毛壳菌对植物病害的生物防治及存在的问题

1、第18卷第3期2002年8月农业系统科学与综合研究SY STE M SCIE NCES AND COMPREHE NSIVE ST UDIES IN AG RICU LT URE V ol.18,N o.3Aug.,2002收稿日期:2001-11-051基金项目:国家自然科学基金项目(39400087资助1作者简介:迟玉杰(1963-,女,在读博士,教授,从事生物化学与食品化学研究1毛壳菌对植物病害的生物防治及存在的问题迟玉杰杨谦(哈尔滨工业大学生命科学与工程系哈尔滨150001摘要:植物病原菌的抗药性是植物病害化学防治中的一个严重问题,已经威胁到了化学防治的有效性。通过对生物防治菌毛壳菌对

2、植物病害防治、防治机理及其存在问题进行回顾,旨在探讨生物防治菌的进一步开发利用的途径。图1,参17。关键词:毛壳菌;植物病害;生物防治中图分类号:S476文献标识码:A 文章编号:1001-0068(200203-0215-04Biological control of plant diseases with Chaetomium spp.and the problems in its application/Chi Yujie ,Yang Q ian (Dapartment of Life Science and Technology ,Harbin Institute of Technol

3、ogy ,Harbin 150001,China SSCSA ,2001,18(3:215218Abstract :Resistance of plant pathogenic fungi to chemical fungicides has been a very serious problem which is limiting the effi 2ciency of plant disease chemical control badly.The biological control with Chaetomium spp 1and its mechanisms as well as t

4、he problems in the application of Chaetomium spp 1were reviewed in this paper in order to im prove the plant disease control by devel 2oping the biological control agents.K ey w ords :Chaetomium spp.;plant diseases ;bio 2control引言植物病原菌的抗药性是植物病害化学防治中的一个严重问题,它给多种植物病害如果树、蔬菜、农作物、经济作物等病害的防治带来很大困难。由于抗药性问题

5、引起的防治效果下降,甚至完全失效而造成的经济损失巨大,因此,通过综合防治即化学防治与生物防治结合来克服植物病原菌的抗药性问题,可以对植物病原菌的抗药性进行有效治理,确保植物病害的防治效果1。植物病原菌生物防治的目的是通过以下方法减少乃至防止病害的发生:减少病原菌的接种体,即减少作物病原菌的残存量,减少产生或释放活的繁殖体,降低菌丝体生长所造成的传播范围;减少病原菌对寄主的感染;减少病原菌产生危害的严重程度2。毛壳菌通常存在于土壤和有机肥中,是子囊菌纲的最大属中的一个,它可以有效降解纤维素和有机物,并对土壤中的其它微生物产生拮抗作用,因此,毛壳菌成为植物病原菌的生物防治菌并被广泛应用。但是毛壳菌

6、对苯并咪唑类杀菌剂异常敏感,致使它无法在综合防治体系中与苯并咪唑类杀菌剂结合使用,对植物病害进行有效控制3。通过探讨毛壳菌对植物病害的防治、防治的机理及其存在的问题,目的在于探讨生物防治菌的进一步开发利用的途径。1毛壳菌的自然概况毛壳菌属于子囊菌亚门、核菌纲、球壳目、黑孢壳科。其分类主要依据子囊壳的形状、子囊壳壁上生出的附属丝及其直径、子囊的形态、子囊孢子的形状和量度等。毛壳菌是常见的霉腐菌,广泛分布于自然界的各种基物和发霉的含纤维素的日常用品上,包括植物残体、土壤、草食和杂食动物及鸟类和鼠类的粪便、种子、木材、皮革等。此属的大多数种都含有较强的纤维素酶,能有效降解纤维素和有机质。本属菌丝交织

7、,透明有隔。子囊壳表生,为球形、卵形或瓶形,顶端有一孔口。子囊壳壁的膜质呈透明或不透明,易破裂,表面着生各种形式的附 属丝,通常分化为须根、侧生附属丝和顶生附属丝。须根根状,起固定和吸收养分的作用,侧生附属丝较短,顶生附属丝较长,分枝或不分枝,形态各异。子囊基部束生,棍棒状或圆柱状,囊壁早期消解,内含8个子囊孢子,不规则排列或排成单行。子囊孢子单细胞呈球形、椭圆形、柠檬形,为黄褐色、暗褐色或橄榄色,排溢出孔口外的子囊孢子干凝成柱状或锥状。本属的某些种产生分生孢子或厚桓孢子,厚桓孢子在菌丝上间生或顶生(见图14,5。世界上有毛壳菌300多个种,它可拮抗土壤中的某些微生物。现已发现有些毛壳属(球毛

8、壳、角毛壳可预防谷物秧苗的枯萎病、甘蔗猝倒病,降低由尖镰孢属引起的番茄枯萎病、 黑星菌引起的苹图1毛壳菌果斑点病等的发病率,且对立枯病丝核菌、甘蓝格链孢属、拟茎点霉属、毛盘孢属、葡萄孢属以及交链孢属病原菌的生长有一定的抑制作用6。2毛壳菌对植物病害的防治Martin和M oore在1954年发现7,巴西的各品种燕麦的种子被Chaetomium globosum(球毛壳和Chaetomium cochliodes(螺卷毛壳侵染后,则对维多利亚长蠕孢毒素的作用产生了抵抗力,从而使谷物、燕麦、大麦的幼苗免受Fusarium spp.(镰孢属或Drechslera sorbkiniana的侵染。土壤中

9、的病原菌所引起的植物疾病而造成的损失是相当大的,而对植物病原菌的生物防治是化学控制的一种有效而有前景的补充。尖镰孢霉属是引起番茄枯萎病的致病菌,若用毛壳菌与化学杀菌剂PC NB同时使用,番茄枯萎病的发病率由43%降低到22%8。Pythium ultimum(终极腐霉是引起许多植物的种子腐烂和植物猝倒病的病原菌,此病原菌在越冬期以卵孢子和孢子囊孢子的形式在土壤中生存,当条件适宜的时候,在12小时内就可在甜菜种子表面形成菌落,继而危害作物的正常生长9。甘蔗枯萎病是由于甘蔗种子被Phoma botae(甜菜茎点霉污染、土壤被Pythium ultimum或Rhizoctonia solani(立枯

10、丝核菌污染所引起的,用毛壳菌的子囊孢子处理甘蔗种子,可以降低甘蔗枯萎病的发生率。同样,棉花枯萎病也是由于棉花种子被Pythium ultimum(终极腐霉或Rhizoctoniasolani(立枯丝核菌污染而引起的,用毛壳菌的子囊孢子处理棉花种子,可有效控制这两种棉花病原菌所造成的为害。用球毛壳处理南瓜属种子,可以减少因Hylemya platura引起的种子子实体损伤和Pythium spp.造成的种子腐烂9。如果种子在播种前未用毛壳菌处理,则种子在萌发期间,许多微生物很快定殖在种子表面,而且蝇的卵能够促进种子表面假单胞菌的生长,使假单胞菌成为种子表面的优势菌,从而促进植物病原菌的增殖,继而

11、引起种子腐烂和植物猝倒病的发生。若种子在萌发前用毛壳菌处理,再进行播种,毛壳菌的子囊孢子很快繁殖并在种子表面形成一层厚厚的菌丝,大大抑制了假单胞菌的对数生长,并且不影响种子周围土壤的菌系11。另外,叶面喷洒球毛壳制剂能控制由Venturiainaequlis(苹果黑星菌所引起的苹果黑星病,如将球毛壳制剂(5×106cps/ml喷洒在苹果叶子上,能减少Venturia inaequlis的孢子数而降低叶子的腐烂程度12,13。由球毛壳产生的抗真菌物质球毛壳素(Chaetomin在抑制引起甘蔗猝倒病的病原菌Pythium ultimum方面起着重要作用9。红橘是泰国重要经济作物之一,它面

12、临的最大威胁是根部和基部因寄生疫霉引起的腐烂。这种病原菌已经在柑橘种植区危害了30年,种植者通常使用甲霜灵等化学杀菌剂处理寄生疫霉,但由于抗药性的产生,被侵染多年的橘子树会慢慢死掉,这给种植者造成较大的经济损失。如果将毛壳菌杀菌剂混入被寄生疫霉侵染的土壤,可以防止柑橘的根612农业系统科学与综合研究第18卷部和茎部的腐烂,但要求每隔4个月用石灰调节土壤的pH值并加入一定量的有机肥。结果表明,用毛壳菌处理的柑橘的发病率较用甲霜灵处理的柑橘的发病率降低了47.25%;还观察到,用毛壳菌处理的土壤含有寄生疫霉的孢子数明显降低,由毛壳菌处理的柑橘产量(55.35kg/株明显高于由甲霜灵处理的柑橘产量(

13、27.79kg/株。毛壳菌在防治玉米病原菌及病害中也起着一定的作用,其玉米发病率由25.55%降至15.75%。同样,毛壳菌对草莓、榴莲和黑胡椒等植物的病原菌均有一定的抑制作用6。3毛壳菌对植物病害的作用机理3.1毛壳菌对植物病害的防治作用球毛壳(Chaetomium globosum和角毛壳(Chaetomium cupreum的某些特定品系能够产生抗生物质,从而抑制Phytophthora parasitica(寄生疫霉,P.palmivora(棕榈疫霉P.cactorum, Pyricularia oryzae,Fusarium oxysporum(镰刀孢霉, Colletotrichu

14、m gloeosporides(盘长孢状刺盘孢霉, C.dematium(束状刺盘孢霉,Sclerotium rolfsii and Rhizoctonia solani(立枯丝核菌等植物病原菌6,14。3.2毛壳菌促进植物生长球毛壳和角毛壳的某些特定品系能够产生麦角甾醇类物质,有助于改善和提高土壤肥力,从而促进植物的生长且提高农作物的产量,如番茄、玉米、水稻、柑橘、黑胡椒、榴莲及石竹等6。3.3毛壳菌可以诱导植物产生抗性球毛壳和角毛壳的某些特定品系代谢所产生的物质,能够诱导植物某些组织抗氧化能力的增强,从而提高植物的抗病能力6,11。3.4毛壳菌能竞争性抑制植物病原菌的生长毛壳菌和植物病原菌

15、一样,在生长过程中都需要营养物质,而营养物质是由植物供给的,因此毛壳菌和植物病原菌在生长过程中有拮抗作用。4毛壳菌在植物病害防治方面存在的问题和解决办法4.1毛壳菌在植物病害防治方面存在的问题苯并咪唑类杀菌剂是应用比较广泛的化学杀菌剂,多菌灵是苯并咪唑类杀菌剂中的一种。杨谦等人3的试验表明,球毛壳和角毛壳均对多菌灵敏感,且随着多菌灵浓度的增加其菌落生长半径减小。即当多菌灵浓度为0.20g/ml时,毛壳菌菌丝的生长明显受到抑制,当多菌灵浓度为0.60g/ml 时,毛壳菌不能生长。多菌灵对两种毛壳菌的有效抑制浓度(EC50分别为0.198g/ml和0.194g/ ml。正由于毛壳菌在使用过程中易出

16、现上述问题,因而大大限制了它的使用范围。4.2解决办法抗药性基因的利用基因工程为杀虫真菌的应用潜力提供了广阔前景。G oettel等15将抗苯菌灵的-微管蛋白基因(ben R导入绿僵菌中得到抗苯菌灵的转化子,其抗性比原来受体菌株的提高了10倍,从而为绿僵菌与杀真菌剂苯菌灵混合使用更有效地杀灭害虫提供了可能。基因工程还为病原菌的生物防治提供了有效手段,但在植物病害的综合防治体系中,常常需要化学防治与生物防治结合使用,此时化学杀菌剂会出现杀死生物防治菌的现象,例如:在菌核病的防治中,许多生防菌无法与化学农药如多菌灵同时使用,这给菌核病的综合防治带来很大困难,急需一种类似绿僵菌的解决办法。杨谦等16

17、在广泛收集杀菌剂抗性菌株的同时,分析和分离了它们的抗性基因,经过长期的努力并与国内外同行合作,已经完成了Saccharomyces cerevisiae对多菌灵抗性基因在木霉菌(Trichoderma har zianum中的转化,其中转712第3期迟玉杰等:毛壳菌对植物病害的生物防治及存在的问题化后的木霉菌能在含150g/ml多菌灵的培养基上正常生长,且其抗药性在非选择性培养基上连续培养10代保持不变。目前,正在对多菌灵抗性基因在木霉菌和毛壳菌中的转化作进一步研究。5植物病原菌抗药性基因利用前景随着生物技术的发展,对植物病原菌抗药性基因的利用已取得了初步的进展。我们相信,将植物病原菌抗药性基

18、因用于生物防治因子,会使植物病虫害综合防治这一前景更为广阔。在不久的将来,会有一大批植物病原菌抗药性基因被分离和转化出来而应用于生防因子,推动化学防治与生物防治的结合,加速综合防治的发展。5.1微生物基因组研究的必要性微生物基因组及其功能的研究将导致一场影响深远的生物学乃至生命科学的革命。这些研究有助于阐明植物病原菌的致病机理,搞清植物病原菌的抗性基因转化机制,加快研制新型基因工程生物防治菌的进程。5.2抗药性基因转化率提高的必要性在抗药性基因利用方面,存在“感受态”的选择、转化率的提高、克隆基因在转化子中的表达和转化子的稳定性等问题。特别是转化率偏低的问题,杨谦报道16多菌灵抗性基因在木霉菌

19、中的转化率只有1/(2×105,此项研究与其它真菌转化系统相比17,转化率还很低。因此,应继续对转化条件、目的基因载体质粒的构建,特别是转化后杀菌剂的筛选时间进行进一步探索,以提高其转化率。5.3生物防治菌产品开发的紧迫性由于化学杀菌剂特别是内吸性杀菌剂长期而广泛的使用,植物病原菌对其抗药性非常突出。需要通过综合防治尤其是与生物防治相结合,来克服其抗药性的问题,从而对植物病原菌进行有效控制。但是,目前生物防治菌多数尚处于研究与开发的初始阶段,远远落后于生产上植物病虫害防治的实际要求。加之市场上蔬菜、水果中农药残留量的严重超标,不利于绿色食品的健康发展,因此大力开发生物防治菌产品已势在

20、必行。参考文献:1杨谦.植物病原菌抗药性概论M.哈尔滨:黑龙江科M.北京:农业出版社,1984.3Y ang Qian,S ong jinzhu,Liu liqun,et al.A study on biocontrolmechanism of Chaetomium sppA.Advanced S tudy on Plant PestBiological C ontrol editedC.Heilong and T echnology Press.2000.4周与良,邢来君.真菌学M.北京:高等教育出版社,1985.5苏世彦.食品微生物检验手册M.北京:中国轻工业出版社,1998.6K ase

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22、athology,1954,44:686-689.8W alther D.Biological control of dam ping2off of sugar2beet and cottonwith Chaetomium globosum or a fluorescent P seudomonas sp1J.Canadian Journal of M icrobiology,1988,34:631-637.tibiotics produced by Chaetom ium globosum in biocontrol of Pythiumultimum,a causal agent of d

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