园艺植物病害的微生物防治机制及生物农药的开发

园艺植物病害的微生物防治机制及生物农药的开发

园林植物及其产品的生产和贮藏往往受到一些疾病的影响。随着园艺生产规模的扩大和栽培设施的推广应用,病害的发生日趋严重。以往的园艺植物生产大多采用化学(农药)方法来控制病害的发生与发展。然而,化学农药的长期使用势必造成病菌的抗药性、农药对环境的污染以及引起破坏环境生态系统中生物的多样性和相互的平衡关系等一系列问题。随着人们生活质量的提高,对无公害(绿色)食品的需求也日渐增长。人们对防治植物病虫害以“预防为主、综合防治”方针的认识也逐步深入。生物防治作为综合防治的重要组成部分,具有无污染、无公害、长效性等优点,是园艺植物及其产品生产中治理病虫害的经济、有效、持续的途径。同时,生物防治也将是21世纪绿色(园艺)食品生产中病害防治的主攻方向。1微生物防治植物病害的机制在自然界中,微生物与微生物之间,微生物与病原物之间存在着相互抑制或相互促进的复杂关系。利用微生物防治植物病害,就是利用微生物对病原物的抑制作用。微生物防治植物病害的方式(机制)主要有竞争(空间和养分)、诱导免疫、抗生(分泌抗菌素)和重寄生等。近几年,世界各国加大了对微生物防(治)植物病的研究与利用。目前已开发和生产出几十种植病生防菌制剂,主要的见表1。1.1健全植物抗病性和体外保护用某些病原物的无毒突变体或与这亲缘关系密切的腐生菌接种园艺植物,可以使其对后来病原物的侵染产生抗性。人们把这个现象称为“免疫”和“交互保护”或“诱发抗性”。诱导植物对病原物产生抗性,最早的成功例子是用放射形土壤杆菌(Agrobacteriumradiobacter)84菌株防治由根癌土壤杆菌(A.tumefaciens)引起的桃树冠瘿病。无致病力菌株或弱毒菌株在园艺植物病害的生物防治中的研究很多。主要有体内拮抗保护、产生抑制物和体外保护3种表现方式。体内保护是利用与病原相似的无毒或弱毒(菌)株系,接种后对病原产生抗性。在果树蔬菜等园艺植物上已广泛应用,如柑桔衰退病毒的弱病毒株系已应用于生产,表现出对该病毒强毒株系的侵染的抗性作用。Mclntyre等人观察到,把无毒的Erwiniaamylovora接种于生长旺盛的梨树枝梢上24h,然后接上有毒的E.amylovora,火疫病的症状就会延迟出现。利用栗疫病的低毒菌株已达到防治栗疫病的良好效果。产生抑制物控制病原侵染是许多园艺植物生物防治抗病的主要方式。日本Arwiyanto等在研究中发现一株无致病力的青枯病(Pseudomonassolanacearum)菌株Str-10,用其接种番茄,可诱导植株产生一种比对照浓度高很多的细菌生长抑制物——番茄素(tomatine),可有效地抑制番茄青枯病的发生和扩展(Anuratha,C.S.,1990)。中国台湾Chen(1984)用青枯假单胞菌(ABPS)121菌株、日本Tanaka等(1990)用ABPSM4S菌株、日本Hara和Ono(1991)用ABPSOM2菌株、朝鲜Yi(1991)用ABPsY61-6菌株、伍欣正等(1988,1993)用ABPS菌株MA-7和NO2-104防治番茄、烟草青枯病等,在小区试验中均取得良好的防治效果。此外,在花生上利用青枯病无致病力菌株A-P7和A82在花生茎部做毛细管滴注接种,可诱导茎部产生抗病性,此抗病性可维持10d以上,且具有一定传导性,也同样使产生类似细菌素的抑制物质达到抗病作用。体外保护主要是指植物的根际有益微生物或无害微生物的的大量增殖抑制病害微生物的生存数量,从而达到防病作用。从土壤中分离到的革兰氏阳性细菌如芽孢杆菌和链霉菌菌株往往很少能够在植物的根区定殖并形成一个庞大的群体,而假单胞菌属(Pseudomonasseudomonas)细菌常能在植物根际土壤中大量增殖,许多菌株对植物有抑制病害、促进生长的作用。何礼远和康耀卫(1990)用荧光单胞菌(P.fluorescens)JF,菌株菌液对花生种子浸泡诱导接种,对土壤中青枯菌的侵染具有明显的抵抗能力。1.2外生菌根的种植许多真菌能与高等植物的根共生形成菌根。菌根真菌由于一部分在根外,一部分在根内与寄主共生,而有着特殊的生态位。菌根真菌作为根际群落的组成部分,其多方面的作用受到越来越广泛重视,并已开始将它用于植物病害的生物防治。印度Suresh和Rai(1991)发现受泡壤丛枝状菌(VAM)感染的番茄根围菌根提取物可抑制青枯病菌(P.solanacearum)的生长。菲律宾的一项研究发现,某种菌根减弱了番茄细菌性青枯病的严重程度(Haynard,1991)。VAM真菌与杨树共生后,能促进杨树对水分和养分的吸收,增强树势,从而提高杨树对溃疡病的耐病性。VAM的作用可能是建立了2种机械屏障,阻止病原细菌进入寄生组织。在火炬松的幼苗根系上接种彩色豆马勃而形成外生菌根的火炬松苗木,种植在根腐病(Rhizoctoniasolani)发生严重的试验小区,苗木的成活率和长势比没有形成外生菌根的松苗要好。没有外生菌根的松苗和用病原接种的松苗成活率和长势就明显地降低。1.3抗菌类和真菌类具有拮抗作用的微生物有真菌、细菌和放线菌等。拮抗菌在代谢活动中通过分泌抗菌素直接对病原物产生抑制作用是自然界普遍存在的现象,如吡咯烷酮类抗菌素等在采后果蔬病害的防治中已显示出巨大的潜力,这也是许多采后拮抗菌的主要作用方式。此外,采后拮抗菌还可以通过快速繁殖和生长而夺取养分,占据生存空间,消耗氧气等来削弱以至消灭同一生境中的某些病原物。拮抗菌也可以诱导寄主产生防御性反应或直接寄生于病原菌而抑制病原菌的生长。许多研究证明,在植物的周围存在着大量拮抗菌,这些菌具有抑制植物病害发生发展的作用。目前,已有防治果树中的核果类、仁果类、柑橘及一些蔬菜采后病害的几种拮抗菌得到确认并被申请了专利或正在审定。近年来的研究表明,对生物防治具有很大潜力的菌类有:真菌类,如白粉寄生菌(Ampelomycesquisqualis)、隐球酵母(Cryptocollussp)、罗伦隐球酵母(Candidalaurentii)、黄隐球酵母(C.flavus)、哈茨木霉(Tirchodermaharzianum)、青霉(Penicilium)等;细菌类,如村草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)和假单孢杆菌属(Pseudomonassp)的一些种等[13,14,15,16,17,18]。霉病是果品贮运期的主要病害,病果率一般在30%～50%,病重果不能食用,丧失商品价值,常造成严重损失。此病系链格孢、粉红单端孢以及棒盘孢、镰刀菌等真菌侵染所致。中国农业大学傅学池等(1998)研究表明,从苹果树上分离的芽孢杆菌菌株B-319对防治苹果霉心病有明显效果。不过,对大规模商品化菌剂制备及使用拮抗菌的方法尚需进行更深入的探索,而且随着拮抗菌广泛用于园艺植物及其产品采后病害的防治,也需对添加营养物质和粘着剂等增进拮抗菌潜在活性的方法加以研究。2小麦品种的生长广义地讲,抑病土包括所有不利于病害发生的土壤;狭义来讲,它们是指那种能自然降低病害发生程度的土壤。在抑病土中,即使病原接种体密度很大,而病害危害的严重程度也会受到明显的限制。1934年Fellow和Glynw分别在美国和英国发现小麦全蚀病的抑病土。1968年Gerlagh在荷兰验证了小麦金蚀病抑病土存在,同时说明了小麦连作可使部分病田转变为抑病土。Larkin和Hopkins在研究连种西瓜对枯萎菌及根围微生物群落的影响时发现,在连种抗病品种的田块中,即使加入中等量的病原菌,并种植感病品种,发病率也不会很高。这可能是由于根系分泌物中的某些物质能在抵御病菌侵入中起作用。微生物因子引起的致病性基本上具有可传递性。将一部分抑病土和经高温处理的利病土混合后,就可以获得抑病作用。连续稀释后,即使只加入1mg/kg的抑病土,抑制作用也是有效的。将泥炭土中加入10%的抑病土,获得的抑病作用就与原来的抑病土相似,当抑病土的体积占总体积的2%,甚至是1%时,抑制作用仍是有效的,在温室条件下种植番茄只加入8%的抑病土,对镰刀菌枯萎病的有效控制就可达3a之久。3生物农药的开发与应用3.1天然植物产物果蔬体内存在大量具有抗病特性的化合物,但目前人们还不能充分开发用于病害的生物防治。来自罗勒等植物叶片中的香油精,可防治贮期果品的黄曲霉和杂色曲霉病;大蒜水溶液或有机溶剂浸出液中含有很有效的杀病原真菌和细菌的因子,若将桃子在无味的大蒜浸出液中浸泡,桃褐腐病便得以明显控制。WilsonFranklin和Otto(1987)发现桃成熟时产生的大量挥发性物质可以杀菌,其中苯甲酸、甲基水杨酸和苯甲酸乙酯3种化合物可完全抑制桃采后的两种主要病原真菌——灰霉葡萄孢和链核盘菌。茄属和番茄属植物中的一种糖苷生物碱——番茄碱对30种采后病原菌具有毒性,包括番茄致病菌在内的植物病原菌以及一些常见的腐生菌。果蔬的挥发性物质对其采后病害的抗性反应也会产生影响,如在高浓度二氧化碳贮藏条件下,由于产生乙醛和乙酸乙酯,果实增加了对腐烂病的抗性。马晓军等(1998)应用禾康生物液处理保护地栽培黄瓜的真菌性病害,有较好的防治效果。由此可见,天然植物产物在果蔬采后病害的控制是很有潜力的,随着研究的深入,将会有大量的天然植物产物用于采后病害和生长期病害的防治。尤其是天然植物挥发物质对于已侵入寄主体内潜伏侵染的真菌,将会发挥其特有的渗透抑制效果。3.2寄生虫农药防治Putter等(1981)报道抗生素——阿费米丁(Avermectins)是一种较理想的杀线虫生物物质,已广泛应用于农业生产防治病虫害。中国农业大学于1994～1995年对生产的抗生素农药——爱福丁(含有效成分为何费米丁)进行生产应用性研究,结果对防治黄瓜、番茄的根结线虫病效果理想。华光霉素是一种低残留的防病又杀螨的生物抗生素类农药,对苹果腐烂病有明显的防治效果。3.3利用寄生性线虫防治根结线虫是世界园艺植物主要为害线虫之一,由于根结线虫的为害,使经济作物每年损失达数百亿美元。近些年来对根结线虫的生物防治有较大进展,除利用食线虫真菌捕食根结线虫、利用Pasteuriaspp.等细菌寄生于线虫破坏组织细胞降低虫口密度外,世界上有不少国家已经利用植物来防治园艺植物生产上的寄生性线虫,并取得较好的效果。1993年印度R.Vats用金合欢属植物A.nilotica树的叶子提取液处理番茄苗以防治根结线虫,结果能减少根结数和提高产量。现已发现的杀线植物有41属47种,常用的有:臭草、万寿菊、孔雀草、向日葵、蓖麻、紫花曼陀罗、白花曼陀罗、苦楝、印楝、金盏花、叶子花、苍耳、大麻、苦郎树、蓟罂粟、夹竹桃等等。植物杀线的作用主要是含有对线虫有毒的物质,如苦楝、印楝中分离提取的苦楝素、印楝素对线虫的生长发育及活性均有极大的抑制作用。4园区生防菌技术研究方向园艺植物病害生物防治的研究是园艺产品无公害栽培的重要组成部分,有着广泛的应用前景。但是由于种种原因,病害生物防治研究和推广应用的进展缓慢,防病的生物农药产业化进程缓慢,市场占有率较小。如近十年来有不少新的菌物农药的产品问世,但同化学杀菌剂相比,目前还无市场竞争力。园艺产品采后病害的防治中,人们常对应用微生物杀菌剂的安全性持怀疑态度,但直接从水果表面分离到的生防菌易被接受,营养竞争的拮抗菌会比分泌抗菌素的微生物更易被认可。人们期望拮抗菌在采后病害防治中成为“生物杀菌剂”,但从实验室研究到商品化生产还存在着较大距离。进行商品化生产,拮抗菌的要求是多方面的。如遗传上稳定、抗性、广谱性、以及对寄主无致病性等。依据上述条件酵母菌是值得重视的拮抗菌。目前除枯草芽孢杆菌(B-3)和汉逊狄巴利酵母(US-7)外,其它几乎