植物內(nèi)生放線菌生物防治農(nóng)業(yè)病害的研究進(jìn)展

夏蕾+鄒曉威+王娜+姜兆遠(yuǎn)+李莉+鄭巖

摘要：指出了近些年來，植物內(nèi)生放線菌因其能產(chǎn)生多種多樣的活性物質(zhì)而受到廣泛關(guān)注。針對植物內(nèi)生放線菌的種類、代謝物質(zhì)多樣性，及在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與病害防治上的應(yīng)用綜合論述了國內(nèi)外的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：內(nèi)生放線菌；代謝產(chǎn)物；生物防治；農(nóng)業(yè)病害

中圖分類號：S7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）23-0116-03

1 引言

植物內(nèi)生放線菌是內(nèi)生菌群落中的重要組成部分，該類物種不僅宿主分布廣泛，且生物多樣性豐富，可通過自身及產(chǎn)生代謝產(chǎn)物作用于植物，促進(jìn)宿主植物生長發(fā)育，提高植物對環(huán)境壓力的耐受能力，協(xié)助宿主植物抵御或殺死病蟲害的威脅，具有極大的生防意義^[1，2]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥等領(lǐng)域都顯示出廣泛的應(yīng)用前景。

2 植物內(nèi)生放線菌的主要種類

從 Cohn（1872） 發(fā)現(xiàn)放線菌至今，己經(jīng)報道了170多個屬。其中弗蘭克氏菌屬（Frankia）是最早被發(fā)現(xiàn)的內(nèi)生放線菌，能形成根瘤并具有固氮能力，人工接種不僅能提高植物的存活率，而且可以增加植物生長速度。紅球菌屬（Rhodococcus）是近些年研究較詳細(xì)的內(nèi)生放線菌，其中R.erythropolis 具有固氮能力。應(yīng)用于植物病害生物防治中的主要是鏈霉菌屬（Streptomyces），鏈霉菌宿主植物廣泛，是目前研究最多的植物內(nèi)生放線菌。鏈霉菌因其產(chǎn)孢量大、孢子存活時間長、易于制成活細(xì)胞制劑如孢子粉劑、種衣劑、菌絲體培養(yǎng)物等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)病害防治中。如利用灰綠鏈霉菌（S.griscoviridis）的孢子和菌絲制成的制劑Mycostop，通過對種子等的處理，可在植物根部定殖、生長、繁殖，進(jìn)而阻止病原微生物的入侵，促進(jìn)寄主植物生長。黎巴嫩鏈霉菌（S.libani）可產(chǎn)生抗生素As1A，對番茄灰霉病（Botrytis cinerea）、黃瓜葉霉病（Fulvia fulva）有很好的控制效果。除了鏈霉菌以外，還包括鏈孢囊菌屬（Streptosporangium）、小雙孢菌屬（Microbispora）、諾卡式菌屬（Nocardia）、小單孢菌屬（Micromonospora）等也在植物病害的生物防治方面發(fā)揮了積極作用，近年來受到科研工作者的關(guān)注。其中備受關(guān)注的是由棘孢小單孢菌（Micromonospora echinospora）和絳紅小單孢菌（Micromonospora purpurea）發(fā)酵產(chǎn)生的慶大霉素（Gentamicin），它是一種氨基糖苷類的廣譜抗生素，具有使用量小、毒性低、穩(wěn)定性強(qiáng)、水溶性好等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于臨床治療。而諾卡菌屬產(chǎn)生的抗生素多數(shù)具有抗細(xì)菌活性，少數(shù)具有抗真菌、抗腫瘤活性。

3 內(nèi)生放線菌在植物病害防治中的應(yīng)用

內(nèi)生放線菌廣泛分布于植物的根、莖、葉、果實及種子中。近些年的研究成果可看出，從植物體內(nèi)分離的放線菌具有潛在的應(yīng)用價值。

澳大利亞 Coombs^[3]（2003）研究小組從小麥根部分離出60多株放線菌，篩選得到防治小麥全蝕病（Gaeu-mannomyces graminis var.tritici）的菌株，經(jīng)溫室試驗使小麥全蝕病的危害降低70%。梁亞萍等人^[4]（2007）從野生植物中分離得到29株內(nèi)生放線菌，其中SG2和SF4菌株對溫室番茄早疫病（Alternaria solani）和黃瓜白粉病（Sphaerotheca cucurbitae）的防治效果分別達(dá)到89.72%和89.61%。涂璇等人^[5]（2008）分離自黃瓜的內(nèi)生放線菌淡紫灰鏈霉菌（S.fradiae）對番茄早疫病（Alternaria solani）、灰霉病、玉米彎孢病（Curvularia lunata）、辣椒疫霉病（Phytophthora capsici）等抑菌效果明顯。陳紅兵等人^[6]（2011）從辣椒體內(nèi)分離出一株放線菌菌株Lj20，經(jīng)溫室對抗試驗，對黃瓜灰霉病（Botrytis cinerea）有較強(qiáng)的抑制作用。王靖^[7]（2011）從白菜、油菜及銀杏樹的根際土壤及根、莖、葉等材料中分離拮抗放線菌，來自白菜根際土壤的A316及紅豆樹根部的A10經(jīng)盆栽和大田試驗，對白菜和油菜根腫病菌（Plasuwdiophora brassicae）有很好的抑制作用。李慶蒙等人^[8]（2013）從江西廬山珙桐樹中分離篩選出拮抗放線菌奈良鏈霉菌（S.naraensis），對稻瘟病菌（Pyricularia oryzae）、煙草黑脛病菌（Phytophthora parasitica var.nicotianae）等植物病原真菌的相對抑制率高達(dá)90%以上。沈玥^[9]（2014）從健康玉米植株中分離出拮抗放線菌菌株NEAU-M89，對玉米大斑病（Exserohilum turcicum）、玉米小斑病（Helminthosporium maydis）抑制效果最好。張志斌等人^[10]（2015）從東鄉(xiāng)野生稻內(nèi)分離放線菌共11株，其中8株具有抗菌活性，并從高抑菌活性菌株S123中分離到化合物Nigericin，對枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）及水稻紋枯病菌（Thanatephorus cucumeris）均有抑制活性。王相晶^[11]（2015）對7種植物的根部及根部土壤進(jìn)行放線菌分離，其中內(nèi)生菌菌株 gq1和gq12 對大豆疫霉病菌（Phytophthora sojae）有很好的抑制活性。大量的研究表明，放線菌中存在很多有價值的菌種資源，可以為殺菌劑的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

4 植物內(nèi)生放線菌活性代謝產(chǎn)物的種類

1941年，美國放線菌專家Waksman從放線菌培養(yǎng)液中找到紫放線菌素，開啟了對放線菌代謝產(chǎn)物的研究。放線菌產(chǎn)生的活性代謝產(chǎn)物包括抗生素類物質(zhì)、各種酶類物質(zhì)、酶抑制劑及免疫調(diào)節(jié)劑等。酶是放線菌產(chǎn)生的，僅次于抗生素的最重要產(chǎn)物。酶類物質(zhì)包括水解酶、氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、裂解酶、合成酶等，其中由生氫鏈霉菌和紫色鏈霉菌等產(chǎn)生的膽甾醇氧化酶和膽堿氧化酶、由壯觀鏈霉菌產(chǎn)生的酰基轉(zhuǎn)移酶、由灰色鏈霉菌等產(chǎn)生的磷脂酶和由堆孢鏈霉菌產(chǎn)生的多聚半乳糖醛酸外裂酶等在食品加工、去污劑生產(chǎn)、紡織和制藥工業(yè)、生物有機(jī)化學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域都有較大的應(yīng)用價值。1969年，Umezawa^[12]首次報道了由一株鏈霉菌產(chǎn)生的低分子量酶抑制劑，但是，研究表明，微生物來源的大部分酶抑制劑沒有明顯的抗微生物活性。微生物還能產(chǎn)生各種各樣的小分子的免疫調(diào)節(jié)劑，他們多數(shù)存在于放線菌的培養(yǎng)液中，與酶抑制劑結(jié)合，增強(qiáng)植物的免疫反應(yīng)。從抗生素和酶的產(chǎn)生可以看出放線菌的確是化學(xué)結(jié)構(gòu)不同和藥理各異的有機(jī)物的寶庫。endprint

5 內(nèi)生菌次級代謝產(chǎn)物的應(yīng)用

20世紀(jì)40年代初，瓦克斯曼用鏈霉菌系統(tǒng)篩選新抗生素，至今發(fā)現(xiàn)的天然抗生素中，約有2/3是由放線菌產(chǎn)生，其中許多具有重要的應(yīng)用價值。

2000年，從杜鵑花中分離出的鏈霉菌所產(chǎn)生的抗真菌物質(zhì)fistupyrone對甘藍(lán)黑斑交鏈孢霉菌（Alternaria brassicae）有抑制作用^[13]。Igarashi等人^[14]（2002）從韭菜中分離得到的鏈霉菌，其發(fā)酵后可產(chǎn)生生物堿類活性化合物6-Prenylindole，能有效控制尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum）的生長。Pullen等人^[15]（2002）從衛(wèi)茅科植物中分離出西唐鏈霉菌（S.setonii）和桑氏鏈霉菌（S.sampsonii），其產(chǎn)生的抗生素氯吡咯對耐藥細(xì)菌抗性明顯。Strobe等人^[16]（2003）從來自蕨類植物的內(nèi)生放線菌中得到一種新型抗生素kakadumycins，它對炭疽芽孢桿菌（Bacillus anthraci）有很強(qiáng)的抑殺活性。David等人^[17]（2004）從Monstera sp.的莖中分離出鏈霉菌菌株MSU-2110能夠產(chǎn)生多種多肽類抗生素。Yang等人^[18]（2004）從內(nèi)生菌小單孢菌中發(fā)現(xiàn)了一種蒽環(huán)類抗生素，它具有較好抗細(xì)菌活性。Taechowisan等人^[19]（2006）從高良姜的根部分離得到一株放線菌，其發(fā)酵液可產(chǎn)生化合物 Actinomycin D，它能有效抑制香蕉炭疽病（Colletotrichum musae）和白色念珠菌（Candida albicans）。Taechowisan等人^[20]（2007）從生姜中分離出內(nèi)生鏈霉菌（S.aureofaciens），其發(fā)酵產(chǎn)物中分離得到新的天然活性物質(zhì)5，7-dimethoxy-4-p-methoxylphenylcoumarin和5，7-dimethoxy-4-phenylcoumarin，具有抗真菌和抗腫瘤活性。Shirokikh等人^[21]（2010）從冬小麥中分離得到的內(nèi)生鏈霉菌可產(chǎn)生indolyl-3-acetic酸性化合物，能促進(jìn)冬季小麥的生長發(fā)育。

我國從20世紀(jì) 50 年代開始研究農(nóng)用抗生素，目前，我國登記注冊的抗生素品種有幾十種，此外還有大量殺菌劑如：井岡霉素、多抗霉素、中生菌素、瀏陽霉素和阿維菌素等應(yīng)用于農(nóng)田病害防治。這些農(nóng)用抗生素的應(yīng)用在我國取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

近些年，我國對生物農(nóng)藥的研究和開發(fā)不斷取得新進(jìn)展。上海農(nóng)藥研究所陶黎明等人^[22]（2002）研發(fā)的具有大環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的長川霉素，對黃瓜灰霉病（Botrytis cinerea）、玉米小斑病（Helminthosporium maydis）、白粉病（Erysiphe graminis）等多種真菌病害有較好的防治效果，經(jīng)大田試驗，防治效果優(yōu)于當(dāng)前的常規(guī)藥劑速克靈和多菌靈。韓巨才等人^[23～25]在2005至2011年期間從辣椒根莖結(jié)合部位分離出內(nèi)生婁徹氏鏈霉菌（S.rochei），其發(fā)酵液中活性物質(zhì)對黃瓜灰霉病菌、番茄灰霉病菌和番茄早疫病菌都有很好的抑制作用。由吸水鏈霉菌井岡變種（S.hygroscopicus var.jinggangensis）產(chǎn)生的井岡霉素，對水稻紋枯病病菌防效高、持續(xù)時間長，使病菌失去擴(kuò)展的能力，進(jìn)而控制病害。農(nóng)用鏈霉素可以有效的防治黃瓜角斑病（Pseudomonas syringae pv.lachrymans）、番茄潰瘍病（Clavibacter michiganense subsp.michiganense）等多種植物性細(xì)菌病害。在我國大面積推廣使用的5406抗生菌細(xì)黃鏈霉菌（S.microflavus）能夠分泌多種抗生素，抑制病原菌生長，并且還可以分泌激素促進(jìn)植物生長。

6 結(jié)語

農(nóng)作物病蟲害是我國的主要農(nóng)業(yè)災(zāi)害之一，它具有種類多、影響大、時常暴發(fā)成災(zāi)的特點，其發(fā)生范圍和嚴(yán)重程度對我國國民經(jīng)濟(jì)、特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常造成重大損失。

放線菌作為一種具有豐富資源的微生物類群，在農(nóng)業(yè)病害生物防治中有廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景，其產(chǎn)生的活性物質(zhì)為我國農(nóng)業(yè)的豐產(chǎn)、豐收提供了保障。與土壤內(nèi)生放線菌相比，植物內(nèi)生放線菌作為生防制劑具有定殖能力強(qiáng)，與宿主植物易融合的優(yōu)勢。 從目前的研究結(jié)果來看，對植物內(nèi)生放線菌的研究將有利于尋找新的放線菌菌種，發(fā)現(xiàn)新的代謝物與新特征的酶，從其中的一些次生代謝產(chǎn)物中可能發(fā)現(xiàn)具有新的分子結(jié)構(gòu)或?qū)τ泻ι镉行伦饔冒袠?biāo)的化合物，從而開發(fā)出新的生物源農(nóng)藥產(chǎn)品，這些將對未來的農(nóng)業(yè)病蟲害防治具有重要意義。

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