白僵菌及其应用

1、白僵菌及其应用 张芷若 植保检疫2班 201330650225摘要: 白僵菌(Beauveria)是一类寄主范围广、 致病性与适应性很强的昆虫病原真菌， 已广泛应用于农林害虫的生物防治， 应用前景很好。对6个白僵菌属种的形态特征予以概述， 并简要介绍它的致病性。关键词: 研究进程 生物学性状 优点 致病性 应用前景正文:一白僵菌的研究进程白僵菌属Beauveria Vuill.是全球分布的最常见的土壤虫生真菌Rehner & Buckley 2003,包含有球孢白僵菌 B.bassiana (Bals.-Criv.) Vuill.和布氏白僵菌 B.brongniartii (Sacc.

2、) Petch 等具有重要经济价值的种类前者是研制真菌杀虫剂最多的虫生真菌据最新的较翔实的统计(Faria & Wraight2007),除我国外,世界上先后有 171 种真菌杀虫剂产品问世,其中以球孢白僵菌和金龟子绿僵菌产品最多,皆达 58 种之多,各占产品种类总数的33.9%而根据我国农业部农药检定所统计(ICAMA2008),2008年我国有11种真菌杀虫剂登记,其中6 种是球孢白僵菌产品自 MacLeod(1954)将 8个近似种组合进 B.bassiana,4个近似种组合进 B. tenella (Sacc.)Siemaszko ( 1972 年 被 de Hoog 组 合

3、进 B.brongniartii)以来,尽管有人一直怀疑这种广义分种的界限(St. Leger et al. 1992;Shin et al. 1995;Jaronski & Goettel 1997),但直到本世纪开始以后才得到愈来多的分子证据,证明这两个广义种是由形态相似具有地方性区域谱系的一些隐含种组成的复合种(species complex) (Rehner & Buckley2005; Rehner et al. 2011) 然而,在 MacLeod (1954)之后的半个多世纪里,除本世纪以来的一些分类学和系统学研究外,他研究采用的都是广义球孢白僵菌和广义布氏白僵菌

4、的概念自上世纪80年代分子生物学方法引进菌物研究以来,尤其是 90 年代初 Kosir et al.(1991)对球孢白僵菌限制性片段长度多态性(RFLP)以及Rakotonirainy et al.(1991)对 rRNA 进行测序以来,这种最常见和最重要的虫生真菌的研究进入了分子时代,各领域的研究进展都令人瞩目1二白僵菌的生物学性状白僵菌属半知菌亚门( Deteromycotina)丝孢纲( Hyphomycetes)丝孢目 ( Hyphomyce-tales)丛梗孢科( Moniliaceac)白僵菌属( Beau-veria) ,是一种虫生真菌, 寄主范围极广,已记载的包括 15目14

5、9 科的700余种昆虫及蜱螨目的6科10余种螨和蜱 白僵菌的菌落成绒状,从卷毛状- 粉状,有时呈绳索状,但很少形成束丝梗;白色,稍后或变成淡黄色,偶成淡红色;背面无色,或淡黄 -粉红色分生孢子梗多,着生在营养菌丝上 ,粗 1-2 m ;产孢细胞( 瓶梗) 常浓密簇生于菌丝分生孢子梗或膨大的泡囊( 柄细胞)上,球形- 瓶形 ,颈部延长成粗1 m长达 20 m 的产孢轴,轴上具小齿突,呈膝状( “之”字形弯曲) 的产孢细胞和泡囊常增生,在分生孢子梗或菌丝上聚成球形 - 卵形的相当于密室的孢子头 ,在低倍镜下即可看到分生孢子球形或近球形,透明,光滑2随着白僵菌属内种的分类研究进展,将白僵菌属分为6个

6、种已被公认,这 6 个种在不同发育阶段虽然具有共同的形态特征,但也存在一定的差异1.球孢白僵菌 Beauveria bassiana(Bals. ) Vuill.菌丝具隔膜, 直径 1.15 - 2.00 m, 透明无色,菌落平坦,粉状或如新碎笔状,表面白色至淡乳色,在马铃薯冻粉培养基底部无色分生孢子梗的分梗或小枝可多次直角分叉, 聚集成团, 分生孢子梗与主枝或侧枝着生部位多成直角分生孢子球形,直径 2.00-2.15 m,着生在产孢细胞延伸而成的之字形结构上, 产孢细胞为瓶状多变化,由腹端向上逐渐变细2.布氏白僵菌Beauveria brongniartii (Saccar-do)菌落表面为

7、白色乳色至浅黄色,絮状茸状或粉状菌丝细长透明有隔,产孢细胞形状不定,瓶状或丝状,分生孢子呈椭圆形或亚圆形(纵径 2.0-6.0m × 横径 1.5-3.0m),着生在由产孢细胞顶部延伸而成的之字形丝状结构上3.多形白僵菌 Beauveria amorpha 菌丝无色,光滑,有隔,直径 1.1-1.7 m,产孢细胞轮生于菌丝或泡囊上, 由多个产孢细胞形成一个轮状结构,每轮产孢细胞最多可达 8 个,其基部球形 近球或椭圆形,直径2.1-3.2m;基部延伸出18 m 长的之字形结构产孢轴,其上具明显小齿突,产生较多的分生孢子(图 5)分生孢子透明光滑,多数圆筒形,少数倒卵形,圆筒形孢子偶弯

8、曲,纵径3.5-5.0m,横径1.5-2.0m4.苏格兰白僵菌(Beauveria caledonica) 菌落粉状,起初白色,后变为灰奶油色,背面浅棕黄色菌丝无色光滑,直径为 1.5-2.0 m,产孢细胞浓密簇生于菌丝分生孢子梗或膨大的泡囊上,球形至瓶形,产孢细胞大小为2.4-5.7 m ×1.9-3.3 m,产孢轴长约14 m, 轴上具小齿突,呈膝状弯曲产孢细胞和泡囊常倍增,在分生孢子梗或菌丝上聚成相当密实的孢子头分生孢子无色,光滑,单细胞,多为短圆筒形,少为椭圆形,两端通常钝圆分生孢子大小为2.5-6.5m × 1.3-2.2m5.黏孢白僵菌(Beauveria ve

9、lata) 菌落透明有隔,直径2.0 -4.0 m,淡黄色至浅褐色,孢子形成后表面粉末状, 背面起初无色以后变黄色4-8个产孢细胞成束着生在成熟的菌丝分支上,基部膨大呈球形(直径2.5 -3.0 m),顶端延伸出短轴丝分生孢子透明偶见表面光滑,但常常被具有突起松散的胶质层包被,孢子球形或椭圆形,直径 3.0-4.0m6.蠕孢白僵菌(Beauveria vermiconia) 菌丝透明表面光滑,直径 1.5-3.5m,常常是二分支分生孢子形成器(conidial apparatus)紧密成簇,由一群膨大的细胞(5.0-6.0 m ×3.0 -4.0m)进一步分支产生产孢细胞产孢细胞有一

10、个椭圆或瓶状大小为 4.0 -5.0m ×2.0 -2.5m 的基部,顶部延伸出一个之字形弯形或镰刀形,外侧 2.5m, 内侧1.0-1.5m2三白僵菌的优点1.高选择性 化学农药通常不分敌我地将益虫害虫尽数毒杀,破坏了生态系统的平衡发展,增加了害虫爆发危害的机率不同寄主分离出的白僵菌对此类寄主具有较强的专化性,能主动回避对瓢虫草蛉和食蚜虻等天敌益虫的侵染攻击,使整体的防治效果更好2.安全无残留 白僵菌对人和其它生物没有危险, 一般也不伤害昆虫的天敌复合体在对残留量要求严格的场合,例如果树 茶叶 蔬菜等,白僵菌更加具有应用优势即使施用白僵菌后立刻收获产品也不会造成任何农药残留!同时,

11、可以杜绝使用传统农药导致的田间中毒现象3.无抗药性 与化学防治相比,害虫对白僵菌产生抗性的可能性很小害虫对化学农药的抗性使得其杀虫效果逐年减退白僵菌通过在自然条件下与害虫的体壁接触 侵入 感染致死害虫,害虫不会对其产生任何抗性连年使用,效果反而越来越高4.再生性 白僵菌寄主致死后一般能在体外大量产孢,引起扩散,在适宜条件下能形成流行病同时可以借助适宜的温度湿度,更可以在施用地定殖下来,继续繁殖生长,长期持续控制害虫5.兼容性 白僵菌同各种天敌及很多杀虫剂是相容的,在某些情况下还有增效作用,从而各尽所长,增加对害虫的控制力度3四白僵菌的致病性1.致病力及影响因素白僵菌能寄生多种昆虫,但不同菌株对

12、寄主有一定的专化性,致病力也有一定的差异白僵菌若长期侵染一种昆虫,就会对该种昆虫产生喜嗜性我们可以利用白僵菌这种特性,通过人工定向培养,提高白僵菌对某种害虫的专化性和致病力环境条件对白僵菌致病力有一定影响在一定的温度范围内,白僵菌的侵染力随温度升高而加强就白僵菌侵染来说,孢子萌发与温度关系不大,在平均温度低于最适温度的环境条件下,白僵菌也能杀死越冬昆虫相对湿度对白僵菌的侵染很重要,一般认为,只有相对湿度高达90%以上时,白僵菌的孢子才能萌发并侵入虫体侵入后,环境相对湿度接近 100% 时,繁殖菌丝才能从虫尸中突破出来,形成分生孢子但 Ferron 4 认为,白僵菌可不依赖环境湿度而达到感染大豆

13、象 ( Acanthoscelides obtectus) 的目的昆虫的生理状态与白僵菌的致病力有一定的关系昆虫低龄幼虫和老龄幼虫的生理状况不同,对白僵菌的敏感性也不同 低龄幼虫处于生长时期,抵抗外界不良环境条件的能力较差,极易感染白僵菌而死亡;高龄幼虫器官机能已发育成熟,不易发病,即使感染也不至于死亡,或拖至蛹期成虫期死亡昆虫在越冬前和冬眠滞育期,对外界环境不敏感,感病较少此外,在同一发育阶段或同一发育时期,由于环境条件的改变或营养不良,引起昆虫生理状况失常,降低对病菌的抵抗力,容易感染发病42,侵染途径和致病机制白僵菌感染的途径因昆虫的种类虫态环境条件等不同而有差别,主要通过表皮侵入昆虫,

14、也可通过消化管气孔伤口等途径侵入虫体松毛虫在高温高湿条件下,主要是体壁感染;而在低温低湿条件下消化道感染的百分率提高不同虫态喷同样的白僵菌制剂,库蚊 ( Culex spp. ) 幼虫以呼吸道感染为主,成虫以体壁感染为主Fargues等 研究了白僵菌对马铃薯甲虫幼虫蜕皮期间的感染模型用白僵菌悬液喷雾感染 3 龄中期的幼虫, 分生孢子在外皮表面发芽后, 通过体液, 侵入刚形成的新表皮, 使皮下组织溶解, 导致一些感病幼虫不能完成蜕皮另一方面, 幼虫在蜕皮时脆弱的新皮发生破裂, 使得菌丝及其他微生物得以进入血淋巴, 引起致命的败血症据研究表明,黑尾叶蝉( Nephotettix cincticep

15、s) 感染白僵菌后,死亡前病变多发生在体壁和血液中,而其他组织器官的病变多发生在死亡后Broom等 报道火蚁( Solenopsis geminata) 被白僵菌感染72h 后, 消化液的 pH 值从7 降低为 5白僵菌进入体腔初期,昆虫血细胞形成加速,将白僵菌围住,有吞噬作用;当白僵菌继续发育时,便冲破血细胞障碍,破坏血细胞, 体液变浑浊由于白僵菌代谢过程中产生草酸钙结晶,降低血淋巴的酸度,使机体代谢发生紊乱白僵菌侵入各组织器官时不仅使被破坏的细胞失去活力,邻近细胞也要受影响,如出现大型液泡着色力降低,最后导致昆虫的死亡Vey 等 14 报道,白僵菌的附着胞在侵入过程中起着重要作用白僵菌的入

16、侵是机械压力和酶共同作用的结果目前的研究表明,真菌在入侵体壁的过程中能够分泌蛋白酶 几丁质酶脂酶淀粉酶等,其中许多酶与入侵过程中表皮降解侵染机构形成以及菌株毒力等关系密切 Gupta等将大蜡螟和粉纹夜蛾 ( T richoplusia ni) 幼虫单个接种 5 株白僵菌测定死亡率,同时将不同株系的白僵菌接种到含这两种昆虫表皮的培养基上,测定其几丁质酶蛋白酶酯酶等活性,发现两组数据存在明显的相关性,酶活愈高,死亡率愈大,LT 50 愈低白僵菌对昆虫的致死原因, 除了由于失水而使组织破坏等因素外,白僵菌毒素是致死的最重要的因子5五应用前景随着社会经济的发展,人们环保意识增强,对生态环境愈来愈关注在

17、农林害虫的防治中,化学防治的负面效应逐步为人们所认识我国目前已经撤消了几十种化学农药的登记生物农药具有对人畜毒性小害虫不易产生抗药性环境兼容性好等特点,因此应用前景会愈来愈好白僵菌作为目前研究应用较广的真菌杀虫剂,必将在更多的防治领域发挥其对害虫的杀伤力应用白僵菌防治森林害虫 农业害虫经济作物害虫,害虫不易产生抗药性,不影响非目标昆虫,不杀伤害虫天敌,不污染环境,有利于增强生态系统的自控能力,是一类非常符合综合治理原则的防治措施,市场前景非常广阔白僵菌的应用前景主要体现在以下方面:1.防治农业害虫 目前,白僵菌在农业害虫防治上的应用被越来越多的人欢迎白僵菌对玉米螟大豆食心虫蛴螬甘薯象甲等多种农

18、业害虫具有很高的防治效果如蛴螬危害花生大豆草坪蔬菜苗圃等多种作物,仅以花生为例,我国种植 300 万 hm 2 花生,均受蛴螬危害,按20%面积用白僵菌防治计算,需防治60 万 hm 2 ,需白僵菌制剂 9000t,合高孢粉 400t 左右2.防治森林害虫 我国具有大面积的森林覆盖,也具有森林害虫 4000- 5000 种;危害最大的松毛虫,每年造成的立木生长量损失估计达 1000 万 m 3 目前,白僵菌在林木害虫防治上主要针对蛀干性害虫地下越冬害虫及食叶和枝梢害虫其对松树害虫( 如松褐天牛 松小蠹等) 杨树害虫( 如星天牛 云斑天牛 桑天牛等) 等具有较强的杀伤力同时对越冬害虫及食叶害虫同样具有高致病率白僵菌的使用符合林业可持续发展的战略目标近年来白僵菌防治松毛虫面积每年在 60 万 hm 2 国内市场白僵菌