木霉对植物病原真菌的拮抗作用

木霉对植物病原真菌的拮抗作用

木霉是一种广泛存在于土壤、根周长、叶缘、种子和茎叶等环境中的抗逆性菌。木霉的抗逆性和机制有许多报道。20世纪70年代以来，许多关于木霉的抗逆性和机制的报道。木霉在预防和控制植物疾病方面发挥着重要作用，可以预防和控制各种真菌疾病。研究木霉对病原真菌的拮抗作用，有利于木霉菌在植病生防领域的开发利用。木霉菌(Trichodermaspp.)属半知菌亚门，丝孢纲，从梗孢目科丛梗孢属，是常见于土壤中、植物残体、植物的根围、叶围、种子、球茎表面及动物粪便上并对许多真菌有拮抗作用的丝状真菌。常见的重要菌种有绿色木霉(T.viride)、哈茨木霉(T.harzianum)、康宁木霉（T.koningii）、多孢木霉(Tpolysporum)等。Weindling1932年首次发现木霉菌对植物病原真菌具有拮抗作用。国内外的研究证实，木霉能寄生多种土传病害，利用木霉菌防治植物病害已有许多成功的先例，国外已有多种商品化的木霉制剂问世，在国内，已有利用木霉防治白绢病、猝倒病、灰霉病等的报道，其拮抗作用机制是多样性的，一般认为有：竞争作用、抗生作用、重寄生作用等。在发展持续农业呼声越来越高的今天，它作为一类资源丰富的拮抗微生物，在植物病害生物防治中具有越来越重要的作用。随着现代生物技术的不断发展，木霉菌的生防效果和稳定性有了显著的提高，并将展示出更广阔的应用前景。1生态学和生态特征1.1分生孢子梗，设梗木霉的菌落生长迅速，呈不定型棉絮状或致密丛束状，其表面的颜色多呈绿色。菌丝有隔分枝，厚垣孢子有或无。分生孢子梗是菌丝的短侧枝，侧枝上对称或互生分枝，形成二级和三级分枝，分枝角度为锐角或近于直角，在分枝末端形成瓶状小梗。分生孢子多为卵圆形，无色或绿色，簇生于小梗顶端。1.2生态特征1.2.1生长发育和发育的物理条件1.2.1.真菌生长的测定生长适温为20～28℃，在6℃或32℃仍生长良好，它是一种嗜温真菌，在37℃条件下能生长，但在48℃条件下不能生长；木霉的生长要求较高湿度，其营养生长的相对湿度要求92%以上，孢子的形成需要93%～95%，因而木霉在潮湿土壤中的生命力较干性土壤中强。1.2.1.光诱导力比较若光照以对数比例增强可以促进分生孢子的产生，有研究发现380nm和440nm波长的光诱导力最强，而254nm和1100nm以外波长的光不可能诱导繁殖体的产生。木霉经日光处理3min或经紫外线光处理10～30s诱导产孢的效果更好。1.2.1.培养基生长的稳定性木霉的最适生长pH值为5～5.5，在pH值为1.5或9.0的培养基上也可能生长，但酸性条件比碱性条件下的萌发率更高。CO2对木霉生长的影响取决于CO2的浓度和培养基的pH值，在碱性基质中，高浓度的CO2有利于木霉菌的生长。1.2.2健康条件1.2.2.多糖、氨基酸和氨基酸木霉菌株能够利用多种有机物作为碳源，较理想的是单糖、双糖、多糖、嘌呤、嘧啶和氨基酸等。绿色木霉在富含碳水化合物的培养基上大量产生酸类，用葡萄糖或淀粉作为碳源，该菌产生60%～80%的柠檬酸（理论上推算）。1.2.2.氨基酸、尿素、硝酸盐、亚硝酸盐在缓冲介质中，铵是木霉菌最易利用的氮源，其他氮源如氨基酸、尿素、硝酸盐、亚硝酸盐也能维持其正常生长。以天冬门素为氮源生长特别好，含氮量低，会促进孢子形成，对高浓度硝酸盐的负影响由于硫酸镁的存在可以得到补偿。1.2.2.3.3w机和组件无机盐对木霉的生长很重要，对绿色木霉来说，镁离子能促进其生长，铜离子能促进分生孢子色素形成，铁离子对孢子的形成也很重要。2抗抑效果的研究2.1对抗菌性能的影响分布广泛的木霉菌被认为是大面积植病生防最有效的植物病原真菌寄生物，这些病原菌包括腐霉菌（Pythiumaphanidermatum）、疫霉菌(Phytophthoraspp.)、立枯丝核菌（Rhizoctoniasolani）、白绢病菌（Sclerotiumrolfsii）、镰刀菌(Fuariumspp.)、灰霉菌（Botryissp.）等。此外，对某些叶面真菌如灰葡萄孢属（Botryiscinerea）和小麦颖枯病菌（Septuriaspp.）等也有抑制作用。木霉菌的拮抗作用具有广谱性，据报道，木霉至少对18个属29种病原真菌在体外或活体上表现有拮抗作用，一种木霉或一个菌株往往对两种以上病原真菌有拮抗作用。2.2抗抑郁药机制的研究主要有抗生作用、竞争作用、重寄生作用以及诱导抗性和协同拮抗等。2.2.1哈茨木霉的合成木霉在代谢过程中可以产生拮抗性化学物质来毒害植物病原真菌，木霉菌产生抗真菌代谢产物至少在32种以上，多数种类的抗生素不止一种，如哈茨木霉可产生12种，绿色木霉可产生10种，康氏木霉可产生9种，钩状木霉可产生7种，长枝木霉可产生3种，多孢木霉产生2种。这些抗生素的化学结构各不相同。包括了戊酮、辛酮、类萜、多肽和氨基酸衍生物等几大类。Lynch研究表明：哈茨木霉防治立枯丝核菌的主要机制之一，是产生一种挥发性的抗生素，具有椰子香味，经过鉴定为六戊烷基吡喃及戊烯吡喃。Brukner等从绿色木霉和长枝木霉中分离提纯了一组特殊的抗菌肽。2.2.2提高微生物的生长速度，使植物有效生长包括营养竞争和空间位点竞争，由于木霉对环境的适应性强，生长速度远比一般土传真菌快，能与病原菌产生营养或空间竞争，有效地利用果蔬表面或侵入点附近低浓度营养物质而生长存活，占领病原菌的入侵点而不为病原菌的入侵留下空隙。2.2.3木霉菌病原菌培养法木霉主要作为真菌寄生物与病原菌主动竞争而起作用，有研究者已观察到木霉菌菌丝以缠绕在病菌菌丝上、紧贴病原菌生长、穿透病原菌菌丝和穿入病原菌菌丝并在其上（中）生长，致使病原菌菌丝体萎陷而最终解体死亡。这种机制主要表现在木霉对立枯丝核菌等土传病原菌的拮抗作用上。2.2.4棉田木霉对棉花生长的影响Bailey和Lumsden的研究揭示了木霉菌的木聚糖或其它的激发子能够诱导植物的抗病性。Howell等用生防菌株绿色木霉处理棉花种子后发现：绿色木霉穿透并定殖在根表皮和外皮层组织中，其过氧化物酶活性升高，萜类化合物积累。Elad与其同事利用哈茨木霉T39接种根部和叶子后，控制了灰葡萄孢引起的病害，认为诱导抗性是重要机制之一。2.2.5木霉的生物生态学特性木霉的拮抗作用可能是两种或3种机制同时或顺序作用的综合。Baker的研究资料表明，用木霉处理菜豆种子后，木霉对腐霉菌的作用包括产生抗生素及重寄生作用两种机制。木霉在产生抗生素的同时，也产生各种降解细胞壁的胞外酶以抑制土传植物病原菌的菌丝生长和孢子萌发。Jones等提出了胶霉菌素玉细胞壁降解酶协同效应模型，认为细胞壁降解酶的作用在于使毒素快速传递并作用于原生质膜的特定位点，起到增效作用。另外，不同的细胞壁降解酶之间也存在协同作用。由此看来，利用木霉进行生物防治的作用机制的多样性是毋庸置疑的。不同的木霉菌株有不同的生防能力，即使同源菌株的突变体也表现出不同的生防机制。3木霉在农业生物生理研究中的应用Weindling1932年发现木霉菌对植物病原真菌有拮抗作用，标志着对木霉菌生防研究工作的开始。在美国用哈茨木霉夏季接种红枫树，可以保证其在21个月内不受层担子菌危害；Grosclande(1970)用锯刀修剪洋梨的同时把绿色木霉接种于伤口，能有效地防治银叶病(StereamPurpureum)；Ricard(1977)把喜凉的多孢木霉和绿色木霉，分别用于防治洋梨银叶病和蘑菇轮枝病的危害，这两个菌株已在法国和英国注册登记。在苹果花期喷撒喜凉的哈茨木霉分生孢子，成功地防治了眼斑病。20世纪70年代以来，许多植保工作者对木霉的拮抗作用及其机制作了深刻研究，证实了木霉对病原菌的拮抗作用，同时在温室及田间试验中也取得了令人鼓舞的成果。哈茨木霉菌株拌棉花、菜豆、黄瓜、豌豆、萝卜等作物种子，猝倒病和立枯病可减轻67%～88%；甜玉米种子拌种后，根与幼苗的生长量也增加了66%。哈茨木霉菌株T-22已在田间和温室广泛应用，防治番茄菌核病的效果几乎与杀菌剂相当。国外已有多种商品化的木霉制剂问世，如美国的Topshield（哈茨木霉T-22菌株）和以色列的Trichodex（哈茨木霉T-39菌株）。我国在木霉研究和应用方面也有许多报道（李良1985；徐同等1989,1990；文成敬等1990；吴文希等1986；王美惠等1987）。近些年来木霉已被用于中药材的土传病害防治。并有许多木霉已用于果蔬白绢病、猝倒病、灰霉病、棉铃疫病、立枯病等的事例。目前，应用最多的是绿色木霉和哈茨木霉，主要用于防治蔬菜灰霉病、小麦纹枯病、红豆根腐病和棉花立枯病，其作用机制主要是通过重寄生发挥防病作用，菌丝体制剂和孢子制剂均可用于病害防治，但菌丝体制剂较孢子制剂更为有效，这是因为重寄生主要是菌丝体的重寄生。目前生产上常用的木霉菌剂多为它的孢子制剂，将木霉发酵制成的孢子制剂进行种衣或土壤处理，可以有效地防治苗期病害。木霉在植病生防中的应用有:（1）土壤处理；（2）种子（种苗）和球茎处理；（3）地上部施用防治病害；（4）优良菌株和菌株组合的筛选；（5）与低量杀菌剂的混合应用；（6）拮抗物质的提取、纯化、活性测定。立枯病、白绢病、萎蔫病等多种真菌病害在农作物种植中普遍发生，发生严重时，造成大幅度减产，是农民在育苗、种植过程中常遇到的棘手问题，目前生产上多采用化学药剂预防，但是长期大量地使用致使病原菌产生抗性，且严重破坏农业生态系统，造成对环境的污染。在土壤中引进拮抗微生物，通过生物防治可以有效地防治真菌病害并可以有效的改善环境，维持农业生态系统平衡，为走可持续发展道路提供强劲的后盾。而木霉菌就是一种理想的生防资源。木霉在植病生防中的重要意义使其应用潜力日益受到重视。木霉菌分布极为广泛，对多种病原真菌有抑制作用，由于其拮抗作用明显且适应性广，已有许多菌株及剂型被正式商业注册登记。然而，正因为菌株来源广泛，导致其在使用中应用条件要求严格，各个菌株有自己特有的作用范围，也就是说它们防治病害的效果具有明显的生态依赖性，即依大气环境（包括温度、湿度、雨日、雨量、大气压、光照、紫外线强度等），作物对象（包括作物种类、罹病部位、发育阶段、生长姿势、外分泌物组成、作物体表或体内其他微生物种类等），土壤条件（包括温度、湿度、理化性质、有机质含量、其他微生物种群结构等）防病效果差异大，只有充分了解木霉菌本身的生物学特性、防治对象范围及环境中微生物关系的条件下，才能合理地利用木霉菌防治植物病害并取得较理想效果。目前真正以木霉菌生产的生防制剂在生产上应用还不普遍，高效、稳定且适合工厂化的菌株不多，需要更广泛地研究其作用机制和生物学特性，以期寻找到更多的、高效的和适合于生产的菌株，为持续农业提供更多的物质贮备和为木霉生产提供可靠的科学依据。现代生物技术的日新月异，为生物防治提供了新的契机，为生防因子木霉展示了更加广阔的应用前景：（1）利用基因工程技术和原生质体融合等基因改良方法筛选耐化学农药、耐低温干燥及高效表达水解酶活性的生防工程菌株。（2）寻找拮抗木霉的适宜发酵培养条件，控制次生代谢水平，提高制剂抗生素的产量，研制开发适合于多种施用方法的高效木霉剂型，增强防治效果。（3）木霉处