水稻紋枯病研究進展

李雪婷 (長江大學農學院，湖北 荊州434025；農業部農業微生物資源收集與保藏重點實驗室，北京 10081)

徐夢亞，鄭少兵，孫正祥，周燚 (長江大學農學院，湖北 荊州434025)

水稻紋枯病研究進展

李雪婷 (長江大學農學院，湖北 荊州434025；農業部農業微生物資源收集與保藏重點實驗室，北京 10081)

徐夢亞，鄭少兵，孫正祥，周燚 (長江大學農學院，湖北 荊州434025)

由立枯絲核菌(RhizoctoniasolaniKühn)侵染引起的紋枯病是水稻的重要病害之一，危害嚴重、防治困難。從水稻紋枯病的發生、病原菌的致病性、生防菌株種類及其作用機制4個方面對其研究進展進行了綜述。

水稻紋枯病；生物防治；生防菌

由立枯絲核菌(RhizoctoniasolaniKühn)侵染引起的紋枯病是水稻的重要病害之一，危害嚴重、防治困難。長期以來，國內外學者對水稻紋枯病進行了多方面的研究，并取得了一些進展。筆者著重從水稻紋枯病的發生、病原菌的致病性、生防菌株種類及其作用機制等方面進行了綜述，以期為水稻紋枯病的防治提供參考。

1 水稻紋枯病概況

水稻紋枯病是一種世界性病害，為水稻的三大病害之一，最早于1910年由宮宅在日本發現，隨后在菲律賓、美國、斯里蘭卡等國家相繼報道，1934年植物病理學家魏景超在我國發現此病，1975年成為全國防治對象[1]。該病害在水稻整個生育期均可發生，主要危害葉鞘、葉片，危害大、流行性強、寄主范圍廣，其產生的菌核能抗逆和忍耐極端環境，對水稻高產穩產造成重大影響。隨著矮桿、多孽良種的推廣應用以及栽培密度、氮肥使用量的增加，其危害程度日益嚴重，在我國尤其是南方造成了嚴重的經濟損失。

在我國沒有抗病品種的情況下，主要依賴于化學藥劑來防治水稻紋枯病，尤其是井岡霉素、噻呋酰胺，雖然防治簡便、效果迅速，但長期大規模使用單一藥劑會導致病原物抗性增強，防治效果逐漸降低，而劑量不斷加大后污染環境，造成惡性循環。因考慮環境及人體健康等問題，歐盟早已于2002年提議禁止用井岡霉素，因此亟待新型的生物農藥防治水稻紋枯病。近些年來，科研工作者們通過分離篩選效果顯著的生防菌株防治水稻紋枯病，并取得了初步的研究成果。

2 病原菌的致病性

2.1 降解酶

病原菌在致病過程中會產生降解酶，降解植物細胞質內的物質與細胞壁成分，損傷水稻組織，對病原菌的侵染和擴展有重要的作用。細胞壁降解酶可降解植物細胞壁的木質素、纖維素、糖蛋白和多糖等多種成分，使植物細胞壁軟化、分解，從而有利于病原菌的侵入。水稻紋枯病菌主要通過產生細胞壁降解酶，軟化和降解植物細胞壁，致病力越強的菌株分泌的酶活力越高，已報道的水稻紋枯病菌細胞壁降解酶主要包括7種:多聚半乳糖醛酸酶(PG)、β-1,4內切葡聚糖酶(Cx)、果膠甲基半乳糖醛酸酶(PMG)、果膠甲基酯酶(PE)、濾紙酶(FPA)、多聚半乳糖醛酸反式消除酶(PGTE)和果膠甲基反式消除酶(PMTE)，其中PG、PMG、Cx屬于纖維素酶，PME、FPA屬于水解酶，而PGTE和PMTE屬于裂解酶[2]。

張紅等[3]證實細胞壁降解酶中含有果膠酶和纖維素酶，且降解酶會崩解、破裂水稻愈傷組織細胞和葉鞘結構。楊媚等[4]測定水稻的滲透性還原單糖與電導率，發現細胞壁降解酶不僅損傷水稻葉片組織，并且酶的濃度增大后損傷程度也會加重。陳夕軍等[5]發現紋枯病菌能在水稻葉鞘內產生5種胞壁降解酶，即PG、Cx、PMG、PGTE和PMTE，這幾種降解酶不論單獨還是混合使用都會對水稻葉鞘細胞膜造成明顯的損傷。

2.2 毒素

植物病原菌在植物體內或通過人工培養大多數會產生毒素，能在低的濃度范圍內破環寄主植物的一系列正常生理功能，使植物產生病變。自從菊池鏈格孢菌毒素在1993年被首次報道以來，植物病原真菌產生的毒素越來越受到關注。水稻紋枯病菌毒素作用于水稻植株后，水稻組織也表現出一系列細微的變化，如電解質外滲、細胞膜部分破裂、葉綠體損傷等。這些變化使水稻組織受到損傷，從而表現出典型的癥狀。

黃文文等[6]將紋枯病菌毒素接種在水稻離體葉片上，發現葉片上可產生病斑，證明毒素具有致病性。徐敬友等[7]發現病原菌粗毒素不僅可誘發產生紋枯病類似的病斑，且毒素稀釋液對胚根有明顯的抑制作用，致病力隨濃度增高而增強。陳夕軍等[8]通過薄層色譜和高效液相色譜儀分析發現毒素主要成分為糖類，不含酚、氨基酸和有機酸類物質。李路等[9]發現毒素粗提物對水稻種子發芽、胚芽和胚根的伸長有不同程度的抑制作用，抑制率隨著毒素濃度的提高而增大。

3 生防菌的種類

3.1 生防真菌

通過平板對峙、溫室和大田試驗表明木霉菌可廣泛用于植物病害生物防治中，對水稻紋枯病的防治較為理想，其中黃綠木霉和哈茨木霉對水稻紋枯病的防治率可達52.54%～83.09%[10]。植物的內生真菌也是生防真菌的一個重要類群，可保護寄主植株免受病原物的侵染，表現良好的抗性。王國平等[11]從南方紅豆杉分離篩選得到1株與井岡霉素A防效相當的內生真菌紫杉木霉。除木霉菌外，青霉菌在水稻紋枯病的生防中也有應用，1995年曾金鳳[12]從土壤中分離出青霉Z88，不僅使紋枯病菌菌核失活，還能提高水稻種子發芽率，促進水稻根系分枝。

3.2 生防細菌

利用生防細菌來防治水稻紋枯病的報道非常多，其中發現最多的是芽孢桿菌。目前，用于防治水稻病害的芽孢桿菌大致有7類，如枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)、巨大芽孢桿菌(Bacillusmegaterium)、多粘類芽孢桿菌(Paenibacilluspolymyxa)，其中應用最多的是枯草芽孢桿菌。陳劉軍等[13]從番茄根系土壤中分離篩選的蠟質芽抱桿菌AR156在抑制水稻紋枯病菌菌絲生長、菌核萌發的同時誘導內源抗病基因的表達。周榮金等[14]從植株莖稈中分離的巨大芽孢桿菌(B.megaterium)能分泌脂肽類化合物Iturin A2，對水稻紋枯病有顯著防治作用且隨著濃度的增加而提高。何愛蓮等[15]發現于PD營養液中培養枯草芽孢桿菌F2，其發酵液對水稻紋枯病的抑菌率高達82%。陳志誼等[16]分離獲得的枯草芽孢桿菌B-916發酵液在田間的防治率可達50.0%～81.0%。高玲玲等[17]分離的125株內生固氮菌中有2株多粘類芽孢桿菌NR-18和NR-79對水稻病害抑菌帶寬均大于4mm。陳敏等[18]發現噴霧接種后芽孢桿菌Drt-11在水稻葉面和葉鞘穩定定殖并能有效阻止病原菌侵入。朱曉飛等[19]分離篩選到1株具有廣譜、高效性的解淀粉芽胞桿菌YB-3。黎起秦等[20]從西瓜與柑桔等根系中分離到4種芽孢桿菌對立枯絲核菌菌絲的生長和菌核的萌發均有明顯抑制作用。除了從植物內部和陸地上分離生防細菌外，聶亞鋒等[21]從海水和海泥中分離出了海洋細菌PY-sw-1，其菌液和胞外物質對水稻紋枯病的田間防治率可達50%以上。

3.3 生防放線菌

放線菌是土壤中的優勢微生物類群之一，種類十分豐富，是大多數抗生素的重要來源[22,23]，在植物病害防治中具有舉足輕重的作用。陳丹等[24]在國內首次發現極暗黃鏈霉菌CZB40，其10倍無菌稀釋液對水稻紋枯菌絲生長抑制率高達94.85%。曹琦琦等[25]從不同土壤、植物和紋枯病菌菌核樣品中分離篩選到放線菌菌株對病原菌均具有較強的拮抗作用。彭衛福等[26]獲得的鏈霉菌C2對水稻紋枯病菌、水稻稻瘟病菌、西瓜枯萎病菌等多種植物病原真菌有明顯的抑制作用。

4 生防機制

4.1 拮抗作用

生防菌株分泌抑菌物質阻礙病原物的代謝與合成，抑制細胞壁和蛋白質的合成、干擾細胞膜的半透性、阻礙能量代謝系統。病原菌菌絲出現變形扭曲、褶皺、局部腫脹而不能正常生長或抑制菌核的萌發。謝宗華等[27]用分離到的假紫色色桿菌kwkjT4上清液以1︰30比例與PDA培養基混勻，處理后發現菌絲明顯變形扭曲、萎縮、局部腫脹。袁夢思等[28]發現不動桿菌A2無菌液處理水稻紋枯病菌，不僅菌絲扭曲膨大，且原生質外滲。魏賽金等[29]用稠李鏈霉菌代謝產物多烯類大環內酯抗生素DZP8使水稻紋枯菌菌絲干癟、皺縮，其抑制活性比井岡霉素還高。劉路寧等[30]發現綠木霉TY009代謝產物對水稻紋枯病菌菌絲生長具有明顯的抑制作用，其主要成份為膠霉毒素。

4.2 競爭作用

競爭作用分為空間競爭和營養競爭2種，空間競爭表現為大量的生防菌在植物體內穩定定殖，占領最具優勢的位置從而阻隔了病原菌的侵入位點[31]。營養競爭通過產生嗜鐵素或優先定殖于植株中掠奪病原菌所需的營養物質，使病原菌缺鐵、碳、氮等，導致其不能正常的生長和繁殖，從而達到防治病害的目的[32]。楊帆等[33]分離的2株解淀粉芽孢桿菌均可分泌嗜鐵素，對紋枯病具有較好的防效。陳思宇[34]分離得到的對紋枯病有良好防效的11株生防菌均可產生嗜鐵素。盧鈺升等[35]采用Biolog GenIII微孔板對菌種進行碳源利用試驗，可發現利用的碳源物質有46種，這表明生防細菌GB58具有廣泛的碳源利用譜，有利于在不同營養水平的環境中生長繁殖和營養競爭。

4.3 誘導抗性

防御酶活性與植物的抗病性相關，例如，超氧化物歧化酶(SOD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)，過氧化氫酶(CAT)等防御酶[36～38]。大量研究結果表明，經生防菌株處理后，水稻植株的防御性酶活性會大幅度提高、持續時間較長，提高了水稻系統防御能力[39]。陳劉軍等[13]發現菌株 AR156 處理水稻葉片后水稻植株體內防御酶活升高，增強防衛基因的表達，提高植株的抗病性。劉永鋒等[40]從蔬菜和麥田分離篩選出的生防菌YD4-6和NV11-4能誘導水稻防御酶活性顯著增加。杜亞楠等[41]利用新農抗702處理水稻葉片，葉片表現較明顯的抗紋枯病作用，處理12h后，稻苗體內POD、PPO、PAL、CAT酶活性升高，而SOD酶活性無顯著影響。

5 展望

目前，科研工作者們在室內分離和篩選了許多對水稻紋枯病有生防作用的菌株，但真正能大面積推廣和應用的較少。生防菌株在田間的防治效果和存活情況遠不如室內盆栽試驗效果，究其原因是生防菌在田間的防治受到諸多因素的影響，例如宿主種類、溫度、濕度、施用方法、生防菌定殖力等，導致生防效果不穩定或不能充分發揮。王奎萍等[42]認為水稻葉片的表面張力、蠟質層等作用使施用的新鮮菌液無法長期定殖在植株中與病原菌互作用而降低了防效，因此生防菌株能否在植株體內長期穩定的定殖對生物防治紋枯病具有重要的意義。

傳統的研究是通過平板對峙來篩選抑菌活性顯著的拮抗菌，決定是否進一步做田間試驗，鑒于生防菌株有競爭作用和誘導作用的生防機制，在平板上抑菌活性不明顯的生防菌株容易被忽視。此外，人們對于生防菌株防治效果的認識存在一定的主觀性，筆者認為生防菌株存在環保、對環境友好、不容易形成抗性等優點，不能用化學防治的標準來評判。生物防治的前景十分廣闊，除了不斷豐富生防菌資源，今后更要加強生防菌作用機理的研究，深入挖掘重要活性物質的編碼和調控功能基因，以期實現生物防治研究的快速發展。

[1]萬明國.源于水稻的鏈霉菌菌株F-1的鑒定及其防病潛力和防病機制研究[D].武漢:華中農業大學，2008.

[2]康振生，李振岐，商鴻生.小麥條銹菌異核新菌系的篩選及核游離試驗研究[J].植物病理學報，1994，(2):101～105.

[3]張紅，陳夕軍，意蘊惠，等.紋枯病菌胞壁降解酶對水稻組織和細胞的破壞作用[J].揚州大學學報(農業與生命科學版)2005，26(4):83～86.

[4]楊媚，楊迎青，鄭麗，等.水稻紋枯病菌細胞壁降解酶組分分析、活性測定及其致病作用[J].中國水稻科學，2012，(5):600～606.

[5]陳夕軍，張紅，徐敬友，等.水稻紋枯病菌胞壁降解酶的產生及致病作用[J].江蘇農業學報，2006，(1):24～28.

[6]黃文文，向準，龔亮，等.水稻紋枯病菌粗毒素提取及活性初步研究[J].安徽農業科學，2009，37(27):13342～13345.

[7]徐敬友，張華東，張紅，等.立枯絲核菌毒素的產生及與致病力的關系[J].揚州大學學報，2004，(2):61～64.

[8]陳夕軍，徐艷，童蘊慧，等.水稻紋枯病菌毒素致病機理研究[J].植物病理學報，2009，(4):439～443.

[9]李路，王玲，劉連盟，等.水稻紋枯病菌毒素提取及其對水稻的毒性[J].浙江農業科學，2013，(1):60～62.

[10]王艷麗，沈瑛，徐同.哈茨木霉防治水稻紋枯病研究[J].植物保護學報，2000，(2):97～101.

[11]王國平，魯書玲，鄭必強，等.內生真菌紫杉木霉ZJUF0986菌株及其活性代謝產物防治水稻紋枯病的效果[J].中國生物防治，2009，(1):30～34.

[12]曾金鳳.青霉Z88菌株對水稻紋枯病菌的抗生作用[J].福建農業大學學報，1995，(2):180～183.

[13]陳劉軍，俞儀陽，王超，等.蠟質芽孢桿菌AR156防治水稻紋枯病機理初探[J].中國生物防治學報，2014，(1):107～112.

[14]周榮金，秦健，楊茂英，等.巨大芽孢桿菌B196菌株分泌的Iturin A2對水稻紋枯病的防治作用[J].廣東農業科學，2014，(4):96～99.

[15]何愛蓮，雷幫星，康冀川，等.水稻紋枯病菌拮抗菌株F-2的抗菌活性[J].貴州農業科學，2014，(6):82～86.

[16]陳志誼，高太東，嚴大富，等.枯草芽孢桿菌B-916防治水稻紋枯病的田間試驗[J].中國生物防治，1997，(2):29～32.

[17]高玲玲，陳小龍，蔣濤，等.具有拮抗作用的水稻內生固氮菌的分離與鑒定[J].華中農業大學學報，2012，(5):553～557.

[18]陳敏，康曉慧.芽孢桿菌Drt-11防治水稻紋枯病研究[J].西南農業學報，2006，(1):53～57.

[19]朱曉飛，張曉霞，牛永春，等.一株抗水稻紋枯病菌的解淀粉芽孢桿菌分離與鑒定[J].微生物學報，2011，(8):1128～1133.

[20]黎起秦，林緯，陳永寧，等.芽孢桿菌對水稻紋枯病的防治效果[J].中國生物防治，2000，(4):160～162.

[21]聶亞鋒，劉永鋒，李德全，等.海洋源拮抗細菌對水稻紋枯病的防治[J].江蘇農業學報，2007，(5):420～427.

[22]Harikrishnan H,Shanmugaiah V,Balasubramanian N,etal.Antagonistic potential of native strainStreptomycesaurantiogriseusVSMGT1014 against sheath blight of rice disease [J].World Journal of Microbiology & Biotechnology,2014,30:3149～3161.

[23]Yang D J,Wang B,Wang J X,etal.Activity and efficacy ofBacillussubtilisstrain NJ-18 against rice sheath blight and Sclerotinia stem rot of rape [J].Biological Control,2009,51:61～65.

[24]陳丹，葉波，劉燕娟，等.水稻紋枯病菌拮抗菌CZB40的篩選、鑒定及其發酵條件優化[J].植物保護，2015，(5):46～53.

[25]曹琦琦，周登博，鄭麗，等.水稻紋枯病菌拮抗菌的篩選、鑒定及培養條件探索[J].中國生物防治學報，2013，(2):270～276.

[26]彭衛福，吳志明，陳未，等.拮抗多種植物病原真菌StreptomycestriostinicusC2的分離與鑒定[J].生物技術通報，2016，(7):106～111.

[27]謝宗華.水稻紋枯菌拮抗細菌的篩選及其活性代謝產物的分離與鑒定[D].長沙:湖南科技大學，2012.

[28]袁夢思，李建文，劉夢華，等.1株不動桿菌發酵液對水稻紋枯病菌的抑菌作用[J].江蘇農業科學，2016，(2):164～165.

[29]魏賽金，杜亞楠，李昆太，等.稠李鏈霉菌JAU4234代謝產物對水稻紋枯病菌的作用機制[J].植物保護學報，2012，(5):411～417.

[30]劉路寧，屠艷拉，張敬澤.綠木霉菌株TY009防治紋枯病等水稻主要真菌病害的潛力[J].中國農業科學，2010，(10):2031～2038.

[31]王淼，張穎，柴沆鎮，等.生防菌株336x在小麥內部的定殖研究[J].河南農業科學，2013，(9):69～72，82.

[32]王芳，呂順，劉文清，等.香蕉枯萎病生防菌的篩選及生防物質分析[J].江西農業大學學報，2014，(6):1264～1269.

[33]楊帆，李新民，劉春來，等.解淀粉芽孢桿菌抑菌活性初步研究[J].黑龍江農業科學，2015，(9):55～59.

[34]陳思宇，陳志誼，張榮勝.水稻紋枯病菌拮抗細菌的篩選及鑒定[J].植物保護學報，2013，(3):211～218.

[35]盧鈺升，顧文杰，蔣瑞萍，等.一株生防細菌GB58的鑒定與抑菌能力測定[J].中國農學通報，2016，(6):198～204.

[36]Muthukumar A,Eswaran A,Sangeetha G.Induction of systemic resistance by mixtures of fungal and endophytic bacterial isolates againstPythiumaphanidermatum[J].Acta Physiologiae Plantrarum,2001,33:1933～1944.

[37]Chen F,Wang M,Zheng Y,etal.Quantitative changes of plant defense enzymes and phytohormone in biocontrol of cucumber Fusarium wilt byBacillussubtilisB579[J].World Journal of Microbiology and Biotechnology,2010,26:675～684.

[38]Kavitha R,Umesha S.Regulation of defense-related enzymes associated with bacterial spot resistance in tomato[J].Phytoparasitica,2008,36:144～159.

[39]郭田，王劉慶，廖美德.PS04菌株對水稻紋枯病的防效及對水稻2種防御性酶活性的誘導[J].西北農林科技大學學報(自然科學版)，2013，(6):98～102.

[40]劉永鋒，李美榮，陳志誼，等.YD4-6和NV11-4菌株抑菌活性及誘導水稻防御性相關酶活性變化[J].微生物學通報，2010，(12):1753～1759.

[41]杜亞楠，魏賽金，涂國全，等.新農抗702對水稻抗紋枯病誘導抗性的初步研究[J].江西農業大學學報，2012，(2):270～275.

[42]王奎萍，陳云，劉紅霞，等.水稻紋枯病的生物防治[J].江蘇農業科學，2013，(5):110～112.

[編輯] 余文斌

2017-05-10

農業部農業微生物資源收集與保藏重點實驗室開放基金項目(2015KF03)。

李雪婷(1993- )，女，碩士生，研究方向為植物病害生物防治。通信作者:孫正祥，sunzhengxiang9904@126.com；周燚，zhouyi@yangtzeu.edu.cn。

S435.111.4+2

A

1673-1409(2017)14-0015-04

[引著格式]李雪婷，徐夢亞，鄭少兵，等.水稻紋枯病研究進展[J].長江大學學報(自科版) ，2017，14(14)：15～18,77.