放線菌生物防治棉花黃萎病研究進展

穆凱熱姆·阿卜來提，來娜娜，王曉東（石河子大學綠洲農作物病害防控重點實驗室，新疆　石河子　832000）

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放線菌生物防治棉花黃萎病研究進展

穆凱熱姆·阿卜來提，來娜娜，王曉東*
（石河子大學綠洲農作物病害防控重點實驗室，新疆石河子832000）

摘要：基于國內外拮抗微生物生物防治棉花黃萎病的研究，綜述了棉花黃萎病的危害癥狀及致病機理、棉花黃萎病生物防治研究現狀及拮抗放線菌在棉花黃萎病防治中的實踐應用，并對放線菌的生防優勢及作用機理等做了簡要論述。

關鍵詞：棉花黃萎病；生物防治；放線菌

棉花黃萎病是一種毀滅性的土傳維管束病害，由半知菌亞門叢梗孢目輪枝菌屬真菌（Verticillium dahliae Kleb）所引起［1］。最早由Carpenter在1914于美國弗吉尼亞州的陸地棉上發現，隨后在密西西比、阿肯色、得克薩斯、新墨西哥和加利福尼亞等州陸續報道了黃萎病的發生和危害情況［1］。我國棉花黃萎病自1935年由引進美國棉花品種傳入，后因分發給部分地區未經消毒處理的種子而引起爆發，現已遍布我國各大棉區。進入20世紀90年代后，隨著棉花枯萎病的為害得以控制，黃萎病的發生為害已經慢性地、嚴重地影響著棉花的單位產量。棉花黃萎病的微菌核能在土壤中存活多年，導致該病防治極為困難，尤其是“落葉型”棉花黃萎病在局部棉區發生后，對棉花生產更是存在著潛伏性的災害。棉花黃萎病在學術界被稱為植物病害中的癌癥，長期以來人類與此病經歷了艱苦的斗爭，目前針對此病防治主要采用選育抗病作物品種、農業防治、化學防治和生物防治等方法相結合的綜合防治策略［2-3］，生物防治是目前研究的熱點，已報道應用于棉花黃萎病拮抗微生物類群主要包括真菌、細菌、病毒和放線菌，其中放線菌是研究最早的生防微生物，也是農業病害具有巨大生防潛質的微生物資源。

放線菌（Actinomycetes）在自然界分布廣泛，種類龐雜，代謝功能各異，因氣生菌絲呈放射狀而得名，典型絲狀放線菌主要屬于鏈霉菌屬（Streptomyces）和小單孢菌屬（Micromonospora）兩類［4］。土壤放線菌資源豐富，為抗生素工業的建立和發展發揮了巨大作用，在已知的放線菌種有半數以上有拮抗活性，迄今為止已報道的具有生物活性的次級代謝物共有22 500余種，其中具有拮抗活性的16 500種，在這些拮抗物質當中有10 100（45%）產自于放線菌，7630種源自于鏈霉菌，其余來自稀有放線菌［5］。因此，以放線菌為抗生菌，防治土傳病害的成功事例不勝枚舉，這給棉花黃萎病的防治帶來了新的曙光。

1　棉花黃萎病的危害癥狀及致病機理

1.1棉花黃萎病的危害癥狀

棉花黃萎病能在棉花整個生長期間侵染為害，自然環境下幼苗期不發病或很少發病，一般3～5片真葉期開始顯癥狀，現蕾期病株由下部葉片向上發展，病葉邊緣向上卷曲，葉脈間出現淡黃色失水萎蔫不規則的病斑，病斑逐漸擴大，呈褐色、“花西瓜皮”狀，后期整個葉片枯焦；病株縱剖莖稈可見維管束變淡褐色，發病嚴重的病株枝條和葉柄的維管束變色；結鈴期棉葉呈水燙樣，繼而突然萎垂，逐漸脫落成光稈，幾乎不結鈴；發病嚴重時病株死亡，造成嚴重減產［6］。

1.2棉花黃萎病的致病機理

研究指出，引起棉花黃萎病的病原菌有大麗輪枝菌（Vercitillium dahliae Kleb）和黑白輪枝菌（Vercitillium alboatrum Reinke & Berthold）2種［7］，且大麗輪枝菌是引起我國棉花黃萎病的主要病原菌［8］。大麗輪枝菌寄主范圍廣泛，病原菌具有遺傳多樣性，田間致病性易發生變異出現強致病力類型，是典型的土傳病害。關于黃萎病病原菌的致病機制，目前最有影響力的是堵塞學說和毒素學說。（1）堵塞作用。在土壤中越冬的棉花黃萎病病原菌直接侵染根系，定殖時會分泌包括纖維素酶和果膠酶在內的多種細胞壁降解酶，這些酶能降解植物細胞壁，并產生大量的菌絲體，菌絲體可直接穿透皮層破壞植物體的保護屏障，進而穿破內皮層到達木質部［7］，隨后在里面產生大量的分生孢子，分生孢子又刺激鄰近的薄壁細胞產生膠狀物質和其它物質堵塞導管，阻斷水分和營養物質的正常運輸，且自身可隨蒸騰作用侵染植物的上部，使植株出現萎蔫、褪綠等癥狀［9］。（2）致病毒素。大麗輪枝菌（V. dahliae）能分泌輪枝素，該毒素是引起棉花黃萎病的關鍵因子。毒素可破壞感病棉花品種的葉片和根組織細胞膜，改變細胞膜透性，使細胞內鉀離子大量滲漏而減少，導致棉株萎蔫［10］。

2　放線菌在棉花黃萎病防治中的應用

2.1放線菌的生防優勢

放線菌是廣泛分布于土壤中的優勢微生物類群，比較其他拮抗微生物而言，對土傳植物病害的防治有著先天性優勢，其取自于土壤最終還原于土壤，具有良好的適應能力和穩定性，并產生多種抗生素和具有菌劑保藏時間長及誘導寄主植物產生系統抗性等優點［11］，這些使放線菌在實際生產應用中更加簡便、經濟。1989年芬蘭研究者Kenica推出放線菌殺菌劑Streptomyces griseovirdis，商品名Mycostop，是由灰綠鏈霉菌（S. griseovidis）的孢子和菌絲制成的，其分離自泥煤，該制劑主要防治土傳病原菌，如腐霉菌（Pythium spp.）、鐮刀菌（Fusarium spp.）、疫霉菌（Phytophthora spp.）和絲核菌（Rhizoctonia spp.）等，且防效穩定［12］。自Wakksman和Umezwa發現放線菌用途的多樣性后，人們陸續發現放線菌可作為抗生素、維生素、酶和酶抑制劑的產生菌，因此放線菌已被認為是抗生素產生菌的主要來源。我國目前生產上應用的抗生素主要有瀏陽霉素、赤霉素春雷霉素、井岡霉素、農抗120、農抗5102、武夷霉素、中生霉素等。據統計，已發現的大約4 000余種抗生素，有90%的抗生素是由放線菌產生的，且此類抗生素具有活性強、抑菌范圍廣的優良特征［14］，因此，篩選和利用放線菌進行土傳病害方面的防治具有較好的應用前景。

2.2放線菌生防機制

放線菌主要通過抗生作用、重寄生酶解作用、空間競爭和營養競爭、誘導抗性等方式影響植物病原菌的生長和繁殖。

拮抗微生物在寄主植物組織內定殖后產生非酶類物質和其他抑菌物質［15］，這些物質破壞病原菌的生存環境，直接導致病原菌的死亡或抑制生長；放線菌通過營養競爭，產生嗜鐵素，并利用土壤中的鐵離子（Fe3+），限定病原菌對鐵離子的需求，從而強烈抑制病原菌的生長［1］；放線菌對土壤或植物根際環境中生態位點的競爭，直接阻止病原菌對植物的侵染，并通過空間競爭和抗生作用降低病原菌的數量［16］；研究發現，放線菌可以分泌多種胞外水解酶，通過水解酶的作用，破壞病原真菌的細胞壁及細胞膜，能夠降低病原菌的致病力及其種群密度，直接抑制病原菌的正常生長［14］。

目前國內外研究報道，Baharlouei等人［17］研究發現Streptomyces plicatus 101通過分泌胞外幾丁質酶抑制有些病原真菌菌絲的生長。Khamna等人［18］研究表明，部分放線菌通過產生吲哚乙酸，有效促進植物生長。梁軍鋒等人［19］通過研究發現生防放線菌誘導辣椒葉片苯丙氨酸解氨酶與多酚氧化酶活性物質的提高，抑制辣椒疫霉發生。許英俊［20］研究發現接種放線菌劑后可對草莓產生促生作用，并影響作物的多酚氧化活性，抑制草莓病害發生。段春梅等人［21］發現鏈霉菌Act12菌株接種處理黃瓜葉片PPO活性增加54.4%，誘導抗病性明顯提高。因此，放線菌還通過提高植物防御酶活性等方式，增強植物整體防御功能。

2.3放線菌在棉花黃萎病防治中的應用

放線菌是人們研究最早并廣泛應用于農業生產中的生防微生物，具有無毒、無殘留、無傷害、防病效果持效時間長等優點［22］，且放線菌可直接作用于土傳病害，因此放線菌作為生防因子吸引了許多研究者。前蘇聯研究者在20世紀50年代就曾經研究過放線菌對棉花枯、黃萎病的防治［23-24］。我國研究者在20世紀50年代分離篩選出對棉花黃萎病病原菌拮抗活性較強的放線菌菌株G4和5406（細黃鏈霉菌，Streptomyces microflavus），這2株菌對棉花黃萎病具有良好的防治效果和增產的作用［25-26］。劉大群［27］、孟慶芳［28］分離獲取1株鏈霉菌S23，其對不同棉花黃萎病菌菌株均表現抑菌作用，并在溫室和小區試驗中具有良好的防效。Thongchai等人［29］從36種不同植物組織內分離了330株植物內生放線菌，其中5株放線菌（Streptomyce ssp.）對棉花枯萎病有強烈抑制作用。薛磊等人［30］采用菌絲生長速率法、微菌核萌發法研究了B49、D148、Act12等菌株對大麗輪枝菌的抑菌機制，并篩選獲取1株鏈霉菌發酵液對病原菌菌絲生長、微菌核形成與萌發均具有較強的抑制作用，該菌株5倍稀釋發酵液對微菌核形成的抑制率達100%。張武崗等人［31］分離篩選出1株編號為19G - 317的黃色類群鏈霉菌（Streptomyce ssp.）菌株，經研究表明該菌抑菌譜廣泛，其中發酵液和菌絲提取物對棉花黃萎病（Verticillium dahliae）的抑菌率分別為50%和90%左右。篩選和利用拮抗放線菌防治棉花黃萎病越來越受到國內外學者的青睞，也是目前研究的熱點。放線菌作為拮抗菌的一個重要來源，不僅具有種類多、數量大、抑菌機理多樣化等特點，而且可產生功能多樣性豐富的抗生素及多種次生代謝物質，這些活性物質在農作物病蟲害的生物防治方面具有舉足輕重的作用，篩選生防放線菌對新疆地區微生物資源的開發利用具有重要的意義。

3　展望

放線菌是一類具有廣泛實際用途和巨大經濟價值的微生物類群，在棉花黃萎病的防治過程中具有重要作用。根據利用拮抗放線菌防治棉花黃萎病的研究報道，目前大量具有生防潛力的拮抗放線菌被研究報道，但是大部分停留在研究開發階段，只有少數拮抗菌株作為生防制劑推廣利用。棉花黃萎病病原菌致病性容易變異、遺傳特性復雜、缺乏放線菌生防機制的了解等因素是生物防治研究進程中的主要障礙。因此，利用生物化學、遺傳學和分子生物學等手段了解病原菌和拮抗放線菌的生防機制，確定理化性質、生理生化和生防機制同時經過物理、化學和分子生物學等方法改良拮抗放線菌的培育環境，并提高抗逆性、繁殖能力和對病原菌的抑菌活性，最終通過加強拮抗放線菌生產工藝、優化發酵工程技術等來提高活性物質產率，在今后的農業生產中發揮更重要的作用。

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收稿日期：2016—03—09

*通訊作者：王曉東（1975-），副教授，博士，主要研究方向為植物病害生物防治。Email: wxd_agr@shzu.edu.cn。