北 方 園 藝 專題綜述 作者簡(jiǎn)介 高蕓 女 碩士 副教授 現(xiàn)主要從事微 生物學(xué)及微生物學(xué)檢驗(yàn)等研究工作 收稿日期 生防芽孢桿菌及假單胞菌拮抗植物 微生物病害研究進(jìn)展 高 蕓 甘肅醫(yī)學(xué)院 甘肅 平?jīng)?摘 要 植物微生物病害不僅會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn) 而且可能使真菌毒素殘留在農(nóng)作物 中 嚴(yán)重威脅農(nóng)作物生產(chǎn) 由于運(yùn)用化學(xué)農(nóng)藥防治途徑存在很大的局限性 如抗藥性和殘留 污染等 廣大學(xué)者越來(lái)越重視研究微生物防治植物微生物病害的方法 該研究對(duì)拮抗菌的 主要種類 拮抗植物病害的研究現(xiàn)狀 生防菌的基因工程技術(shù)研究進(jìn)行了綜述 并總結(jié)了拮 抗植物病害的研究前景 關(guān)鍵詞 植物微生物病害 生防芽孢桿菌 生防假單胞菌 研究進(jìn)展 中圖分類號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 文章編號(hào) 如同中醫(yī) 不治已病治未病 的思想 目前針 對(duì)植物病害的問(wèn)題措施主要還是以 防 為主 治 為輔 在遏制植物病害發(fā)生方面效果顯著 防治植物病害的傳統(tǒng)方法有物理防治 抗病育種 培育防治和化學(xué)農(nóng)藥防治等 農(nóng)藥處理種苗 輪 作等物理防治方法 可有效防治植物病害 一旦植 物被感染了病原菌 如果植物本身缺乏抵抗力 病 原菌引起的病害會(huì)迅速蔓延 通過(guò)抗病基因?qū)?培育抗病植物品種被認(rèn)為是較有效的防治植物病 害的措施 但是通過(guò)雜交 篩選優(yōu)良抗病品種 培 育周期長(zhǎng) 成本高 化學(xué)農(nóng)藥防治是通過(guò)施用化學(xué) 農(nóng)藥殺死植物病原菌 具有使用方便和高效殺菌 等優(yōu)點(diǎn) 但農(nóng)藥中的有毒化學(xué)物質(zhì)也會(huì)造成環(huán)境 污染 以及化學(xué)農(nóng)藥誘導(dǎo)植物病原菌耐藥等種種 隱患 從而使農(nóng)藥失去效用 并造成農(nóng)藥殘留而影 響人類健康等問(wèn)題 為克服上述傳統(tǒng)植物病害防 治方法的隱患 生物防治作為一種有效的 新興的 植物病害防治方法 已經(jīng)受到廣大研究學(xué)者的重 視 目前 生物防治較為廣泛的是對(duì)拮抗菌的研 究 尤其對(duì)芽孢桿菌屬和假單胞菌屬的研究 拮 抗菌作為土壤和植物微生態(tài)的優(yōu)勢(shì)微生物種群 分布廣泛 高度抗逆 對(duì)防治植物病害尤其是真菌 引起的植物病害 提高產(chǎn)品品質(zhì)及增加作物產(chǎn)量 方面起到重要的作用 拮抗菌防治植物病害主要基于以下機(jī)制 對(duì)病原菌的拮抗作用 如同人體的皮膚表面和 與外界相通腔道中的正常菌群拮抗病原菌 植物 拮抗菌也是一樣 與病原菌競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)所需的理化 條件及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 利用在土壤中生長(zhǎng)的種群優(yōu)勢(shì) 導(dǎo)致植物病原菌失去生存空間 拮抗菌分泌抗 菌活性物質(zhì) 如青霉素產(chǎn)自于青霉菌 作為抗生 素可以抑殺其它細(xì)菌 在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中 拮抗 菌分泌的抗菌活性物質(zhì) 如抗生素 細(xì)菌素和幾丁 質(zhì)酶等 既能殺死或溶解植物病原菌 也能使植物 生長(zhǎng)的微環(huán)境發(fā)生改變 進(jìn)而抑制病原菌生長(zhǎng) 拮抗菌誘導(dǎo)寄生植物對(duì)病原菌產(chǎn)生抵抗力 研 究者發(fā)現(xiàn) 如同病毒誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生抗病毒蛋白干 擾素 拮抗菌可分泌活性物質(zhì)激活植物自身抗性 蛋白基因的表達(dá) 進(jìn)而分泌抗性蛋白 抑制植物病 原菌的生長(zhǎng) 拮抗菌吸附在植物病原菌的菌 絲表面或寄生于病原菌 如譙天敏等 發(fā)現(xiàn)綠帚 霉菌可以在植物病原菌赤枯病菌菌絲上生長(zhǎng) 使 該植物病原菌變形 死亡 當(dāng)然 有的拮抗菌拮抗 機(jī)制并非單一的 生防芽孢桿菌拮抗植物病害的研究 生防芽孢桿菌的生物學(xué)特性及分類 芽孢桿菌屬 細(xì)菌是一種革 蘭陽(yáng)性桿菌 研究表明 芽孢桿菌具有較強(qiáng)的纖 維素酶 蛋白酶 淀粉酶等多種活性 這些酶能夠 抑制或破壞周圍其它菌群的生長(zhǎng) 這種細(xì)菌具有 以下特性 對(duì)外界有害因子能夠產(chǎn)生特殊抵抗 力的芽孢 分布廣 主要存在于土壤 水和空氣 中 且抑菌范圍很廣 因此芽孢桿菌是目前重點(diǎn) 研究的生物防治細(xì)菌之一 根據(jù) 伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊(cè) 中分子分類 法 據(jù) 同 源 性 雜 交 分析 基因序列分析等 芽孢 桿菌屬主要有以下幾種 蘇云金芽孢桿菌 枯草芽孢桿菌 包括蠟樣芽孢桿菌 和地衣芽 孢桿菌 短小芽孢桿菌 炭疽芽孢桿菌 和巨大芽孢桿菌 在第九版 伯杰氏細(xì)菌系統(tǒng)學(xué)手冊(cè) 中 記載了 種芽孢桿菌 蘇云金芽孢桿菌 為革蘭氏陽(yáng)性土壤菌 在 芽孢形成中 不同亞種可產(chǎn)生不同形狀的殺 蟲(chóng)蛋白晶體 這些晶體具有很強(qiáng)的殺蟲(chóng)性 蘇云金 芽孢桿菌分布廣 主要存在于昆蟲(chóng) 土壤 倉(cāng)貯塵 埃 污水之中 其中 土壤是篩選蘇云金芽孢桿菌 原始菌株的最普遍和最直接的來(lái)源 正是因?yàn)樯?述特性 蘇云金芽孢桿菌已成為應(yīng)用前景最成功 也是最好的生防細(xì)菌之一 枯草芽孢桿菌也是革蘭氏陽(yáng)性菌 在枯草芽 孢菌體生長(zhǎng)過(guò)程中 產(chǎn)生的枯草菌素 制霉菌素和 多粘菌素等活性物質(zhì)對(duì)植物致病菌具有明顯抑制 作用 枯草芽孢桿菌常在土壤 腐敗有機(jī)物和 污水之中生長(zhǎng) 目前 枯草芽孢桿菌已經(jīng)廣泛的 應(yīng)用于動(dòng)物飼料生產(chǎn) 水產(chǎn)養(yǎng)殖 水質(zhì)凈化 生物 醫(yī)藥和植物抗病等領(lǐng)域 并取得了顯著的社會(huì)和 生態(tài)效益 生防芽孢桿菌拮抗植物病害的研究現(xiàn)狀 據(jù)報(bào)道 大部分真菌能導(dǎo)致植物病害 目前國(guó) 內(nèi)外的研究者對(duì)生物防治主要集中在篩選能夠抑 制真菌生長(zhǎng)且活性穩(wěn)定的芽孢桿菌 美國(guó)研 制并生產(chǎn)的枯草芽孢桿菌菌劑 噴灑到 植物的葉面即可達(dá)到植物病害的防治 我國(guó)生 物防治雖然起步較晚 但也取得了很大的進(jìn)展 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)已經(jīng)研制出既具有生物防治的功 能 也能促進(jìn)植物生長(zhǎng)的多種枯草芽孢桿菌菌 劑 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)已經(jīng)研制成功對(duì)小麥紋枯病 的抑菌作用達(dá) 的枯草芽孢桿菌菌劑 章 挺 篩選并得到了對(duì)黃曲霉具有顯著抑菌作用 的枯草芽孢桿菌 并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)抗菌活性物質(zhì) 的分離純化 李晶等 篩選并得到了抑制黃瓜枯 萎病致病菌菌絲生長(zhǎng)及孢子萌發(fā)的枯草芽孢桿菌 賈鳳安等 篩選并得到的不僅可以抑制甜 瓜白粉病致病菌 而且可以抑制甜瓜霜霉病致病 菌的生長(zhǎng) 生防效果非常顯著的枯草芽孢桿菌 熊 艷等 篩選的枯草芽孢桿菌能分泌抑制植物病 原菌生 長(zhǎng) 的 抗 菌 物 質(zhì) 經(jīng)驗(yàn)證該抗菌物質(zhì)在 高溫處理 和紫外線照射 后仍 然檢測(cè)到顯著的抑菌活性 其理化性質(zhì)非常穩(wěn)定 此外 我國(guó)研發(fā)并投入生產(chǎn)的枯草芽孢桿菌菌劑 如麥豐寧和百抗 在農(nóng)藥部已注冊(cè)登記 除枯草芽孢桿菌外 短小芽孢桿菌也是學(xué)者 致力研究的常見(jiàn)生物防治細(xì)菌之一 據(jù)文獻(xiàn)報(bào) 道 短小芽孢桿菌能夠分泌的抑菌能力強(qiáng)的多種 酶類物質(zhì) 如纖維素酶 脂肪酶 蛋白酶 淀 粉酶和木聚糖酶等 也能夠抑菌范圍非常廣抗 菌物質(zhì) 如抗菌素和抗菌蛋白等 短小芽孢桿 菌分泌的上述酶類和抗菌物質(zhì)對(duì)多種植物的致病 病原菌有明顯的抑制作用 生防芽孢桿菌中的基因工程技術(shù)研究 一般研究學(xué)者通過(guò)生物工程技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)生防 芽孢桿菌的遺傳改良 其主要目的是 提高抗菌 物質(zhì)的 表 達(dá) 增強(qiáng)生防芽孢桿菌的抗菌活性 增強(qiáng)抗菌物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)能力及誘導(dǎo)抗性 以擴(kuò)展 生防芽孢桿菌的抑菌譜 增強(qiáng)在植物寄主上的 定殖能力等 生防芽孢桿菌的遺傳改良全部過(guò)程 一般分為 個(gè)步驟 獲得目標(biāo)基因 選擇載體 克 隆目標(biāo)基因的 片段并引入載體 構(gòu)成重組 北 方 園 藝 月 下 載體 在宿主細(xì)胞內(nèi)對(duì)重組載體復(fù)制和擴(kuò)增 篩選 帶有重組目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)化細(xì)胞 鑒定外源基因的 表達(dá)產(chǎn)物 高學(xué)文等 構(gòu)建了顯著提高脂肽類 抗生素活性物質(zhì)分泌量的枯草芽孢桿菌基因工程 菌 王益民 不僅通過(guò)把 葡聚糖酶基因和 幾丁質(zhì)酶 基因分別導(dǎo)入生防芽孢桿菌 中提高了其對(duì) 菌絲的裂解作用 而且通過(guò)誘 變育種 如芽孢桿菌 的 和 雙突變后 生物合成變成組成性表達(dá) 來(lái)提高抗生素產(chǎn)量 其產(chǎn)物濃度可以達(dá)到野生菌 株的 倍之多 生防芽孢桿菌抗病害的研究前景 目前 國(guó)內(nèi)外大多數(shù)研究者在生物防治新菌 種的開(kāi)發(fā)方面投入了大量的研究工作 以繁殖快 生命力強(qiáng) 分布廣 高抗逆 抑菌滅害為主要特點(diǎn) 的芽孢桿菌成為生物防治研究者的寵兒 枯草芽 孢桿菌 解淀粉芽孢桿菌 蘇云金芽孢桿菌是當(dāng)前生物防治芽孢 桿菌的主要研究對(duì)象 只有很少的學(xué)者以短小芽 孢桿 菌 多 粘 類 芽 孢 桿 菌 及其它芽孢桿菌作為生物防治研究對(duì)象 此外 大部分研究成果集中在篩選得到生防菌 以 及其初步的生抑菌機(jī)制 而對(duì)所研究生防菌的抗 菌物質(zhì)未做進(jìn)一步的分離純化和鑒定 迄今為 止 生防芽孢桿菌防治在農(nóng)作物應(yīng)用范圍研究十 分有限 主要集中在黃瓜 芒果 油桃 辣椒 玉米 擬南芥 香蕉 小麥 番 茄 甜菜 等 針對(duì)其它植物種類比如花卉等 的生防芽孢桿菌研究有待開(kāi)展 植物采后病害防 治及花卉保鮮生防芽孢桿菌研究也亟待開(kāi)展 探 索生防芽孢桿菌與化學(xué)農(nóng)藥混配的可能性 最佳 混配比例 混配種類 混配相容性 為提高生防芽 孢桿菌的作用效果 降低種植戶生產(chǎn)成本提供有 效途徑 此外 拮抗植物微生物病害的生防芽孢 桿菌國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)農(nóng)村部登記注冊(cè)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也 需加速 亞寶 枯草芽孢桿菌 增產(chǎn)菌 蠟質(zhì)芽孢 桿菌 是大家熟悉的已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的生防芽孢 桿菌 雖然生防芽孢桿菌抗病害的研究已經(jīng)取得了 較多成果 但生防產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍然任重道遠(yuǎn) 在 產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中 既要攻克生防菌發(fā)酵生產(chǎn)的培養(yǎng) 基配方以及最適于繁殖的生長(zhǎng)條件等產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn) 等關(guān)鍵技術(shù) 同時(shí) 還需要基于生產(chǎn)工廠的實(shí)際 生產(chǎn)條件制定合理和科學(xué)的生產(chǎn)工藝 解決上述 問(wèn)題需要技術(shù)所有者和生產(chǎn)單位付出更多的時(shí)間 和精力 才可能實(shí)現(xiàn)生防技術(shù)從研究成果向批量 生產(chǎn) 乃至于實(shí)際應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程 生防假單胞菌拮抗植物病害的研究 假單胞菌的生物學(xué)特性及分類 假單胞菌屬 細(xì)菌是桿狀或稍 彎的革蘭染色陰性桿菌 不形成芽胞 有莢膜 菌 體大小約為 有 端鞭毛 可產(chǎn)生鞭毛運(yùn)動(dòng) 某些假單胞菌株能產(chǎn) 生熒光色素 或者紅 藍(lán) 黃等水溶性色素 有較強(qiáng) 的分解有機(jī)物的能力 假單胞菌多分布在土壤 水和多種植物中 此菌屬有 種 至少有 種對(duì) 人或動(dòng)物具有致病性 綠膿桿菌 和熒光假單胞菌 是比較常見(jiàn) 的假單胞菌屬細(xì)菌 綠膿桿菌又名銅綠假單胞菌 是一種抗藥性 強(qiáng)但致病力低的桿菌 綠膿桿菌廣泛的分布在土 壤 空氣 水以及人體皮膚 呼吸道和消化道中 該菌是一種條件致病菌 在特定條件下具有多重 耐藥性 該菌能產(chǎn)生 種水溶性色素 綠膿素和 熒光素 綠膿素是一種藍(lán)綠色的吩嗪類有毒代謝 物 具有致病性和抗菌性 熒光假單胞菌是一種革蘭氏陰性菌 該菌廣 泛的分布在土壤 水 植物和動(dòng)物中 該菌生化能 力較為活躍 可以降解人工化合物 可用于環(huán)境保 護(hù) 此外 該菌是一種植物根際促生細(xì)菌 能夠利 用根系分泌物迅速在植物根部定殖 部分菌株具 有促進(jìn)植物生長(zhǎng)和生防的作用 可用于植物病害 的防治 生防假單胞菌抗病害的研究現(xiàn)狀 等 發(fā)現(xiàn)綠膿素的吩嗪 羧酸 具有較強(qiáng)的抑制植物真菌病害的作用 典型假單 胞菌生防菌株主要有下述幾類 產(chǎn)生抑菌次生 代 謝 產(chǎn) 物 吩 嗪 羧 酸 的假單胞菌 該類假單胞菌既能抑制 小麥全蝕病 辣椒疫霉 黃瓜炭疽病 甜瓜蔓枯病 和水稻紋枯病等 又能抑制尖鐮刀菌 第 期 北 方 園 藝 腐霉菌 白葉枯菌 絲核菌 疫霉菌 炭疽菌 等病菌 該類假單胞菌主要有 熒光假 單 胞 菌 綠 針 假 單 胞 菌 和 銅綠假單胞菌 和 產(chǎn)生抑菌次生代謝產(chǎn)物 藤黃 綠 膿 菌 素 硝 吡 咯 菌 素 和 二乙酰藤黃酚 的熒光假單胞菌 和 銅綠假單胞菌 抑制植物 病原菌終極腐霉引起的根腐病 立枯絲核菌引起 的猝倒病和小麥全蝕病 同時(shí)也能抑制植物病原 細(xì)菌胡蘿卜軟腐歐氏桿菌引起的馬鈴薯軟腐病 產(chǎn)生抑菌次生代謝產(chǎn)物環(huán)狀脂多肽 粘質(zhì)酰胺 的 熒光假單胞菌 對(duì)植物病原真菌終極腐 霉和立枯絲核菌具有顯著抗性 產(chǎn)生抑菌次生 代謝產(chǎn)物鐵載體的銅綠假單胞菌 對(duì)植物病原真菌 腐霉菌 灰 葡 萄 孢 菌 稻 瘟 菌 尖 鐮 刀 菌 鏈 格 孢 菌 鐮刀菌 黑曲霉 和白絹菌 具有 顯著抗性 產(chǎn)生抑菌次生代謝產(chǎn)物吩嗪 酰 胺的 銅 綠 假 單 胞 菌 對(duì)植物病原真菌尖鐮刀菌 腐霉菌 紋枯菌 白葉枯菌等多種菌具有顯著抗 性 值得指出的是 生防假單胞菌產(chǎn)生的較典型 的 種次生代謝產(chǎn)物 吩嗪酸 和 二乙 酰藤黃酚 對(duì)引起小麥全蝕病的小麥全蝕 菌 具有 重要防治作用 生防假單胞菌抗病害的研究前景 雖然假單胞菌對(duì)多種植物病害具有顯著的防 治作用 但是 目前假單胞菌尚未在植物病害防治 中真正應(yīng)用 還有很多實(shí)際問(wèn)題尚待解決 例如 熒光假單胞菌的生防效率尚處于比較低的水平 為 在后續(xù)研究中 既要篩選更優(yōu)良 的菌株以提高生防效率 同時(shí)還要找到提高假單 胞菌生防菌株在大田防治穩(wěn)定性的有效途徑 次 生代謝物抑制病害的具體機(jī)制有待深入研究 也 需要深層次探索假單胞菌生防作用機(jī)制 加強(qiáng)具 有活性的次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展 提高抑菌 代謝產(chǎn)物的發(fā)酵效價(jià) 改進(jìn)假單胞菌生防控制能 力的基因研究方面尚處于初期 有更多的探索空 間 轉(zhuǎn)基因后產(chǎn)生的有機(jī)體多樣性研究及對(duì)環(huán)境 造成的生態(tài)影響也有待評(píng)估 生防假單胞菌基因 的全序列測(cè)序 生防假單胞菌毒力島基因序列測(cè) 序 生防假單胞菌株與引起人類致病的同屬菌株 毒力及耐藥性比較 生防假單胞菌株與引起人類 致病的同屬菌株耐藥性機(jī)制比較 探索降低生防 假單胞菌株對(duì)人類和環(huán)境影響的方法 利用基因 組比較方法剔除生防假單胞菌中人和動(dòng)物的毒力 島等都可以作為后續(xù)研究方向 參考文獻(xiàn) 黃曦 許蘭蘭 黃榮韶 枯草芽孢桿菌在抑制植物病原菌中 的研究進(jìn)展 生物技術(shù)通報(bào) 譙天敏 朱天輝 綠粘帚霉與堅(jiān)強(qiáng)芽孢桿菌對(duì)松赤枯病生物 防治的研究 雅安 四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 周亞妮 淺談枯草桿菌的特性及其應(yīng)用 黔南民族醫(yī)專 學(xué)報(bào) 土壤微生物學(xué)與生物化學(xué) 顧宗濂 等譯 北京 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社 梅汝鴻 植物微生態(tài)學(xué)的研究 世界農(nóng)業(yè) 張凱 枯草芽孢桿菌 制劑保護(hù)劑研究 武漢 華 中農(nóng)業(yè)大學(xué) 章挺 枯草芽孢桿菌 對(duì)黃曲霉的抑制及活性物質(zhì)的 研究 南京 南京師范大學(xué) 李晶 楊謙 趙麗華 生防枯草芽孢桿菌 菌株抗菌物質(zhì) 的初步研究 中國(guó)生物工程雜志 賈鳳安 陳亮 陳立 大棚甜瓜三種主要真菌病害拮抗細(xì)菌 的篩選與鑒定 植物保護(hù)學(xué)報(bào) 熊艷 張曉喻 李敏 一株抗多種植物病害菌株的篩選 鑒定 及其活性成分研究 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 北 方 園 藝 月 下 曹小紅 產(chǎn)脂肽的純化 抑菌活性及其 表面活性劑特性 中國(guó)生物工程雜志 高學(xué)文 姚仕義 等 基因工程枯草芽孢桿菌 產(chǎn)生的脂肽類抗生素及其生物活性研究 中國(guó)農(nóng)業(yè)科 學(xué) 王益民 幾丁質(zhì)酶基因和 葡聚糖酶基因的克隆及雙 價(jià)基因在枯草芽孢桿菌 中 的 表 達(dá) 植 物 病 理 學(xué) 報(bào) 王蘭英 廖鳳仙 駱焱平 九里香內(nèi)生細(xì)菌 的鑒定及 其對(duì)芒果采后病害的防效 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 楊振 郭紅蓮 張曉松 枯草芽孢桿菌 防治油桃采后 病害的研究 中國(guó)果樹(shù) 朱昌雄 孫東園 蔣細(xì)良 我國(guó)微生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn) 業(yè)化對(duì)策研究 現(xiàn)代化工 朱昌雄 蔣細(xì)良 孫東園 等 中國(guó)青年農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)術(shù)年報(bào) 北京 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社 朱 昌 雄 微生物農(nóng)藥及其產(chǎn)業(yè)化 北 京 科 學(xué) 出 版 社 周蓮 蔣海霞 金凱明 等 高產(chǎn)申嗪霉素和吩嗪 酰胺的水 稻根際銅綠假單胞菌 分離 鑒定與應(yīng)用潛力 微生物 學(xué)報(bào) 第 期 北 方 園 藝 北 方 園 藝 月 下