昆蟲病原真菌的遺傳多樣性及優(yōu)良菌株的篩選

錢禮堯 周永洪

摘要：昆蟲病原真菌具有殺蟲毒力強，不易產(chǎn)生抗性、環(huán)境兼容性好等優(yōu)點，作為一種生物殺蟲劑，是生物防治的重要手段。本文綜述了昆蟲病原真菌的遺傳多樣性、優(yōu)良菌株的篩選以及開發(fā)與應用等，并展望了未來昆蟲病原真菌的應用發(fā)展前景，為昆蟲病原真菌的進一步開發(fā)應用提供參考。

關(guān)鍵詞：昆蟲病原真菌；遺傳多樣性；優(yōu)良菌株篩選

中圖分類號：S476.12文獻識別碼：A文獻編號：1005-6114（2023）02-019-03

當前，過多的應用化學防治農(nóng)林病蟲害造成了抗性、環(huán)境污染等問題；生物防治具有不易引發(fā)抗性且環(huán)境友好等特點，其重要性日益凸顯。昆蟲病原真菌以昆蟲為寄主，可在昆蟲群落內(nèi)大范圍傳播，引發(fā)寄主昆蟲大量死亡，在自然界中起著調(diào)控昆蟲種群、防治害蟲、維護生態(tài)平衡的重要作用，是一種重要的生物防治手段［1］。迄今已報道的昆蟲病原真菌有100多屬750余種［2］，分屬于真菌的半知菌亞門、接合菌亞門、鞭毛菌亞門、子囊菌亞門及擔子菌亞門中［3］。昆蟲病原真菌具有害蟲不易產(chǎn)生抗性、主動侵染和循環(huán)侵染等優(yōu)點［1］，目前已有多種昆蟲病原真菌作為生物防治藥劑被開發(fā)利用。其中研究最為深入的是白僵菌、綠僵菌、鐮刀菌等。本文主要對昆蟲病原真菌的遺傳多樣性和優(yōu)良菌株篩選進行綜述，展望昆蟲病原真菌未來的應用發(fā)展前景。

1昆蟲病原真菌的遺傳多樣性

昆蟲病原真菌具有遺傳多樣性。遺傳多樣性研究在傳統(tǒng)的菌株毒力測定和生理生化特性的基礎(chǔ)上開展，也可借助不斷進步的基因測序技術(shù)、通過宏觀和微觀手段同時進行。通過SSR、ISSR等分子手段分析發(fā)現(xiàn)，不同寄主來源和地理來源的白僵菌存在較高的DNA水平多樣性，表明白僵菌種內(nèi)和種間變異顯著［4］。胡海燕等通過菌株對蚜蟲致病性和多糖等活性物質(zhì)的研究，發(fā)現(xiàn)了蟬棒束孢的遺傳多樣性，蟬棒束孢不同菌株營養(yǎng)物質(zhì)合成能力的不同，說明控制物質(zhì)合成的基因不同，不同菌株在基因水平上表現(xiàn)出差異［5］。分析西雙版納自然保護區(qū)球孢白僵菌遺傳多樣性發(fā)現(xiàn)，白僵菌不同居群之間有著較高的一致性，但在不同季節(jié)侵染寄主昆蟲時，優(yōu)勢基因型菌株發(fā)揮對主要害蟲種群的自然控制作用［6］。因此，在利用昆蟲病原真菌進行害蟲生物防治時，對病原真菌的遺傳多樣性研究非常重要。

昆蟲病原真菌的遺傳多樣性與宿主及自身的某些功能性狀相關(guān)。槲皮素是一種廣泛存在于植物中的類黃酮，在醫(yī)學上有抗菌等相關(guān)藥理作用。有學者發(fā)現(xiàn)，球孢白僵菌遺傳多樣性與產(chǎn)槲皮素酶具有相關(guān)性，這為開發(fā)應用球孢白僵菌新的功能奠定基礎(chǔ)［7］。

昆蟲病原真菌遺傳多樣性與地理來源和寄主來源相關(guān)。來源于不同環(huán)境和不同宿主的菌株，其生物學活性和殺蟲毒力可能存在較大差異。通過對不同生境中的土壤對比分析，發(fā)現(xiàn)綠僵菌屬的遺傳多樣性與不同生境的土壤因子密切相關(guān)，土壤的粘粒含量、含水率等對其有顯著影響［8］。此外，有研究表明，球孢白僵菌的遺傳多樣性與生境類型相關(guān)，某些基因型在農(nóng)業(yè)土壤中占主導地位，而有些基因型可適應不同的環(huán)境條件，包括高度耐受紫外線輻射和高溫［9］。胡曉磊等對中國南方白僵菌遺傳多樣性的研究發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)白僵菌的遺傳多樣性與相關(guān)生境中的物種多樣性有關(guān)［10］。昆蟲病原真菌對不同環(huán)境的適應對于未來的生物防治研究工作有重要意義。

2昆蟲病原真菌優(yōu)良菌株的篩選

昆蟲病原真菌自身毒力相關(guān)基因的表達和寄主抗藥性會影響菌株的殺蟲效果，而篩選高毒力菌株可有效提高殺蟲效果。當前主要通過自然選育和分子改良等方式篩選對特定害蟲高效防治的菌株，或者選育出對多種害蟲及蟲態(tài)均具有防治作用的優(yōu)良菌株。

2.1自然篩選

我國地域廣闊，地理環(huán)境與氣候條件復雜，可以篩選出針對性強的優(yōu)良菌株。分離從野外采集的菌株，在實驗室進行產(chǎn)孢實驗和殺蟲實驗，觀察其產(chǎn)孢量與毒力高低情況，選擇產(chǎn)孢多、具有高效防治能力的菌株。沈祥祥對六種綠僵菌和三種白僵菌篩選發(fā)現(xiàn)，對煙粉虱防治效果最好的是一種白僵菌，并且不會影響煙粉虱的天敵麗蚜小蜂，可與其同時使用［11］。

2.2人工育種

人工育種是利用物理誘變因素和化學誘變劑，獲得殺蟲效果更好的高毒力菌株。紫外誘變、常壓室溫等離子體（ARTP）誘變、離子（N+）注入誘變等是常見的手段，同時還有復合誘變，比單一的物理或化學誘變，效果更佳。通過人工育種，可獲得毒力強，產(chǎn)孢多的菌株。利用紫外與ARTP復合誘變球孢白僵菌和金龜子綠僵菌，發(fā)現(xiàn)誘變菌株的毒力、耐紫外、耐熱性等都會比野生菌株增強［12］。

2.3基因工程

基因工程是利用先進的生物學技術(shù)，在分子水平上作用于昆蟲病原真菌的基因，通過定向誘變，提高菌株的殺蟲活性。研究發(fā)現(xiàn)Mad1基因?qū)肭蜴甙捉┚袝岣咂鋵ハx組織的吸附能力，同時對植物表皮組織不存在吸附現(xiàn)象，提高了菌株的殺蟲效率［13］。

3昆蟲病原真菌的開發(fā)與應用

昆蟲病原真菌菌種豐富，研究歷史久遠，在《舊五代史五行志》中首次記載了蝗蟲的蟲霉流行病。我國在上世紀五十年代開始，進行了白僵菌的相關(guān)研究［14］。進入21世紀，生物科學相關(guān)技術(shù)的突飛猛進，昆蟲病原真菌研究已經(jīng)有了長足進展。迄今為止，已有170余種真菌殺蟲劑產(chǎn)品被開發(fā)利用，常用于害蟲防治的是綠僵菌屬、白僵菌屬和擬青霉屬等［15］，以上真菌宿主范圍廣，容易大規(guī)模生長，且表現(xiàn)出與商用殺蟲劑相似的功效。

昆蟲病害中約有70%為真菌病害，昆蟲病原真菌作為微生物殺蟲劑，具有顯著的社會效益和生態(tài)效益，是害蟲綜合治理中重要的生物防治手段［16］?；瘜W農(nóng)藥是近代以來防治蟲害的主要方式，但近年來對于化學農(nóng)藥危害的認識也日益清晰。昆蟲病原真菌具有殺蟲效果好、分布廣、成本較低等優(yōu)點，已被開發(fā)成生物制劑，成為害蟲防治中化學農(nóng)藥的替代品，減少化學農(nóng)藥的負面作用。

球孢白僵菌是一種普遍存在的真菌，寄主范圍多樣化，是生物防治害蟲廣泛使用的菌劑。不僅對害蟲產(chǎn)生致病性，還使植物產(chǎn)生抗病能力，同時促進植物生長。隋麗等針對玉米大斑病脅迫下球孢白僵菌對玉米植株影響的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，球孢白僵菌在玉米植株內(nèi)有較高的定殖率，可促進植株生長，有效降低玉米大斑病的發(fā)病率［17］。

4昆蟲病原真菌的研究展望

昆蟲病原真菌具有種類多、分布廣、寄生害蟲多、無環(huán)境污染等眾多優(yōu)點，但其從選種、育種、菌株的生產(chǎn)到田間利用等方面都存在著較多問題。針對昆蟲病原真菌的研究應發(fā)揮優(yōu)點，克服缺點。為應對昆蟲病原真菌生物防治低效率的問題，可以通過與生物殺蟲劑、化學農(nóng)藥、表面活性物質(zhì)等混合，提高對害蟲的防治效果［18］。昆蟲病原真菌也可以應用于衛(wèi)生害蟲的防治，有研究表明白僵菌可以控制蚊子、蠅、蚤、臭蟲等衛(wèi)生害蟲［19］。

昆蟲病原真菌制劑的開發(fā)應用潛力巨大。利用現(xiàn)代生物學技術(shù)，分析菌株毒力的影響因素以及菌株的致病機制，用基因組學揭示昆蟲病原真菌的種內(nèi)和種間進化機制，真菌與害蟲的相互作用機制，可為開發(fā)應用新菌劑進行生物防治提供理論支持。加快昆蟲病原真菌的應用進程，應改進工廠化生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)環(huán)境兼容性更好、殺蟲更高效的生物農(nóng)藥。未來不僅要繼續(xù)篩選高毒力菌株、創(chuàng)新研發(fā)新菌劑，還要不斷探索，深入研究昆蟲病原真菌精準化防治特定害蟲，建立昆蟲病原真菌防治蟲害的評價標準。

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