機(jī)制中，幾丁質(zhì)酶作為單獨(dú)的一類重要因素在生防中發(fā)揮著重要作用。因此，球毛殼菌產(chǎn)生的葡聚糖酶和幾丁質(zhì)酶對(duì)其生防效果有積極影響。

據(jù)報(bào)道，球毛殼菌Cg-6在體外表現(xiàn)出強(qiáng)烈的外切葡聚糖酶活性和內(nèi)切葡聚糖酶活性，能有效抑制馬鈴薯晚疫病菌，防治馬鈴薯晚疫病[60]。在此之前，Inglis和Kawchuk認(rèn)為由β-葡聚糖酶引起的細(xì)胞壁降解是球毛殼菌對(duì)Phytophthoraultimum這種病菌的作用方式之一[61]。Chen等[9]在球毛殼菌的葡聚糖酶活測定試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在稻瘟病菌、立枯絲核菌和尖孢鐮刀菌細(xì)胞壁誘導(dǎo)下的葡聚糖酶活性最高，間接反映了球毛殼菌產(chǎn)生的葡聚糖酶對(duì)這3種病原真菌的細(xì)胞壁有很好的水解作用。Darshan等[33]通過分析球毛殼菌Cg2的轉(zhuǎn)錄組，推斷出幾丁質(zhì)酶、葡聚糖酶和蛋白酶是球毛殼菌抑制小麥根腐病菌重要物質(zhì)。此外，Jin等[62]用表達(dá)序列標(biāo)簽(EST)途徑鑒定出幾丁質(zhì)酶基因與球毛殼菌生物防治相關(guān)。值得注意的是，真菌細(xì)胞壁在結(jié)構(gòu)和成分上都與植物細(xì)胞壁有明顯的差異，因此，針對(duì)于真菌細(xì)胞壁的降解酶對(duì)植物以及動(dòng)物均不會(huì)產(chǎn)生毒害作用，特別是來源于天然生物體內(nèi)的活性物質(zhì)[63]。

3.3 誘導(dǎo)植物自身產(chǎn)生系統(tǒng)抗性

球毛殼菌可激活植物一系列的物理或化學(xué)防衛(wèi)反應(yīng)，如提高植物體內(nèi)多種防御酶的活性，誘導(dǎo)某些組織抗氧化能力的增強(qiáng)等，最終達(dá)到提高植物抗病能力的目的。Yin等[54]研究表明，經(jīng)球毛殼菌誘導(dǎo)處理后，油菜體內(nèi)的苯丙氨酸解氨酶、過氧化物酶和多酚氧化酶等防御酶活性均比對(duì)照組明顯提高，表明球毛殼菌能誘導(dǎo)油菜對(duì)蕓薹根腫菌產(chǎn)生抗性。Zhang等[64]發(fā)現(xiàn)球毛殼菌CEF-082能夠調(diào)控棉花的多種代謝途徑，并誘導(dǎo)棉花植株對(duì)大麗輪枝菌產(chǎn)生防御反應(yīng)。Khalil等[65]在番茄葉面施用球毛殼菌，使番茄早疫病的發(fā)病率降低了37.6%，且病害嚴(yán)重程度為對(duì)照的46.4%，球毛殼菌能誘導(dǎo)番茄固有的防御系統(tǒng)，使超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性顯著提高?？傊?，球毛殼菌誘導(dǎo)植物自身產(chǎn)生系統(tǒng)抗性在植物病害的生物防治中有重要作用。

3.4 促進(jìn)植物生長發(fā)育

球毛殼菌對(duì)植物有明顯的促生作用，能夠產(chǎn)生許多促進(jìn)植物生長的代謝產(chǎn)物，比如赤霉素、吲哚乙酸、麥角甾醇等物質(zhì)，不僅能促進(jìn)植物生長和發(fā)育，還有利于改善和提高土壤肥力。眾多研究表明，從健康毛白楊中篩選出的球毛殼菌ND35具有促生作用，可以促進(jìn)冬小麥苗期根系和植株發(fā)育，使小麥提前進(jìn)入三葉期[66]；促進(jìn)核桃實(shí)生苗生長，提高生物量[67]；促進(jìn)板栗提前開花，提高花序數(shù)量[68]；促進(jìn)黃瓜種子萌發(fā)和胚根生長[69]；顯著增加黃瓜的株高和葉面積，同時(shí)提高黃瓜的產(chǎn)量[70]。Zhai等[71]從丹參(Salviamiltiorrhiza)毛狀根中分離出球毛殼菌D38，并且發(fā)現(xiàn)D38是一種對(duì)丹參生長和代謝非常有益的內(nèi)生真菌，對(duì)丹參酮和丹酚酸積累均有促進(jìn)作用。Kumar等[14]研究發(fā)現(xiàn)，球毛殼菌5157的發(fā)酵液能促進(jìn)印度芥菜(Brassicajuncea)種子萌發(fā)和幼苗生長。

3.5 重寄生

重寄生是自然界普遍存在的一種真菌與真菌之間的相互作用，指植物病原真菌寄生于植物體內(nèi)，同時(shí)生防菌在植物病原真菌上寄生，重寄生作用是球毛殼菌重要的生防機(jī)制之一。在重寄生的過程中生防菌會(huì)產(chǎn)生不同的侵染結(jié)構(gòu)，如附著胞、菌絲卷和鉤狀體等纏繞病原真菌，再通過機(jī)械侵入或分泌胞外細(xì)胞壁降解酶使寄主菌的細(xì)胞壁發(fā)生降解，從而進(jìn)入到寄主菌體內(nèi)，進(jìn)而達(dá)到抑菌或殺菌的目的[63]。Liu等[23]發(fā)現(xiàn)球毛殼菌ND35能產(chǎn)生吸器和附著枝等結(jié)構(gòu)對(duì)立枯絲核菌和白絹病菌進(jìn)行重寄生，在顯微鏡下可觀察到病菌的菌絲被纏繞、穿透、斷裂等現(xiàn)象。Lan等[18]和Ye等[72]也發(fā)現(xiàn)球毛殼菌可通過穿透、卷曲、纏繞、貼附等方式侵入立枯絲核菌的菌絲進(jìn)行重寄生，再通過相關(guān)酶的作用瓦解病原菌的細(xì)胞壁，最終致其死亡。

3.6 競爭

競爭作用是指拮抗微生物與病原菌競爭營養(yǎng)物質(zhì)或生存空間，從而遏制病原菌的生長和繁殖[73]。毛殼菌的競爭優(yōu)勢表現(xiàn)在菌絲生長速度較快，能快速占領(lǐng)空間[63],從而使病原菌難以找到侵染位點(diǎn),也難以獲得維持其自身生命活動(dòng)的養(yǎng)料，進(jìn)而達(dá)到防治植物病害的作用。Yue等[10]實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，球毛殼菌可通過競爭作用抑制串珠鐮刀菌、立枯絲核菌、尖孢鐮刀菌和核盤菌的生長，且球毛殼菌對(duì)病原菌的抑制作用隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長逐漸增加，其菌絲會(huì)慢慢覆蓋到病原菌上，導(dǎo)致病原菌的死亡。

3.7 協(xié)同拮抗

球毛殼菌有協(xié)同增效能力。Liu等[74]使用以球毛殼菌為主要成分的復(fù)合菌劑，在防治草莓黃萎病中取得良好效果。在此之后，Wei等[75]將球毛殼菌ND35與枯草芽孢桿菌J2組合，研究生防菌組合對(duì)黃瓜枯萎病的防治效果。結(jié)果顯示，ND35處理對(duì)黃瓜枯萎病的防效為25.36%，J2處理對(duì)黃瓜枯萎病的防效為54.27%，ND35與J2組合處理對(duì)黃瓜枯萎病防效達(dá)到70.02%，這證明了生防菌組合對(duì)黃瓜枯萎病的防治效果高于單一生防菌防治效果。生防菌對(duì)植物病原菌的生防作用往往是多種機(jī)制共同作用的結(jié)果，不同生防菌的生防機(jī)制側(cè)重不同。因此，合理的生防菌復(fù)配有利于增強(qiáng)球毛殼菌的協(xié)同拮抗作用，使其生物防治效果更佳。

4 球毛殼菌及其次級(jí)代謝產(chǎn)物對(duì)根結(jié)線蟲的殺線蟲活性

根結(jié)線蟲(Meloidogynespp.)是一種分布廣泛的專性植物寄生線蟲，該屬約包括98個(gè)種，它們寄生于絕大部分的維管植物中，在世界范圍對(duì)多種農(nóng)作物造成了巨大的危害[76,77]。根結(jié)線蟲人類肉眼不可見，可通過帶蟲的土壤、植株及灌溉水進(jìn)行傳播。根結(jié)線蟲的二齡幼蟲(J2)可由植物根尖侵入根部維管束，分泌纖維素酶和果膠酶破壞植物細(xì)胞壁，誘導(dǎo)5～7個(gè)根細(xì)胞分化為巨大細(xì)胞形成專門的取食結(jié)構(gòu)以供給其生長所需，并在根上形成大小不等的瘤稱為“根結(jié)”，也分泌有毒物質(zhì)誘發(fā)寄主組織發(fā)生各種病理變化，從而造成病株矮小、萎蔫、葉變色、發(fā)育不良甚至提早枯死[78-81]。在中國常見的根結(jié)線蟲有4種，分別為南方根結(jié)線蟲(M.incognita)、爪哇根結(jié)線蟲(M.javanica)、花生根結(jié)線蟲(M.arenaria)及番禺根結(jié)線蟲(M.panyuensis)，其中以南方根結(jié)線蟲為優(yōu)勢種[78,79]。根結(jié)線蟲是全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中危害最大的線蟲，化學(xué)防治是最常用的防治方法。然而，由于化學(xué)殺線蟲劑對(duì)環(huán)境和健康產(chǎn)生許多負(fù)面影響，從而使一些有效的殺線蟲劑如呋喃丹、二溴乙烷和二溴氯丙烷已被禁止使用，而其他的化學(xué)農(nóng)藥還不能很有效防治線蟲病害[82,83]。因此，尋找綠色殺線蟲劑來控制植物線蟲病害成為近年來的關(guān)注熱點(diǎn)。

球毛殼菌的某些次級(jí)代謝產(chǎn)物對(duì)根結(jié)線蟲有強(qiáng)烈的殺線蟲活性(見表2)，有望成為新型殺線蟲劑。2002年，Nitao等[84]從球毛殼菌中分離出favipin(20)，該物質(zhì)能抑制南方根結(jié)線蟲和大豆包囊線蟲(Heteroderaglycines)的卵孵化及幼蟲活動(dòng)。2012年，Hu等[85]測定了球毛殼菌NK102、培養(yǎng)濾液和chaetoglobosin A(1)對(duì)南方根結(jié)線蟲的殺線蟲活性，結(jié)果表明，NK102對(duì)二齡幼蟲(J2)具有顯著的排斥作用，培養(yǎng)濾液和300 μg/mL化合物1分別對(duì)J2作用72 h，J2的致死率均達(dá)到99.8%；在1 kg土壤中加入30 mg化合物1，土壤中蟲卵數(shù)較對(duì)照顯著減少63%，表明化合物1對(duì)南方根結(jié)線蟲的繁殖有明顯的負(fù)面影響。2019年，Babar等[86]對(duì)從云實(shí)(Caesalpiniasepiaria)葉片中分離出的球毛殼菌YSC5進(jìn)行發(fā)酵，從YSC5的發(fā)酵液中獲得5種已知化合物，并對(duì)爪哇根結(jié)線蟲的二齡幼蟲進(jìn)行5種化合物的殺線蟲活性測定。結(jié)果表明，chaetoglobosin A(1)、chaetoglobosin B(9)、favipin(20)、3-methoxyepicoccone(22)和4,5,6-trihydroxy-7-menthylphthalide(23)這5種化合物在200 μg/mL濃度下對(duì)J2期爪哇根結(jié)線蟲的致死率分別為91.6、83.8、87.4、78.0、75.5%，72 h的半致死濃度(LC50)值分別為88.4、107.7、99.2、124.0、131.6 μg/mL。陽性對(duì)照噻唑磷(fosthiazate)72 h的LC50值為73.7 μg/mL，所以前3種化合殺線蟲效果較好，后2種化合物的殺線蟲效果中等。在盆栽試驗(yàn)中，化合物1和20在200 μg/mL濃度下可以顯著降低線蟲的繁殖，并對(duì)植物生長有積極的影響[86]。利用內(nèi)生真菌進(jìn)行種子處理已被認(rèn)為是防治植物寄生線蟲的有效方法，自黃瓜幼苗分離的球毛殼菌Ch1001是可用于種子處理的有巨大生防潛力的菌株[87]。Yan等[88]使用球毛殼菌Ch1001對(duì)黃瓜種子進(jìn)行處理，結(jié)果表明，以1×107個(gè)孢子/mL/種子的劑量處理黃瓜種子，黃瓜幼苗根系活力強(qiáng)，防御酶活性高，南方根結(jié)線蟲入侵率低。綜上可知，球毛殼菌可作為有效防治根結(jié)線蟲病害的生防菌，其產(chǎn)生的chaetoglobosin A和favipin對(duì)南方根結(jié)線蟲和爪哇根結(jié)線蟲具有很強(qiáng)的殺線蟲活性，特別是chaetoglobosin A，有望成為新型殺線蟲劑，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

5 總結(jié)與展望

植物病原真菌及根結(jié)線蟲引發(fā)的植物病害嚴(yán)重危害農(nóng)作物的生產(chǎn)，生防菌及其次級(jí)代謝產(chǎn)物的應(yīng)用是農(nóng)業(yè)上防治植物病害的重要策略。球毛殼菌是毛殼菌屬中研究得最多的生防菌，能有效抑制鐮刀菌屬、絲核菌屬、核盤菌屬、鏈格孢屬和刺盤孢屬等多種常見植物病原真菌。球毛殼菌素類、嗜氮酮類和flavipin是球毛殼菌抗植物病原真菌的主要活性物質(zhì)，其中的chaetoglobosin A和favipin對(duì)我國優(yōu)勢根結(jié)線蟲南方根結(jié)線蟲和爪哇根結(jié)線蟲的殺線蟲效果很強(qiáng)。球毛殼菌可能通過7種機(jī)制來防治植物病害：產(chǎn)生具有抗真菌活性的次級(jí)代謝產(chǎn)物、產(chǎn)細(xì)胞壁降解酶、誘導(dǎo)植物自身產(chǎn)生系統(tǒng)抗性、促進(jìn)植物生長發(fā)育、重寄生、競爭和協(xié)同拮抗。

球毛殼菌有巨大的生物防治潛力，然而就球毛殼菌的生防應(yīng)用而言仍然存在一些問題。首先，球毛殼菌及其代謝產(chǎn)物對(duì)環(huán)境條件依賴性強(qiáng)，對(duì)球毛殼菌及其代謝產(chǎn)物的研究大多在實(shí)驗(yàn)室的可控條件下進(jìn)行，而在田間應(yīng)用時(shí)會(huì)因多變的溫度、濕度、pH值和等因素使其拮抗效果大打折扣，且田間殘留的農(nóng)藥也會(huì)對(duì)球毛殼菌產(chǎn)生負(fù)面影響。其次，不同球毛殼菌菌株的生防效果存在很大差異，某些球毛殼菌菌株的選擇性極強(qiáng)，往往只對(duì)一種或者少數(shù)幾種病原菌有較好的防治效果。而田間有多種植物病原菌，若生防菌的抑菌譜過窄，也難達(dá)到理想效果。最后，球毛殼菌大規(guī)模發(fā)酵和產(chǎn)物純化體系還不健全。因此，有必要進(jìn)一步開展球毛殼菌的分離和篩選，評(píng)價(jià)球毛殼菌及其次級(jí)代謝產(chǎn)物在田間的實(shí)際生防效果，構(gòu)建快速而有效的發(fā)酵和產(chǎn)物純化體系，以便更好、更全面地開發(fā)和利用球毛殼菌。相信隨著研究的深入和人們生態(tài)環(huán)保意識(shí)的逐漸提高，研制和開發(fā)更為高效、安全、環(huán)境友好型的生物農(nóng)藥一直是未來植物病害防治的一個(gè)趨勢，球毛殼菌作為生防菌的前景也一定是美好的。