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棉花黃萎病菌的拮抗生物菌研究淺述

来源:编辑部 | 编辑:棉花所 | 发布时间:2016-11-30 | 栏目:棉花科學 | 点击:2086

引用:喬豔豔,楊兆光,楊磊,等. 棉花黃萎病菌的拮抗生物菌研究淺述[J]. 棉花科學,2016386):19-24.

Cite: Qiao Yanyan, Yang Zhaoguang, Yang Lei, et al. Studying Brief Introduction of Antagonistic Biological Bacteria of Cotton Verticillium Wilt Fungus[J]. Cotton Sciences, 2016, 38 (6) : 19-24.

 

棉花黃萎病菌的拮抗生物菌研究淺述*

喬豔豔1,楊兆光1,楊磊1,崔金傑2,雒珺瑜2,李捷1

1.极速11选5,江西 九江,3321052.中国农业科学院棉花研究所,河南 安阳,455000

 

摘要:爲了倡導減少化肥農藥的應用,推行對人畜安全、不汙染環境、對植物無不良影響、不幹擾其他防治措施的生物防治(中醫療法),通過查閱資料和結合課題調研,系統歸納了棉花黃萎病生物菌防治策略、研究種類和進展以及存在的問題,旨在促進棉花黃萎病的生物菌防治的研究和發展。

關鍵詞:棉花;黃萎病;生物菌;生物防治

中圖分類號: S435.621.2.4  文獻標識碼: A 文章編號2095-3143201606-0019-06

DOI10.3969/j.issn.2095-3143.2016.06.004

 

Studying Brief Introduction of Antagonistic Biological

 Bacteria of Cotton Verticillium Wilt Fungus

Qiao Yanyan1, Yang Zhaoguang1, Yang Lei1, Cui Jinjie2, Luo Junyu2, Li Jie1

{C}(1.{C}Cotton Research Institute of Jiangxi Province, Jiangxi Jiujiang 332105, China2.Institute of Cotton Research of CAAS, Henan Anyang 455000, China)

 

Abstract: In order to promote the reduction of chemical fertilizer and pesticide application, and implement the biological control (tcm therapy) which was safety to human and livestock, no environmental pollution, no adverse effects on plants, and did not interfere with other control measures, this paper summed up the prevention strategy for cotton verticillium wilt bacteria, the research type, progress and existing problems by consulting the materials and combining with the project survey. The purpose  was to promote the research and development of biological control for cotton Verticillium wilt.

Key words: Cotton;  Verticillium wilt; Biological bacteria; Biological control

 

0引言

棉花黃萎病自1914年首次在美國發現以來,已成爲危害嚴重的世界性病害,並于1935年由美國斯字棉引種傳入我國,在我國各大棉區迅速蔓延。經過百年的研究,國內外學者對該病的症狀、發病規律等生物學特性已進行了系統的描述;對于引發該病的病原物黑白輪枝菌和大麗輪枝菌(在我國主要是後者)的形態和生理特性的研究已深入[1-3],已達到分子生物學水平。培育高抗黃萎病的棉花新品種是防治該病的最有效途徑。目前已培育出部分耐病品種,它們的推廣和應用對棉花的病害防治起到了一定的作用,但是抗病性水平不高、抗性不夠穩定成爲抗黃萎病育種的主要弊端。另外有研究表明,品種的抗病性與豐産性呈反比[3-5]。在棉花高抗黃萎病且豐産性高的優良品種育成並普遍推廣之前,黃萎病的有效防控措施仍爲國內外植保工作者的主要研究方向;在普遍倡導減少化肥農藥應用的大環境下,生物防治以其對人畜安全、不汙染環境、對植物無不良影響、不幹擾其他防治措施等諸多特點而備受青睐。因此,系統歸納棉花黃萎病生物菌防治策略、研究種類和進展以及存在的問題,旨在促進棉花黃萎病的生物菌防治的研究和發展。

棉花黃萎病的生防策略

棉花黃萎病是典型的土傳病害,微菌核是黃萎病菌在土壤中存活的主要結構和初侵染菌源,在病害循環中起重要作用,當年微菌核在土壤中的數量和存活情況是預測翌年黃萎病發生程度的重要指標。可見,防治棉花黃萎病的重要措施就是探索如何有效破壞微菌核的形成、影響微菌核的存活以及延遲黃萎菌在寄主體內的定殖。基于以上形成如下的黃萎菌的生物防治策略 [6-8]:①抑制微菌核在寄主死後的病殘體上形成;②降低微菌核在病殘體中的存活能力;③利用曬土和土壤熏蒸劑等措施與拮抗菌結合來降低微菌核的存活;④利用拮抗微生物阻止微菌核在根尖和生長區的萌發以及對根的侵入。

棉花黃萎病生防因子的種類及研究

棉花黃萎病的生防因子主要包括拮抗細菌、真菌、放線菌等,來源主要爲根際土壤微生物及植物體的內生菌。

2.1拮抗細菌及其生防研究

拮抗細菌對棉花黃萎病生防作用報道很多,種類主要包括嗜麥芽糖寡養單胞菌(Stenotrophomonas)、芽孢杆菌(Bacillus spp.)、熒光假單胞杆菌(Fluorescent Pseudomonas)、黃單胞杆菌(Xanthomonas sp.)、草生歐文菌(Erwini herbicola)等,其中研究最多的是芽孢杆菌[9]。拮抗細菌來源主要分爲根際細菌和內生細菌兩大類。李社增,等[10]從棉花根際和根內分離到 17個菌株,在平板對峙培養中都能極顯著抑制黃萎病菌的生長,其中 15株的抑菌率大于65%,最高達 89.6 %。這些菌株的培養濾液也具有抑制作用。

一般認爲,根際細菌對黃萎病的拮抗作用機理是通過産生肽類、磷脂類、多烯類和氧基酸等抗菌物質,達到抑制病原菌菌絲生長的作用,從而對黃萎病起到防治作用。Berg Lottmann Stenotrophomonas   maltophilia爲模式菌,研究了拮抗細菌對油菜黃萎菌作用機制,發現 S . maltophilia 素、嗜鐵素、幾丁質酶和β-1,3- 葡聚糖酶等物质,证实了抗生素的産生是拮抗细菌對黄萎菌生长抑制的主要作用机制[11]。袁紅水,等[12]21株芽孢杆菌屬細菌進行抗黃萎病試驗,結果顯示6株菌株的抑菌活性較高,抗菌物質主要爲蛋白或多肽類物質,該類物質通過抑制大麗輪枝菌孢子萌發和使菌絲體原生質凝集而抑制其生長。陳莉,等[13]研究對棉花黄萎病具有抑制作用的枯草芽胞杆菌A178菌株认为,该菌株通过産生颉颃物质使病原真菌菌丝体断裂,抑制分生孢子的萌发從而抑制病原菌的侵染。

内生细菌拮抗作用机理比较复杂,一方面内生细菌与病原菌對侵染部位和营养的竞争有关,另一方面内生细菌産生抗生素酶类物质或类植物激素、诱导植物産生系统抗性、溶菌作用和重寄生作用等[14-15]。張铎,[16]從棉株中分离筛选到一株對棉花黄萎病菌具有较强拮抗作用的内生细菌BSD-2,并证实为枯草芽孢杆菌;平板對峙试验表明,BSD-2對多种植物病原真菌有抑制作,其培养液的粗提液,能够有效抑制黄萎病菌孢子萌发。王琦,[17]從棉花维管组织内分离到的颉颃细菌能诱导植物体合成一些能使植物体本身增加對病害菌的抵御能力的物质,如细胞壁物质、植保素、几丁质酶等其他一些抗氧化酶类。夏正俊,等[18]對棉株内生细菌的研究表明,细菌能诱导棉花同工酶活性的变化,且该内生菌还能促进棉花的生长,從而达到有效控制棉花黄萎病的发生和发展。可见,内生细菌的几种拮抗机理可以是可以协同作用,只是某种机理在某种内生细菌中作用机制发挥主要作用。

2.2拮抗真菌及其生防研究

國內外早期研究表明,利用真菌防治棉花黃萎病研究較多的主要包括木黴 ( Trichoderma spp.)、黃色蠕形黴(Talaromyces flavus)、頂枝孢黴( Acremonium spp.)、曲黴 ( Aspergillus spp.)、粘帚黴( Gliocladium spp.)、黑粘座孢黴(Myrothecium roridum)、繩狀青黴 ( Penicillium fungiculosum)、寡雄腐黴 ( Pythium oligandrum) 、匐柄黴 ( Stemp hylium spp.) 和球毛殼菌 ( Chaetomium  glob osum) 、鐮刀菌 ( Fusarium spp.)、瘤黑粘座孢菌 ( Myrothecium  verrucaria )[19]。後又發現叢枝菌根菌(Arbuscular mycorrhizal )對棉花黄萎病也有一定的拮抗作用[20]。其中研究較多的是木黴及黃色蠕形黴兩種,尤其是木黴菌的生防制劑研發較爲是成功。

目前全世界60%的生物農藥均以木黴菌株進行開發,國外商品化的木黴制劑包括美國的ToPshield(哈茨木黴T22菌株)、以色列的Trichodex(哈茨木黴T139菌株)、新西蘭的木黴制劑TrichodexTrichoflow、俄羅斯的Mycol、韓國的YC458、西班牙哈茨木黴和綠色木黴混合制剂TUSAL等,對植物病害有较好的防治效果和增産作用[21-23]。國內學者李雪玲,等[24]從土壤真菌中篩選出13个對黄萎病菌有生防潜力的菌株,温室盆栽试验结果证实,這13個菌株均可有效地降低棉黃萎病的發生率和病情指數,其中以3號菌株(木黴菌)作用效果最爲明顯;田間小區防效試驗表明,3号木霉菌株對棉黄萎病第一次发病高峰和第二次发病高峰的防治效果分别为38.2%53.5%13.6%36.0%。黃色蠕形黴(T. flavu)廣泛存在于土壤中,並能在植物根部和根際土壤中定殖,但該菌受環境影響大,防效不穩定[25]。馬平,等[26]從棉铃内部分离到两株非致病性镰刀菌,通过空间竞争和营养竞争有效地抑制黄萎菌的生长,并且能够抑制棉花黄萎菌微菌核的産生,田间试验结果显示 ,在棉田第一次黃萎病發病高峰時,其防效在50%左右。

拮抗真菌的防病机制目前认为主要是重寄生作用、抗生作用、竞争作用,産生细胞壁降解酶,诱导植物抗性等;多种作用机制间存在协同作用。姚焕章,等[27]在进行木霉菌和黄萎菌對峙培养中,木霉菌的生长速度比黄萎菌快8.8倍,當兩菌接觸後黃萎菌則停止生長,木黴菌繼續生長的同時侵入黃萎菌落,控制黃萎菌的擴展。張海軍,等[28]通过平皿對峙培养研究綠色木黴GY20對棉花黄萎病菌的抑制机理及温室防效研究,表明綠色木黴菌株GY20對棉花黄萎病菌菌株抑制作用,在光学显微镜下观察到GY20使V3菌絲細胞的原生質濃縮和菌絲斷裂;且盆栽試驗顯示GY20對棉花幼苗的黄萎病具有很好的防治效果。Madi ,等[19]利用抗苯来特标记的黄色蠕形霉研究其對黄萎菌的拮抗机制,证实该菌通过重寄生作用、抗生作用、竞争作用达到防治黄萎病的功效。宋晓研,等[29]筛选到一株對棉花黄萎病菌有很强拮抗作用的木霉菌株SMF5,研究表明其對棉花黄萎病菌的作用机制包括生境竞争、産生耐热代谢産物、産生细胞壁降解酶等,协同作用于黄萎病菌。

2.3拮抗放線菌及其生防研究

對黄萎病研究最早的生防菌是放线菌,主要围绕链霉菌 ( Streptomyces  spp.)進行。前蘇聯研究者早在20世紀50年代研究过放线菌對棉花枯萎病和黄萎病的防治[30-31]。我國也在20世紀50年代分离筛选出對棉花黄萎病菌拮抗活性较强的放线菌菌株G4 5406 ( 細黃鏈黴菌Streptomyces  microflavus) 两种菌株對棉花黄萎病具有好的防治效果,且對棉花具有增産作用[ 32-33] 20世紀80年代末芬蘭學者 Kenica 成功推出一種分離自泥煤的放線菌殺菌劑,商品名 Mycostop,是由灰綠鏈黴菌(S.griseovidis) 的孢子和菌絲制成的,該制劑主要防治土傳病原菌,且防效穩定[34]

放線菌作爲棉花黃萎病拮抗菌的一個重要來源,尤其是根際土壤中的拮抗放線菌,種類多、數量大。李毅,等[35]3种不同的蔬菜地根际土壤中筛选出對棉花黄萎病病原菌具有拮抗作用的放线菌130株,经初步分类和鉴定,這130株放線菌分爲6個屬,其中鏈黴菌屬114株,为优势种群。放线菌的抑菌机理主要为産生功能多样性丰富的抗生素及多种次生代谢物质,抑制棉花黄萎病菌菌丝生长及菌核萌发[36]。薛磊,等[37]采用菌絲生長速率法、 微菌核萌發法研究了B49 D148 Actl2等菌株對大丽轮枝菌的抑菌机制,并获取1 株链霉菌发酵液對病原菌菌丝生长、微菌核形成与萌发均具有较强的抑制作用,该菌株 5 倍稀释发酵液對微菌核形成的抑制率达100%。劉大群,等[38]研究发现链霉菌及其发酵液對黄萎病菌菌丝的生长均有强烈的抑制作用,可导致菌丝变形,并有溶菌现象。柳成賓,等[39]为发掘新疆盐环境中生防活性放线菌,以棉花黄萎菌为靶标,從805株新疆鹽環境放線菌中篩選獲得14株拮抗菌,其中抑菌活性最強的菌株爲TRM42561,该菌株對棉花黄萎菌的抑菌圈直径达26.33 mm,且抗菌譜廣;室內抑菌活性表明,TRM42561的发酵液對棉花黄萎菌菌丝生长的抑制率为83.75%,孢子萌發抑制率爲68.75%;田間試驗結果表明,TRM42561對棉花黄萎病的田间防治效果显著,在3次施藥後的第15天和第30 天,其防治效果分別爲33.06%41.65%。基于放线菌在生物防治方面的作用,筛选對棉花黄萎病的生防放线菌具有重要的意义。

棉花黃萎病生防菌研究存在的問題與討論

目前,在黄萎病抗耐病品种缺失、化学防治无特效药的情况下,黄萎病的生物防治已成为黄萎病防治的研究热点,但生物防治的应用存在一个难点,紡纳于生防菌的来源种类不同,生防效果受多种因素的影响,生防菌的防效存在不稳定性(大田试验的防效往往低于實驗室及盆栽实验的防效)。因此,截止目前棉花黄萎病的生防菌研究主要集中在實驗室研究阶段,中小试的産品和品种很多,産业化的却很少。国内外登记注册的防治棉花黄萎病的生防菌还未见报道,但国外已有防治其他作物黄萎病的生防制剂商品。如德国开发的生防制剂PROPHYTA,爲黃藍狀菌( T.flavus ),用于蔬菜黄萎病的防治,荷兰应用此産品防治马铃薯黄萎病也有一定的效果。比利时登记的Bio-Fungus ,爲木黴菌 ( Trichoderma spp ),主要防治花卉、草莓、蔬菜和樹木的黃萎病[19]。這为棉花黄萎病的生物防治提供一线曙光。随着科学技术的不断发展,未缽男望通过先进的技术手段對生防菌进行定向改良,或者筛选能保持生防因子理化性状的助剂配方,提高新剂型分散性和附着性的表面活性剂,研制出提高生防因子防治效果的新助剂和新剂型,提高生防菌的防治效果和有效利用率,使棉花黄萎病的生物防治被社会和广大棉农所接受,在今后的棉花産業發展中发挥重要的作用。

 

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*收稿日期2016-10-31

基金項目:轉基因生物新品種培育重大專項(2016ZX08011-002)。

作者簡介:喬豔豔(1981-),女,助理研究员,從事棉花病虫害防控研究工作。

通訊作者:李捷(1979-),男,副研究员,從事棉花病虫害防控研究工作。E-mail:jxcotton@163.com


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