生物有機(jī)肥中生防菌種的研究進(jìn)展

周芳如 羅志威 徐滔明 易子霆 豐來

摘要 綜述了近年來國內(nèi)外生防菌的菌種開發(fā)利用現(xiàn)狀，分析了生防菌的生物防治作用機(jī)制，概述了生防微生物的應(yīng)用現(xiàn)狀并提出展望。目前，生防菌的篩選及其生防機(jī)制是利用生物有機(jī)肥防控土傳病害中的研究熱點(diǎn)。生防菌在生物有機(jī)肥中的應(yīng)用，將有助于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞 生防菌；生物；有機(jī)物

中圖分類號 S182 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 0517-6611（2015）34-193-03

由于受生長環(huán)境等諸多因素的影響，在農(nóng)作物生長過程中已發(fā)生多種病害。這些病害給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大的損失。土傳植物病原微生物是引起植物病害的主要因素。它通過侵染植物根部傷口、根毛頂端的微孔，危害植物組織側(cè)根分枝處的裂縫以及幼苗莖基部裂口傷害寄主組織和細(xì)胞，并且在寄主的部分組織中繁殖，從而引發(fā)一系列植物組織病變或死亡。目前，防控病害的主要途徑有化學(xué)防治、物理防治、生物防治以及栽培防治等。其中，化學(xué)防治具有污染當(dāng)?shù)丨h(huán)境，危害人畜健康，且長期使用化學(xué)藥劑會(huì)誘導(dǎo)病原菌產(chǎn)生抗藥性，同時(shí)殺死其他有益生物等弊端；生物防治具有無毒、無污染、防治效果佳的特點(diǎn)。生物防治最為符合我國環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)的理念。在20世紀(jì)60年代，有研究人員提出生物防治的兩個(gè)方法：一是增加土壤本身拮抗微生物的數(shù)量；二是將篩選到的拮抗菌接種至土壤[1]。目前，關(guān)于生防菌株成功防治作物土傳病害的報(bào)道屢見不鮮，并且已在煙草、水稻、小麥、玉米、大豆、果蔬等農(nóng)作物的病害防治中取得顯著的效果[2]。筆者對近年來生防微生物菌種的開發(fā)利用及其防控作物病害的應(yīng)用效果和生防機(jī)制等研究進(jìn)行綜述，以期為我國生物防控類農(nóng)用制品的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用提供參考。

1 生防菌種的開發(fā)利用

含有生防菌種的有機(jī)肥除了具備常規(guī)有機(jī)肥的基本性質(zhì)和功能，還具備防控土傳病害的作用。決定其功能的主要是生防菌種。目前，所研究的生防菌種包括細(xì)菌、真菌及放線菌三大類。

1.1 細(xì)菌

目前，用于植物病害防治且已進(jìn)入商品化生產(chǎn)的細(xì)菌種類主要有芽孢桿菌屬、假單胞菌屬等。

芽孢桿菌是一群好氧或兼性好氧、產(chǎn)芽孢的革蘭氏陽性桿菌的總稱。因其具有分布廣泛、生理特征多樣、易分離培養(yǎng)且能形成具有較強(qiáng)抗逆能力的芽孢，對多種病原微生物具有抑制作用，且便于生防產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工和儲(chǔ)存。它是一種適宜的生防菌。Cavaglieri等[3]從玉米根圍分離到3株枯草芽孢桿菌，發(fā)現(xiàn)它們對玉米輪狀鐮刀菌具有強(qiáng)烈的抑制作用，并且抑制其伏馬毒素B1的產(chǎn)生。郝曉娟等[4]從枯萎病發(fā)生田塊分離得到枯萎病生防菌短短芽孢桿菌JK2，發(fā)現(xiàn)它對枯萎病菌具有較強(qiáng)的抑制作用。李晶等[5]從黃瓜根圍土壤中分離得到一株拮抗枯草芽孢桿菌B29，發(fā)現(xiàn)在大田試驗(yàn)中它對黃瓜枯萎病防效達(dá)84.9%，增產(chǎn)12.57%，且對黃瓜的出苗和幼苗生長發(fā)育沒有不良影響。張艷群等[6]對9株芽孢桿菌進(jìn)行平板對峙和發(fā)酵液拮抗活性測定，發(fā)現(xiàn)菌株B06的抑病作用較強(qiáng)，其無菌濾液對8種植物病原真菌的抑制率達(dá)66.7%～87.5%。目前，已開發(fā)出一批生防作用優(yōu)良的枯草芽孢桿菌菌株如GBO3、MBI600、QST713、FZB24、B3、B903、B908、BL03、ZH2等。市場上的芽孢桿菌農(nóng)用生物產(chǎn)品層出不窮，如云南瑞升埃比特生物科技有限公司的微生物菌劑德根貝FZB42，陜西華夏農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司的生物有機(jī)肥，山東魯虹農(nóng)業(yè)科技有限公司的魯虹生物有機(jī)肥等。

假單胞菌是一類或直或微彎的需氧型革蘭氏陰性桿菌，不產(chǎn)芽孢。它在自然界中分布廣泛，能夠在植物根部有效定殖。為防治植物被病原微生物侵害，人們對其進(jìn)行了大量研究。何延靜等[7]從甜椒根際土壤中分離到一株對辣椒疫霉具有強(qiáng)拮抗作用的銅綠假單胞菌，發(fā)現(xiàn)它對多種植物病原真菌均有很強(qiáng)的抑制作用。岳東霞等[8]研究了幾株假單胞菌對黃瓜灰霉病的生防作用，其中CBT1、CBT3、CBT6的防治效果較好，相對防效均在50%以上。王平等[9]利用鉻天青（CAS）檢測法和400 nm特異光譜吸收法，測定在無鐵條件下熒光假單胞菌株P(guān)13通過大量分泌鐵載體抑制油菜菌核病菌的作用，發(fā)現(xiàn)隨著鐵離子濃度的提高，熒光假單胞菌株P(guān)13分泌鐵載體減少，對油菜菌核病菌的抑制作用相應(yīng)減弱。張亞等[10]采用平板對峙法和打孔法，研究拮抗假單胞菌SU8對多種植物病原真菌的抑制作用，結(jié)果表明假單胞菌SU8對稻瘟病菌的抑制效果最好，辣椒炭疽病菌次之。假單胞菌的商品化生產(chǎn)和田間應(yīng)用并不像芽孢桿菌那樣順利，但它對植物病原菌的作用不容忽視。現(xiàn)已證實(shí)假單胞菌能產(chǎn)生有效鐵載體、抗生素、保外水解酶和HCN等抑菌代謝產(chǎn)物，可有效預(yù)防植物根系免受病原菌侵害。

1.2 真菌

目前，生物有機(jī)肥中所添加的具有拮抗功能的真菌主要有青霉、木霉、鐮刀菌、酵母菌等。它們對植物病原菌的作用機(jī)理主要是對空間和營養(yǎng)的競爭、誘導(dǎo)寄生或直接寄生等。陳杰等[11]研究了灰黃青霉CF3對馬鈴薯土傳病害病原真菌立枯絲核菌、茄病鐮刀菌、硫色鐮刀菌及大麗輪枝菌的拮抗性，發(fā)現(xiàn)其發(fā)酵液對4株病原真菌菌絲生長的抑菌率達(dá)53.0%～72.1%。張衡宇[12]分離到一株對鐮刀菌具有較強(qiáng)抑制作用的哈茨木霉FJAT9040，發(fā)現(xiàn)它對4株枯萎病病原菌FJAT136、FJAT141、FJAT282和FJAT370的抑制率均在80%～90%之間。蘇珍珠等[13]從7種植物中分離出11株內(nèi)生鐮刀菌，并且研究了它們對致病疫霉的抑制活性，結(jié)果顯示這11株內(nèi)生鐮刀菌對致病疫霉均有抑制作用，其中菌株e0601、e0603和e0604的活體抑制率在50%以上。這些菌株的毒素粗提液對致病疫霉菌絲生長有更明顯的抑制作用，其中e0123、e0604和e032毒素粗提液的抑菌率均達(dá)到100%。毒素粗提液能明顯抑制致病疫霉孢子對離體葉片的侵染，其中菌株e032毒素粗提液的抑制率達(dá)97.10%。酵母菌可控制果蔬采后的病害防治。耿鵬[14]對其應(yīng)用現(xiàn)狀和生防機(jī)制進(jìn)行了論述。目前，青霉、木霉、酵母菌在農(nóng)用產(chǎn)品中均已有應(yīng)用，如河南無道理生物技術(shù)股份有限公司的無道理生物有機(jī)肥料，哈爾濱東農(nóng)科技有限公司的根際生物肥，海南綠神生物技術(shù)有限公司的HM綠峰葆等。

1.3 放線菌

放線菌在自然界中的分布十分廣泛，種類繁多，孢子抗逆性強(qiáng)，可產(chǎn)生多種抗生素，菌劑保藏時(shí)間長，誘導(dǎo)寄主植物產(chǎn)生系統(tǒng)抗性，便于在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。目前，大量研究證明在生產(chǎn)中放線菌對多種土傳病害起很好的防治作用。已有報(bào)道表明，具有拮抗活性的放線菌有10 000多種，應(yīng)用種類最多的是鏈霉菌[15]。陳潔[16]采集不同生態(tài)環(huán)境條件下的土樣若干份，分離土壤放線菌207株，采用抑菌帶法篩選到命名為K5的放線菌對棉花黃萎病的抑菌帶為8 mm。王珊珊等[17]采用組織分離法對黑木耳栽培中的污染雜菌進(jìn)行分離鑒定，得到病原菌好食脈孢霉CP1，再以19株鏈霉菌篩選其拮抗菌。結(jié)果表明，鏈霉菌BUAS1303菌株抗性最佳，抑菌圈直徑為（2.8±0.3）cm。何斐等[18]采用皿內(nèi)拮抗試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)婁徹氏鏈霉菌對魔芋軟腐病菌有較強(qiáng)的拮抗作用，拮抗圈直徑為11.0～18.3 mm；采用盆栽試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)拌土單接菌劑D74對收獲期魔芋的相對防效為100%。

放線菌通過競爭作用、重寄生作用及捕食作用來破壞病原菌的生存環(huán)境，降低病原菌的致病力及其種群密度。世界上已有許多拮抗放線菌防治土傳防治病害的成功案例，如活體制劑Mycostop和“5406”抗生菌的推廣使用。放線菌作為一種具有豐富資源的生防微生物類群，在植物病害生物防治中很有開發(fā)應(yīng)用的前景。

2 對作物病害的作用機(jī)制

作物病害的發(fā)生主要是由于土壤中含有有害病原菌。施入含有生防功能菌的生物型產(chǎn)品，可改變土壤理化環(huán)境，也可改變土壤中微生物的多樣性，降低植物致病菌數(shù)量，增強(qiáng)植物抗性，并且提高拮抗菌數(shù)量，從而達(dá)到降低植物病害發(fā)生指數(shù)的目的。生防菌株對病害控制的機(jī)制主要體現(xiàn)在競爭作用、抗菌代謝物質(zhì)、誘導(dǎo)抗性等方面。

2.1 競爭作用

生防菌與植物病原菌之間的競爭主要是營養(yǎng)和空間位點(diǎn)的競爭。所謂營養(yǎng)和空間位點(diǎn)的競爭是指存在同一微生態(tài)環(huán)境中的兩種或兩種以上微生物之間對空間、營養(yǎng)、氧氣、水分以及次生代謝產(chǎn)物等進(jìn)行競爭的現(xiàn)象。李湘民等[19]研究了拮抗細(xì)菌Pseudomonas fluorescens Pf714對被紋枯病菌侵染的稻株上土著細(xì)菌的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)病斑面積為20%～35%時(shí)，應(yīng)用1和14 d后菌株P(guān)f714在健莖的平均群體數(shù)量分別是病莖的6倍多和2倍多。鐵離子是微生物在繁殖過程中必需的營養(yǎng)成分之一。微生物通過分泌嗜鐵素來獲取環(huán)境中的Fe3+，通過微生物特異性受體轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)滿足自身需要[20]。生防菌株能否在應(yīng)用的生態(tài)環(huán)境中定殖是影響其生防效果的關(guān)鍵。除了自身特點(diǎn)，生防菌株的定殖能力與應(yīng)用的生態(tài)環(huán)境有密切聯(lián)系。已有研究表明，環(huán)境中的含水量、溫度、pH等都會(huì)影響生防菌株在土壤中的定殖[21]。

2.2 抗菌代謝物質(zhì)

生防菌在代謝過程中可以產(chǎn)生抑制植物病原菌的拮抗性代謝產(chǎn)物，如芽孢桿菌、假單胞菌及鏈霉菌可以產(chǎn)生抗生素、抗菌蛋白以及溶菌酶等。宋松[22]對解淀粉芽孢桿菌SQR11的拮抗基因進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)SQR11基因組中存在surfactin、iturin等物質(zhì)的合成基因，并且通過高效液相色譜分析所分離的拮抗物質(zhì)，初步確定存在以上兩類物質(zhì)。王欽宏等[23]從土樣中分離到一株產(chǎn)胞外殼聚糖酶能力較高的假單胞菌（Pseudomonas sp.）。薛磊[24]以大麗輪枝菌菌體為唯一碳源，可誘導(dǎo)供試鏈霉菌同步合成幾丁質(zhì)酶、β1，3葡聚糖酶、β葡萄糖苷酶、纖維素酶、多酚氧化酶及蛋白酶6中細(xì)胞壁溶解酶。有研究報(bào)道，木霉可以產(chǎn)生木霉素、膠霉素、抗菌肽、綠木霉素等[25]；同時(shí)，還存在一些真菌能產(chǎn)生脂肪酸，對病菌的孢子萌發(fā)和菌絲生長有一定抑制作用。

2.3 誘導(dǎo)抗性

有些生防菌及其代謝物能引起植物產(chǎn)生抗病反應(yīng)，誘導(dǎo)植物自身抗病。這種現(xiàn)象被稱作誘導(dǎo)抗性。生防芽孢桿菌能激發(fā)植物的誘導(dǎo)抗病性，主要依賴誘導(dǎo)木質(zhì)素的形成、伸展蛋白的累積以及病程相關(guān)蛋白質(zhì)的產(chǎn)生和防御酶活力的提高[26]。一些熒光假單胞菌在植物根部的定殖也能誘導(dǎo)植物對病原菌產(chǎn)生系統(tǒng)抗性。水楊酸的累積被認(rèn)為是重要因素[27]。郭敏等[28]發(fā)現(xiàn)，擬康氏木霉的發(fā)酵液產(chǎn)生的胞外多糖及菌絲提取物對番茄和黃瓜的抗病性均有誘導(dǎo)作用。張振華[29]以黃瓜-炭疽病為研究對象，研究了多年芽孢桿菌SQR21、蕈狀芽孢桿菌BmJ和莫哈韋芽孢桿菌2037對黃瓜的誘導(dǎo)抗性，結(jié)果表明經(jīng)生防菌SQR21、BmJ和2037誘導(dǎo)的黃瓜病變組織產(chǎn)孢率下降在50%左右，且病變組織中的β1，3葡聚糖酶和幾丁質(zhì)酶活性均明顯提高。

3 應(yīng)用概況與展望

生防菌具有抑制多種植物病原菌的能力，并且在自然界中廣泛存在非致病微生物，對人畜無害，對環(huán)境友好，因此備受國內(nèi)外植物保護(hù)和環(huán)境保護(hù)專家的青睞。目前，生防芽孢桿菌被廣泛應(yīng)用于植物根部、枝干、葉片、花以及果蔬采后病害的防治上，在生物有機(jī)肥的研制和施用中占越來越重要的地位。假單胞菌是植物根圍促生細(xì)菌中一類重要的菌群，既能抑制多種植物病原菌的生長，又能分泌一些小分子物質(zhì)誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗病性，從而間接提高作物產(chǎn)量，同時(shí)還能對農(nóng)藥污染的土壤具有較好的修復(fù)作用，有利于土壤微生物群落正常功能的恢復(fù)和維持。因此，假單胞菌在植物病害防治、環(huán)境保護(hù)和污染修復(fù)等方面有廣泛的應(yīng)用。木霉是目前研究最多、應(yīng)用最廣泛的生防益菌，在生物防治和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域有重大的應(yīng)用前景。放線菌可以產(chǎn)生多種生物活性物質(zhì)（如抗生素），是一類具有廣泛實(shí)際用途和巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的微生物資源，有很好的生防有機(jī)肥開發(fā)潛力。其中，鏈霉菌已是生物有機(jī)肥中重要的功能菌種。

隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛運(yùn)用，生防菌的生防機(jī)制研究和開發(fā)應(yīng)用將會(huì)出現(xiàn)新的發(fā)展。無公害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)日益受到人們的重視。農(nóng)用生物制品無疑是解決當(dāng)前大量化肥、農(nóng)藥使用造成的環(huán)境污染日益突出的最具潛力的途徑之一。微生物是獲得高效生物制品的巨大天然寶庫。盡管在植物病原菌的生防菌篩選及其應(yīng)用過程中還存在許多亟待解決的問題，但前人的研究結(jié)果已顯示出廣闊的前景。隨著研究思路和方法的不斷更新，在未來必將以生物農(nóng)用制品替代農(nóng)藥、化肥，從而真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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