淺談白僵菌的分類

魏萬勇, 蒲 濤, 陳 雪, 劉渝鈴

(四川省蠶絲學(xué)校,四川 南充 637000)

白僵菌[Beauveriabassiana]是我國(guó)研究時(shí)間最長(zhǎng)、應(yīng)用面積最大的微生物殺蟲劑,也是目前農(nóng)林業(yè)上防治食葉害蟲非常有效的生物農(nóng)藥,其致病性強(qiáng),殺蟲范圍廣,作用于松毛蟲、玉米螟、大豆食心蟲、甘薯象鼻蟲、馬鈴薯甲蟲、高粱條螟、小菜蛾、茶葉毒蛾、松針毒蛾、棉鈴蟲、稻葉蟬、稻苞蟲、稻飛虱等多種農(nóng)林害蟲[1],特別是對(duì)玉米螟和松毛蟲,已經(jīng)作為常規(guī)手段連年使用。另外白僵菌也應(yīng)用于僵蠶人工飼養(yǎng),傳統(tǒng)的中藥材僵蠶特指蠶蛾科昆蟲家蠶4～5齡的幼蟲感染(或人工接種)白僵菌[Beauveriabassiana]而致死的干燥體[2]。白僵菌應(yīng)用如此廣泛,但在眾多微生物教材和研究文獻(xiàn)中,關(guān)于白僵菌的分類,實(shí)際上并不統(tǒng)一,甚至有些混亂,本文將針對(duì)白僵菌的分類進(jìn)行探討。

白僵菌的研究,最先始于意大利昆蟲學(xué)家Bassi,迄今已有兩百多年的歷史。1807年蠶絲成為意大利的主要紡織品之后,當(dāng)時(shí)白僵病作為一種流行性蠶病,導(dǎo)致養(yǎng)蠶業(yè)大幅減產(chǎn),這種蠶病被稱為calcinetto或calcinaccio,也稱蠶硬化病或者鈣化病calcino,其后Bassi對(duì)此進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)30多年不間斷的研究。1816年,Bassi首次觀察到該病原真菌并且對(duì)病害癥狀進(jìn)行了描述。1835年,該菌被歸入葡萄孢屬(BotrytisbassianaBalsamo),而后作為一種側(cè)孢霉(Sporotrichumglobuliferumspegazzini),1895年作為棒束孢(Isariavexans)。1911年,部分學(xué)者提出其應(yīng)歸于尚未描述的一個(gè)新屬,1912年最終命名為白僵菌屬(Beauveria),這是微生物學(xué)歷史上第一次建立白僵菌屬[3]。白僵菌屬建立之后,其屬下種的分類經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的爭(zhēng)論:1926年白僵菌屬被分為球孢白僵菌[Beauveriabassiana]和致密白僵菌[Beauveriadensa]兩類,這一劃分持續(xù)到1954年,雖然還是分成兩類,但不同的是纖細(xì)白僵菌[Beauveriatenella]代替了致密白僵菌。至1972年白僵菌屬被重新劃分球孢白僵菌(Beauveriabassiana)、白色白僵菌[Beauveriaalba]和布氏白僵菌[Beauveriabrongniartii]3類,其中白色白僵菌無昆蟲寄生性另被分屬(側(cè)齒霉屬),布氏白僵菌也叫卵孢白僵菌。1975年,蠕孢白僵菌(Beauveriavermiconia)被分離出來,1982年相繼發(fā)現(xiàn)了多形白僵菌(Beauveriaamorpha)以及黏孢白僵菌(Beauveriavelata),1988年蘇格蘭白僵菌(Beauveriacaledonica)被分離出來,并為中國(guó)學(xué)者所證實(shí)。迄今為止,比較一致的觀點(diǎn)是:白僵菌共有6個(gè)代表種即球孢白僵菌(Beauveriabassiana)、布氏白僵菌(Beauveriabrongniartii)、多形白僵菌(Beauveriaamorpha)、蘇格蘭白僵菌(Beauveriacaledonica)、黏孢白僵菌(Beauveriavelata)和蠕孢白僵菌(Beauveriavermiconia)[3]。6個(gè)代表種在不同發(fā)育階段都有著相同或相似的形態(tài)特征,但也存在一定的差異(見表1)。在我國(guó),以球孢白僵菌和布氏白僵菌兩種最為常見。

微生物分類學(xué)是研究微生物分類理論和技術(shù)方法的學(xué)科,按微生物親緣關(guān)系,把眾多微生物安排成條理清楚的各種分類單元,建立理想的自然分類系統(tǒng),反映微生物進(jìn)化的規(guī)律,擔(dān)負(fù)著分類、鑒定和命名三大任務(wù)。微生物的分類單位則跟動(dòng)植物一樣,按順序排列為界(Kingdom)→門(Phylum)→綱(Class)→目(Order)→科(Family)→屬(Genus)→種(Species),種以下還可分為變種、亞種和菌株等。微生物的命名,除病毒外,均采用國(guó)際上通用的雙名法。微生物分類學(xué)是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科,從古老的形態(tài)學(xué)到現(xiàn)代分子生物學(xué)的新成果,都可以吸收作為分類的依據(jù),隨著微生物分類學(xué)的發(fā)展,進(jìn)一步產(chǎn)生了許多的分支學(xué)科,如以細(xì)胞染色體為依據(jù)的細(xì)胞分類學(xué),以血清反應(yīng)為依據(jù)的血清分類學(xué),以化學(xué)組分為依據(jù)的化學(xué)分類學(xué)等。白僵菌的分類實(shí)際上就是有關(guān)真菌分類依據(jù)和分類系統(tǒng)的一個(gè)問題。

白僵菌是一類真菌,有著真菌的共同特征:有細(xì)胞壁和成形的細(xì)胞核,無根、莖、葉分化,不含葉綠素,營(yíng)腐生或寄生生活。到目前為止,人類發(fā)現(xiàn)的真菌有10多萬種,如何對(duì)如此龐大的真菌進(jìn)行分類,迄今尚未統(tǒng)一。有的是從應(yīng)用角度,把真菌分為3類:單細(xì)胞的真菌簡(jiǎn)稱酵母菌(Yeast)、絲狀的真菌俗稱霉菌(Mould)以及在生活史過程中能形成大型子實(shí)體的真菌則稱為蕈菌(Mushroom)。特別需要指出的是,這種分類只是為了應(yīng)用的方便,不能反映白僵菌的系統(tǒng)進(jìn)化,也不是微生物分類系統(tǒng)的單元。但是目前大部分農(nóng)林類職業(yè)院校微生物學(xué)教材以及在日常生活中,我們通常采用這樣的分類和描述方法。按照這樣的描述方法,白僵菌當(dāng)屬霉菌類。因?yàn)槊咕且活惤z狀真菌的統(tǒng)稱,由菌絲組成,菌絲有隔或無隔,在基質(zhì)上呈絨毛狀、絮狀或蜘蛛網(wǎng)狀,常產(chǎn)生不同顏色及形態(tài)各異的無性和有性孢子,白僵菌所有的形態(tài)學(xué)特征都與此相符。

而具體在分類學(xué)上,特別是傳統(tǒng)的真菌分類學(xué)上,主要采用的依據(jù)之一就是真菌的形態(tài)學(xué)特征。有的學(xué)者采用了恩斯特·貝西(ErnstBessey)的分類系統(tǒng),它主要根據(jù)有性繁殖特點(diǎn),把真菌分為三綱一類:即有性繁殖產(chǎn)生卵孢子和接合孢子的藻狀菌綱(Phycomycetes)、產(chǎn)生子囊和子囊孢子的子囊菌綱(Ascomycetes)、產(chǎn)生擔(dān)子和擔(dān)孢子的擔(dān)子菌綱(Basidiomycetes)以及沒有發(fā)現(xiàn)有性生殖、只有無性繁殖的半知菌類(Deuteromycota)。而目前各種教材和研究文獻(xiàn)普遍采用的是安斯沃斯 (Ainsworth)等人所著《真菌學(xué)詞典》所介紹的分類系統(tǒng),該系統(tǒng)認(rèn)為真菌屬于單獨(dú)成立的真菌界(Fungi),界以下分為粘菌門(Myxomycota)和真菌門(Eumycota),它在三綱一類的基礎(chǔ)上做出了調(diào)整,增減了部分分類單位,取消了藻狀菌綱,將相應(yīng)的綱升級(jí)為亞門,即目前普遍采用的5個(gè)亞門系統(tǒng),包括:無性繁殖產(chǎn)生具有鞭毛的游動(dòng)孢子、有性繁殖產(chǎn)生卵孢子或休眠孢子囊的鞭毛菌亞門(Mastigomycotina);菌絲無隔、無性繁殖產(chǎn)生孢囊孢子、有性生殖產(chǎn)生接合孢子的接合菌亞門(Zygomycotina);無性繁殖產(chǎn)生分生孢子、有性生殖產(chǎn)生子囊孢子的子囊菌亞門(Ascomycotina);無性繁殖不發(fā)達(dá)、有性生殖產(chǎn)生擔(dān)孢子的擔(dān)子菌亞門(Basidiomycotina);以及無性繁殖產(chǎn)生分生孢子、沒有有性生殖的半知菌亞門 (Deuteromycotina)[5]。此外,也有采用其他如亞歷克索普洛斯(Alexopoulus)和唐納德.J.S.巴爾(Donald J.S.Barr)等的分類系統(tǒng)。綜合這些分類系統(tǒng),它們對(duì)于真菌的分類,一般是依據(jù)菌絲、孢子、菌落和子實(shí)體的大小、形狀和結(jié)構(gòu)等真菌的形態(tài)學(xué)特征,屬于古老的傳統(tǒng)真菌分類體系。

自1912年建立白僵菌屬以來,白僵菌屬下種水平的分類一直比較混亂,缺乏統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。部分種的歸屬,學(xué)界甚至存在很大的分歧[7]。白僵菌寄主繁多,生長(zhǎng)環(huán)境各不相同,常常導(dǎo)致其形態(tài)特征的多樣性變化。我國(guó)對(duì)該屬的分類基本沿用了Macloed的分類方法,按分生孢子的形態(tài)不同來進(jìn)行分類,由此分為球孢白僵菌和卵孢白僵菌兩個(gè)種類。但是這種分類明顯可見的問題是:卵孢白僵菌卵形孢子比例極高,球孢白僵菌僅有一半的球形孢子,因此,僅僅依據(jù)無性孢子—分生孢子的形態(tài)來進(jìn)行分類,明顯缺乏說服力?？傊?對(duì)白僵菌屬的分類不僅需要綜合多種形態(tài)指標(biāo),還必須引入生理如營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)、生化如代謝指標(biāo)、核酸指標(biāo)或其他指標(biāo)。從形態(tài)特征來說,白僵菌菌絲有隔,菌落平坦,呈絨毛狀,能產(chǎn)生分生孢子,孢子形成后菌落呈粉狀,表面白色至淡黃色,分生孢子梗瓶狀,單生或分枝,分生孢子著生在小梗上,孢子呈球形至卵形。對(duì)其生活史了解不完全:未發(fā)現(xiàn)有性階段或有性階段不清楚,只有無性繁殖階段,而稱為半知菌。因此,依據(jù)安斯沃斯 (Ainsworth)的真菌分類系統(tǒng),白僵菌傳統(tǒng)的分類為:半知菌亞門(Deuteromycontina) →絲孢綱(Hyphomycetales) →叢梗孢目(Moniliales) →叢梗孢科(Moniliaceae) →白僵菌屬(Beauveria)[6],在此分類系統(tǒng)下,白僵菌屬歸于半知菌類。

由于半知菌在整個(gè)菌物系統(tǒng)中的特殊性,形態(tài)學(xué)指針只能來源于無性階段。部分學(xué)者提出了不同的觀點(diǎn):由于微生物形態(tài)學(xué)特征常會(huì)因營(yíng)養(yǎng)成分、培養(yǎng)條件、培養(yǎng)時(shí)間和寄主的不同而發(fā)生變異[3],形態(tài)學(xué)特征不能作為真實(shí)種的鑒定依據(jù),只可作為形式種被接受[4]。因此,白僵菌屬并非真實(shí)屬,只能被當(dāng)作形式屬,其屬下各種的形態(tài)特征較為一致,實(shí)際上并無親緣關(guān)系(或親緣關(guān)系不清)?？傊?形態(tài)學(xué)特征無疑是白僵菌屬分類的重要指標(biāo),但對(duì)白僵菌屬種的鑒定,除了形態(tài)學(xué)指標(biāo)以外,更應(yīng)當(dāng)兼顧其他指標(biāo),才能使分類更準(zhǔn)確更科學(xué)。因此,在傳統(tǒng)分類研究的基礎(chǔ)上,現(xiàn)代微生物分類學(xué)引入了分子生物學(xué)技術(shù),應(yīng)用較多的主要有核糖體脫氧核糖核酸(rDNA)序列測(cè)定、線粒體DNA限制性片段多態(tài)性(RFLP)分析、隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性(RAPD)分析及脈沖場(chǎng)凝膠電泳(PFGE)分析等等。

微生物分類學(xué)是一門不斷發(fā)展的學(xué)科。近代科學(xué)的迅速發(fā)展和新技術(shù)的不斷滲透,特別是在分子生物學(xué)和生物工程深入發(fā)展的今天,人們對(duì)微生物的認(rèn)識(shí)不斷深化,以形態(tài)為主的傳統(tǒng)分類方法已不能滿足現(xiàn)代分類鑒定的需要,現(xiàn)代分類方法不斷深化,鑒定指標(biāo)不斷革新。如從傳統(tǒng)的分類學(xué)方法到數(shù)值分類法、從簡(jiǎn)單形態(tài)指標(biāo)、生理生化指標(biāo)到遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞化學(xué)組分等指標(biāo),極大地促進(jìn)了微生物分類學(xué)的發(fā)展。應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù),從遺傳進(jìn)化角度闡明真菌種群之間和種間內(nèi)的親緣關(guān)系,是當(dāng)前真菌分類學(xué)的研究熱點(diǎn),較之前傳統(tǒng)分類方法更全面也更準(zhǔn)確,更能體現(xiàn)真菌種屬間親緣關(guān)系。隨著對(duì)白僵菌研究的不斷深入,特別是分子進(jìn)化和系統(tǒng)發(fā)育的研究,將白僵菌重新進(jìn)行了歸類組合。新版《真菌詞典》中的分類系統(tǒng)對(duì)原先的分類系統(tǒng)進(jìn)行了修訂并作出了很大調(diào)整[8]。美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心(NCBI)將白僵菌歸類為:真菌界(Fungi)→雙核亞界(Dikarya)→子囊菌門(Ascomycota)→盤菌亞門(Pezizomycotina)→糞殼菌綱(Sordariomycetes)→肉座菌亞綱(Hypocreomycetidae)→肉座菌目(Hypocreales)蟲草菌科→(Cordycipitaceae)→蟲草屬(Cordyceps)。目前,越來越多的文獻(xiàn)和研究采用了NCBI的分類標(biāo)準(zhǔn),為了避免名稱混亂,方便學(xué)術(shù)交流,為科學(xué)分類和檢索奠定基礎(chǔ),建議統(tǒng)一為美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心NCBI的分類標(biāo)準(zhǔn)。