木霉菌生物防治作用機制與應用研究進展

阮盈盈，劉峰

(1.寧波大學 海洋學院，浙江 寧波 315502；2.寧波城市職業技術學院 景觀生態學院，浙江 寧波 315502)

在傳統的農作物栽培過程中，化肥農藥的不合理施用，以及長期單一農作物大面積種植導致農田生態環境破壞、植物病蟲害問題日益頻繁，同時還造成農作物農藥殘留，以及土壤、水體環境污染等問題[1]。隨著農業綠色發展新思想的提出，人們更加迫切地尋求安全有效、環境友好型植物病害防治措施[2]。生物防治主要是通過有益生物及其產物對植物中有害生物進行牽制，從而達到防治植物病蟲害的目的，能夠有效減少化肥農藥的施用[3]。木霉菌作為一類廣泛用于植物病蟲害防治的生物真菌，主要存在于土壤、空氣和植物表面等生態環境，可以有效防治多種植物病蟲害。本文圍繞木霉菌生物學特性、生防機制和木霉菌在生物防治中的應用等多個方面，系統全面地闡述了木霉菌在植物病蟲害防治的研究進展，并且對木霉菌在生物防治中存在的問題與前景進行了初步探討，為今后木霉菌在生物防治中的研究與應用提供參考。

1 木霉菌概述

木霉菌(Trichoderma)屬于真菌門、知菌亞門、絲孢綱、絲孢目、叢梗孢科，其有性階段為子囊菌亞門、肉座目、肉座科的肉座菌屬[4]，木霉屬是Persoon于1794年建立的。根據 Gams等[5]的分類系統，該屬分為肉座(Hypocreanum)、長枝組(Longibrachiatum)、木霉組(Trichoderma)和粗梗組(Pachybasium)4個組，包括哈茨木霉(Trichodermaharzianum)、綠色木霉(Trichodermaviride)、深綠木霉(Trichodermaatroviride)、黃綠木霉(Trichodermaaureoviride)等104個種。據報道，目前已發現了250多種木霉菌種[6]。隨著分子生物學研究技術的日益發展，木霉菌鑒定從原來的主要依賴顯微鏡觀察形態轉變為通過分子水平上的系統演化分析，并建立了基于rpb2、ITS和tef1序列的DNA條形碼快速鑒定系統，可以準確、快速地鑒定木霉菌[7]。除此之外，還建立了可以比對木霉屬序列相似性的TrichoBLAST數據庫(http://www.isth.info/tools/blast/index.php)，用戶對ITS序列擴增測序后，只要在網站上輸入該序列，就能快速獲得關于木霉種的鑒定結果。

大量研究表明，多數木霉菌可產生生物活性物質，并對植物病原真菌、植物病原線蟲等具有拮抗作用。生物活性物質包括次級代謝產物和細胞壁降解酶類等物質，可以有效提高農作物的抗逆性，減少植物病害并促進植物生長。經研究該種群中的綠色木霉、哈茨木霉等對葡萄孢屬(Botrytis)、鐮刀菌屬(Fusarium)和絲核菌屬(Rhizoctonia)等18個屬[8]的29種植物病原真菌均有不同程度的抑制作用。

木霉菌是一種廣泛分布在全球的生防真菌。木霉菌主要存在森林、草地、農田、坡溝等較為潮濕的環境中。木霉菌普遍存在于土壤中，是土壤重要的微生物群落。稻草、腐木、其他真菌的子實體等也是其常見的生長基質，除此之外，不銹鋼、柴油、瀝青等基質中也曾發現過木霉菌的蹤跡[9]。可見木霉菌的生命力之強，它能夠在各種有機、無機的營養源中生長繁殖。此外，木霉菌還是一些其他大型真菌的伴生菌[10]；然而在食用菌栽培中，木霉菌則是第一大病原菌，可以侵染茶樹菇、銀耳、靈芝、平菇等多種食用菌[11]。

木霉菌在培養基中菌落最初為致密叢束狀或棉絮狀，白色或白灰色。待分生孢子成熟后，菌落從中央至邊緣，逐漸變為綠色或黃綠色的菌落，極少數為白色，分生孢子梗通過菌絲的側枝生長。木霉菌具有極強的環境適應性，適宜在溫暖濕潤的環境下生長繁殖。最適合木霉菌生長的溫度一般在20～28 ℃，不過在6～32 ℃木霉菌依然可以生長；木霉菌生長適宜高濕度環境，90%以上的空氣相對濕度有利于木霉菌生長與產孢；盡管光照對木霉菌絲生長影響不大，但光照條件下還是利于木霉菌產生分生孢子；木霉菌能夠在pH 1.5～9.0生長，其中生長最適pH 為5.0～5.5；馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基(PDA)是木霉菌生長最常用的培養基。木霉菌可以通過利用碳源、氮源，以及銅、鎂、鐵等無機鹽離子促進生長和產孢[12]。

2 木霉菌生防機制

根據已有的研究結果，木霉菌對植物病原菌具有多種生防機制。目前被廣泛認同的有以下幾種，包括競爭作用、重寄生作用、抗生作用、誘導抗性作用、促生作用和協同拮抗作用[13]。

2.1 木霉菌的競爭作用

木霉菌對營養和空間具有很強的競爭能力，能夠有效抑制植物病原菌生長。木霉菌對環境有著很強的適應性，通過自身的快速生長、繁殖來奪取植物根際附近的養分和空間，消耗空氣中的氧氣，從而削弱植物病原菌的生長[14]。木霉菌的生長速度遠遠大于植物病原菌的生長速度，因此，能夠有效抑制植物病原菌生長。康萍芝等[15]在哈茨木霉競爭作用測定中發現，霉菌的生長速度比葡萄灰霉病菌平均快2.0～4.2倍。此外，部分木霉菌對除草劑、殺蟲劑、殺菌劑等多種化合物有天然抗性，并且能夠抑制部分化學農藥和其他生物有毒代謝產物[16]，這利于木霉菌在農業土壤環境中的應用。

2.2 木霉菌的重寄生作用

重寄生作用是木霉菌生物防治中重要機制之一。Elady等[17]研究發現，木霉菌與寄主真菌間的專化關系主要由寄主細胞表面外源凝集素決定；韓勇軍[18]觀察到木霉菌絲在禾谷鐮孢菌上通過緊貼、纏繞、穿插等方式寄生，使禾谷鐮孢菌菌絲變形，最終消亡；康彥平等[19]在光學顯微鏡下觀察到木霉菌株TM能夠侵入核盤菌菌絲內部，依附、纏繞在病原菌菌絲上，最終使核盤菌菌絲體斷裂，直至解體。

2.3 木霉菌的抗生作用

抗生作用主要是指木霉菌通過分泌拮抗性物質來抑制植物病原菌的生長。木霉菌可產生上百種抗菌次生代謝產物，包括木霉素、膠霉素、綠木霉素、抗菌肽等[20]。這些次生代謝產物能夠起到抗菌、促進植物生長的作用，可為農用抗生素的開發提供豐富的材料。陳凱等[21]研究發現，綠色木霉LTR-2的代謝產物對尖孢鐮刀菌萎蔫專化型具有明顯的抑制作用，抑制率可達54.81%；陳志敏等[22]研究發現，綠色木霉菌TG050 609分泌的具有揮發性的次生代謝物質可以使煙草疫霉的菌絲不規則生長、破碎甚至溶解，證明了木霉菌對煙草疫霉具有抗生作用。此外，多數木霉菌株能產生具有抑菌活性物質——抗菌肽(peptaibols)，它能抑制多種植物病原菌，還可與細胞壁降解酶協同作用于病原真菌，有效抑制其生長。有研究表明，部分木霉菌能夠產生揮發性代謝物質，不同程度抑制了病菌菌落生長，有的抑菌率可以達到80%以上[23]。

2.4 木霉菌的誘導抗性作用

木霉菌誘導植物產生抗病性主要體現為2方面：一是通過調節激發子或效應因子達到調節植物抗病反應的作用；二是通過木霉菌產生的細胞壁降解酶，讓細胞壁釋放具有誘導植物抗性作用的寡糖類物質[24]。目前，木霉菌已有10余種誘導植物產生抗性的激發子，包括Sm1、QID74疏水蛋白、幾丁質降解酶、MRSP1、木聚糖酶、纖維素酶、內切多聚半乳糖醛酸酶、蔗糖酶、抗菌肽等[25]，這些物質主要是來自5個木霉菌種：棘孢木霉、綠木霉、綠色木霉、深綠木霉和哈茨木霉[26]。張婷[27]研究發現，用木霉菌包衣處理后的玉米種子的POD、PAL活性顯著增加，并且植株對玉米彎孢菌葉斑病具有抗性。

2.5 木霉菌的協同拮抗作用

木霉菌的拮抗作用常被認為是2種以上的機制同時或順序作用的結果。基于多機制性，木霉菌具有協同增效能力。牛芳勝[28]研究發現，哈茨木霉菌與殺菌劑協同使用能夠有效抑制番茄灰霉病，且抑制率大于兩者單獨使用；張婧迪等[29]研究發現，深綠木霉菌CCTCC-SWB0 199發酵代謝物與蕓苔素內酯根據一定比例復配，在防治番茄灰霉病的效果上高于二者單獨施用；谷祖敏等[30]研究發現，木霉菌對植物病原菌的生物防治作用往往是多種機制共同作用的結果，不同菌株的生防機制側重不同。

2.6 木霉菌的促生作用

木霉菌對植物有促生作用，能夠產生促進植物生長的物質、提高土壤中營養物質的溶解性、改善植物根際微生態，從而促進植物吸收與生長。趙玳琳等[31]研究發現，通過盆栽促生試驗，生防木霉菌GYXM-1p1菌株對甘藍具有較強的促生作用；經該菌株處理后，甘藍植株的根長、株高、根鮮重與干重、植株總鮮重與總干重較清水對照相比，均有顯著提高(P<0.05)，植株總鮮重和總干重分別較清水對照增加417.60%和762.69%。陳業雯[32]研究發現，氮肥配施木霉菌對甜瓜品質建成有促進作用，配施木霉菌后，甜瓜果實可溶性糖增加顯著，提高了甜瓜的品質。

3 木霉菌在植物病害生物防治中的應用

早在1932年，Weindling[33]首次觀察到木素木霉(Trichodermalignorum)的菌絲纏繞著立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani)的菌絲，使立枯絲核菌菌絲原生質凝結，細胞液泡消失，最終導致立枯絲核菌解體，證明木霉產生了胞外干擾物質，有效抑制了立枯絲核菌的生長。接著便出現了大量利用木霉菌防治植物病害的研究成果。根據現有資料顯示，木霉菌至少對18個屬 29 種植物病原真菌具有拮抗作用[34]。木霉菌對多種植物病原真菌均有防治效果，如立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani)[32]、尖孢鐮刀菌(Fusariumoxysporum)[35]、核盤菌(Sclerotiniasclerotiorum)[36]、葡萄孢屬真菌(Botrytis spp.)[37]等。此外，木霉菌對植物病原線蟲與植物病原細菌都具有防治作用。目前，木霉菌已普遍用于棉花黃萎病、作物灰霉病、番茄灰霉病、瓜類枯萎病、馬鈴薯干腐病、煙草根腐病等植物病害的生物防治[38]。在園林植物中，木霉菌對櫻花白粉病、楊樹爛皮病、楊樹葉枯病等多種病菌有明顯的抑制作用[39]。此外，在藥用植物方面，木霉菌對川穹、人參等的病害也具有良好的防治效果[40]。

目前，木霉菌在植物病害生物防治領域發揮了巨大的應用價值與潛力，世界各地都有利用木霉菌防治植物病害的研究報道。景芳等[41]研究發現，長枝木霉T6生防菌劑對辣椒立枯病有良好的防治作用，能夠有效控制辣椒病害的蔓延，防效高達54.8%，比化學農藥多菌靈的防效提高了12.5%；姚彥坡[42]研究表明，哈茨木霉菌對辣椒和馬鈴薯疫病具有良好的防治效果，不僅可以抑制土壤中疫病的生長,減少病原菌的種群數量，還能有效降低植物死苗率和病情指數；楊榕等[43]研究發現，接種木霉菌MF-2的黃瓜幼苗植株地上部生物量提高了39.07%，促生作用顯著，并提高了土壤有益微生物的數量；孟慶果等[44]使用50倍棘孢木霉菌制劑液來防治蘋果腐爛病，防治效果達到88.24%，明顯高于噻霉酮對蘋果的防治效果；葉乃瑋等[45]研究發現，不同木霉菌株對香蕉枯萎病菌具有不同程度拮抗作用，組合木霉菌可濕性粉劑處理顯著提高了香蕉產量；李琳[46]研究表明，棘孢木霉菌對不同病原菌具有不同的作用效果，其中對玉米大斑病病菌的抑制效果較佳，高達77.91%，其次是腐霉菌和鐮刀菌，抑制效果最差的是玉米紋枯病病菌。將木霉菌用于植物病蟲害的防治，既能抑制病原菌的生長，有利于植物生長，又能減少化學農藥的使用，有利于保護生態環境。

4 木霉菌商業化制劑及開發應用

迄今為止，以木霉菌為基礎的制劑已呈現全球商業化趨勢。據統計，木霉生防制劑在防治植物病害的真菌生防制劑中占60%以上[47]，并廣泛應用于種子處理、土壤處理、葉片噴施等方面[48]。據調查顯示，含木霉菌的生物防治產品近年來在全球呈指數增長，目前全球已有超過250多種木霉菌商業化制劑登記上市。木霉菌劑主要分布的區域包括亞洲、非洲、歐洲、美洲、大洋洲[49]。印度作為木霉菌劑分布最多的國家，占有90%的亞洲市場份額。目前，木霉生物菌劑在我國應用日益廣泛，主要為木霉菌D9、綠色木霉LTR-2、哈茨木霉SH2303、哈茨木霉SQR-T-037等用于土壤改良與植物病害防治。

隨著生防技術日益成熟，木霉菌商品化制劑種類也趨于多樣。主要可分為四類：(1)可濕性粉劑，由分生孢子粉、粉狀載體與濕潤劑混合而成。(2)顆粒劑，由分生孢子與載體混合攪拌而成。(3)混配劑，由孢子粉與化學殺菌劑在適宜載體上按比例混合而成。(4)懸乳劑，由分生孢子懸浮在植物油、礦物油、乳化劑等組成的乳液中配制而成。目前市場上的木霉菌生物制劑中，哈茨木霉(T.harzianum)最多，其次是綠色木霉(T.viride)和康寧木霉(T.koningii)。在植物病害防治上應用較廣泛的木霉菌劑主要包括哈茨木霉T-39的商品化制劑Trichodex?(Makhteshim Chemical Works Ltd，以色列)、哈茨木霉T-22的商品制劑RootShield?(Bioworks，美國)、哈茨木霉和多孢木霉(T.polysporum)混合菌劑Binab TF(Binab Bio Innovation AB，瑞典)、深綠木霉T.atroviride菌劑Sentinel?(Novozymes，丹麥)，以及哈茨木霉菌劑Supresivit(Borregaard Bioplant，丹麥)等。這些木霉菌劑在植物病害防治中取得了良好的防治效果和增產作用。

5 生物防治的前景與展望

我國作為傳統的農業大國，農業在國民經濟中占有重要作用。隨著農耕模式的變革及全球溫室化的影響，植物病害日益嚴重。目前植物病害防治以化學防治為主，通過噴灑殺蟲劑、殺菌劑等方式進行防治。盡管化學防治效果良好，有助于農業增產，但是人們不科學使用化學農藥造成人類生存的環境嚴重污染，并且引起病原物抗藥性增強。大量的實驗證明，木霉菌具有良好的生物防治作用，能夠減少化學農藥的使用。市面上的木霉菌生物防治劑依舊不多，需尋求更多、更有效適合生產的菌株加入生物防治的隊伍中。盡管木霉菌在農業應用中有著巨大的發展前景，但在木霉菌的開發利用過程中依舊存在一些問題。由于木霉菌的孢子制劑一般為活菌制劑，在田間應用時經常受到濕度、溫度、土壤酸堿、土壤中微生物群落等各種自然因素影響，因此，田間試驗性狀表現不穩定，生物防治效果會減弱。此外，生物防治制劑的貨架期較短，有些菌劑需在低溫保存條件下才能保證其施用時的活菌濃度。

木霉在植物病害生物防治的應用中依舊有很多問題有待解決。首先是發掘生產高效菌株，可以通過基因工程技術篩選出耐化學農藥、耐低溫的生防工程菌株；同時要研制開發適合于多種施用方法的高效木霉菌劑，增強防治效果，并且要提高木霉菌劑加工技術，延長生物防治菌劑的貨架期。其次，還需探究木霉菌與其他微生物的聯合作用。另外，我國許多農民對過量使用化肥農藥的危害了解甚少，對生物防治菌劑的認可度普遍不高，因此，提高農民環保意識，有利于促進生物防治應用的示范推廣。