球毛殼菌對植物病原真菌和根結線蟲的生物防治潛力

廖宏娟，張志斌，江玉梅*，朱 篤,2

1江西師范大學生命科學學院 江西省亞熱帶植物資源保護與利用重點實驗室，南昌 330022；2江西科技師范大學生命科學學院 江西省生物加工過程重點實驗室，南昌 330013

現代農業生產帶來的主要問題是農藥和化肥濫用，引發了諸如耕地退化、農作物病蟲害加重、生態條件惡化、農產品質量下降等嚴重后果，人類所食的食品中也不可避免地殘留化學農藥，危害人類健康。因此，全球正在不斷減少在農產品上使用化學農藥，公眾和科學界強烈希望尋求更安全和生態友好的替代品來防治農業中的植物病害。近年來，生物防治策略在控制植物病害方面受到廣泛關注。生物防治是控制植物病害的有效替代方法，不僅可以解決農藥帶來的“3R”問題，還能滿足人們對食品安全的需要[1]。

微生物防治是生物防治的一種，指利用微生物或其代謝產物來影響或抑制有害生物的方法，主要通過生物間的拮抗、競爭、溶菌、寄生等作用來抑制病原菌的生長[2]，從而起到防治植物病害的作用，這被認為是最為安全、有應用前景和對生態友好的新方法。目前，可用于防治植物病害的微生物種類繁多，其中毛殼菌屬(Chaetomiumspp.)、木霉屬(Trichodermaspp.)、膠莢菌屬(Gliocladiumspp.)、曲霉屬(Aspergillusspp.)、芽孢桿菌屬(Bacillusspp.)和假單胞菌屬(Pseudomonasspp.)是對抗植物病原菌的主要拮抗微生物[3]。全球報道毛殼菌有300多個種，屬于嚴格腐生型真菌，是公認的生產碳水化合物活性酶和抗生素的重要家族，它可以有效降解纖維素和有機物,并對土壤中的其他微生物產生拮抗作用[4,5]。球毛殼菌是毛殼菌中研究最早的生防菌之一，它作為生防菌防治植物病害的研究最早可以追溯到1954年。當時，Tveit和Moore研究發現，巴西某些作物如燕麥和大麥等谷物的種子被球毛殼菌侵染以后，會對維克多利亞長蠕孢(Helminthosporiumvictoriae)產生拮抗作用，并可使大麥和燕麥幼苗免受鐮刀菌屬(Fusariumspp.)病原菌的侵染[6]。此后，隨著研究的不斷深入，我們發現球毛殼菌能有效提高植物的抗脅迫能力，對多種植物病害都具有非常良好的防治效果，其次級代謝產物種類繁多、結構新穎，具有抗真菌、殺線蟲和抗病毒等生物活性，對植物病原真菌和根結線蟲有可觀的生物防治前景。

1 球毛殼菌對植物病原菌的抑制作用

球毛殼菌是毛殼菌屬中研究得最多的生防菌，廣泛分布于空氣、土壤等多種自然環境中，也是常見的植物內生真菌，對植物病害起潛在的生防作用。由植物病原真菌引起的病害，約占植物病害的70%～80%，一種作物上可發現幾種甚至幾十種真菌病害，是造成農作物損失的主要原因之一。鐮刀菌屬(Fusariumspp.)、絲核菌屬(Rhizoctoniaspp.)、核盤菌屬(Sclerotiniaspp.)、鏈格孢屬(Altemariaspp.)和刺盤孢屬(Colletotrichumspp.)等是主要的植物病原真菌之一，可引起多種常見的植物病害，例如枯萎病、根腐病、立枯病和炭疽病。國內外許多研究表明，球毛殼菌與植物病原真菌對峙培養時，其菌絲會對植物病原真菌的生長產生抑制效果(見表1)。

表1 球毛殼菌抑制不同類型植物病原真菌

1.1 鐮刀菌屬

鐮刀菌屬是一類極具破壞性的大型絲狀真菌，該屬是最多樣化和廣泛分布的植物病原真菌之一[7]。它幾乎可以侵染所有的農作物，引起許多觀賞、糧食、藥用和森林作物的枯萎和壞死癥狀，并在其生長發育和代謝過程中產生毒素危害作物，是農業上最難防治的植物病原真菌之一[7,8]。球毛殼菌可抑制多種鐮刀菌，對鐮刀菌引起的枯萎病和根腐病有很好的防治效果。

球毛殼菌對尖孢鐮刀菌[1,5,9-14](F.oxysporum)、腐皮鐮刀菌[1,15,16](F.solani)、串珠鐮刀菌[10](F.moniliforme)、擬分枝孢鐮刀菌[17](F.sporotrichioides)、禾谷鐮刀菌[18,19](F.graminearum)和F.andiyazi[20]的生長有較好的抑制效果。尖孢鐮刀菌能引起辣椒的枯萎病，Mo等[1]從土壤中分離出的球毛殼菌LB010402對尖孢鐮刀菌的抑制率為60.47%；此外，Mao等[11]從辣椒(Capsicumannuum)根際土中篩選球毛殼菌LJ-S2L1，LJ-S2L1能使尖孢鐮刀菌菌絲隘縮或斷裂，對尖孢鐮刀菌抑制率為71.67%，兩項研究都表明球毛殼菌對辣椒枯萎病防治效果很好。國外也有類似的研究，Phong等[5]確認了尖孢鐮刀菌是茶葉枯萎病和根腐病的病原菌，并發現球毛殼菌CG05可抑制尖孢鐮刀菌的生長，抑制率為34.03%，對其分生孢子產生的抑制率為67.25%。腐皮鐮刀菌可引發辣椒和人參根腐病，Mo等[1]和Zhou等[15]研究表明,球毛殼菌LB010402和球毛殼菌FS-01對腐皮鐮刀菌的抑制率分別為50.38%和19.07%，對辣椒和人參的根腐病防治效果較好；此外，Awad等[16]從黃瓜(Cucumissativus)根際土壤中分離到的球毛殼菌對腐皮鐮刀菌也有抑制效果，抑制率為31.44%。擬分枝孢鐮刀菌是馬鈴薯干腐病病原菌，Jiang等[17]研究發現，球毛殼菌W7對擬分枝孢鐮刀菌抑制效果顯著，可用于防治馬鈴薯干腐病。球毛殼菌CDW7是一株銀杏(Ginkgobiloba)內生真菌，Zhao等[19]將該菌與禾谷鐮刀菌對峙培養，CDW7能抑制禾谷鐮刀菌的生長，抑制率為50.20%。Wu等[20]從藥用植物山蒼子(Litseacubeba)中分離出球毛殼菌SF22，該菌對F.andiyazi的抑制率為53.12%。鐮刀菌是常見的植物病原真菌，可引起植物枯萎病和根腐病等土傳病害，造成嚴重的經濟損失。綜上認為，球毛殼菌對多種鐮刀菌都有抑制效果，尤其是對尖孢鐮刀菌的抑制效果最為顯著。

1.2 絲核菌屬

絲核菌的寄主范圍非常廣泛，會引起植物苗期立枯病和猝倒病，也引起禾谷類作物的紋枯病[21]。立枯絲核菌(R.solani)是絲核菌屬主要的致病菌，危害禾本科、茄科、豆科和十字花科等43科260多種植物,造成水稻、玉米和馬鈴薯等作物產量嚴重減少及品質下降[22]。許多研究表明，球毛殼菌對立枯絲核菌有抑制效果[9,10,15,16,18,20,23]。Zhou等[15]從健康林下參(Panaxginseng)葉片中分離出球毛殼菌FS-01，FS-01能抑制立枯絲核菌的生長，抑制率為24.37%，對立枯絲核菌引發的人參立枯病有一定防治效果。Awad等[16]從黃瓜根際土壤中分離到球毛殼菌，該菌對立枯絲核菌抑制率為27.54%。Wu等[20]從藥用植物山蒼子中分離出球毛殼菌SF22，該菌株對立枯絲核菌的抑制率為56.6%。Liu等[23]從健康毛白楊(Populustomentosa)中分離出內生真菌球毛殼菌ND35，ND35對立枯絲核菌抑制率達88.72%，且ND35的菌絲會形成吸器、附著枝等結構對立枯絲核菌進行重寄生,在顯微鏡下可觀察到病菌的菌絲被纏繞、穿透、斷裂等現象。立枯絲核菌是典型的腐生性極強的土傳病原菌，主要引起植物的立枯病，球毛殼菌可作為該菌的生防菌。

1.3 核盤菌屬

核盤菌可引起植物的菌核病，危害植物莖、葉和果莢，植物菌核病的病部呈水漬狀病 斑，表面產生棉絮狀菌絲，嚴重時會導致全株枯死和腐爛。核盤菌(S.sclerotiorum)是核盤菌屬的代表種，且多數植物的菌核病由核盤菌引起[24]。Zhang等[12]從銀杏新鮮樹皮中分離到球毛殼菌No.05，No.05能抑制核盤菌的生長，抑制圈直徑為25.64 mm；Zhao等[19]通過對峙培養測得球毛殼菌CDW7對核盤菌的抑制率為78.9%。Kumar等[14]將球毛殼菌5157與多種病原真菌對峙培養，發現5157菌株對核盤菌的抑制率最高，抑制率為73.8%。Zhou等[15]從健康林下參葉片中分離出球毛殼菌FS-01，FS-01對人參菌核病菌(S.schinseng)的對峙抑制率為21.39%。菌核病是我國油料作物生產中主要病害之一，嚴重制約長江中下游地區油菜主產區的產業發展[25]。球毛殼菌能強烈抑制核盤菌，可用于防治核盤菌引起的菌核病。

1.4 鏈格孢屬

鏈格孢菌在土壤中非常豐富，被認為是世界上最具侵略性的土壤傳播病原菌之一[26]。大多數鏈格孢菌是腐生真菌，主要侵染葉片、果實和新梢，導致植株壞死、落葉、生長周期縮短以及果實腐爛，造成田間和產后巨大的經濟損失[27]。Zhou等[15]在健康林下參葉片中分離出球毛殼菌FS-01，FS-01對人參鏈格孢菌(A.panax)的抑制率為35.83%，對人參鏈格孢菌引起的人參黑斑病有防治作用。Lan等[18]從油菜(Brassicacampestris)幼苗中獲得球毛殼菌YY-11，YY-11對白菜黑斑病菌(A.brassicae)有抑制作用。Wu等[20]研究發現，山蒼子內生菌球毛殼菌SF22能有效抑制煙草赤星病菌(A.alternata)，抑制率為70.23%。

1.5 刺盤孢屬

刺盤孢屬又名毛盤孢屬，是禾本科、果樹、蔬菜等經濟作物的寄生菌，會引起嚴重的炭疽病[28]。據報道，在熱帶、亞熱帶和地中海地區的出口水果的質量受刺盤孢菌影響最為嚴重，在最壞的情況下，刺盤孢菌會導致超過80%的經濟損失[29]。Mo等[1]從土壤中分離出球毛殼菌LB010402，該菌可抑制辣椒刺盤孢菌(C.capsici)，抑制率為51.42%，能防治辣椒炭疽病。Zhang等[12]研究發現，從銀杏新鮮樹皮中分離到的球毛殼菌No.05對C.glocosporioides的生長有抑制，抑菌圈直徑為27.18 mm。Wu等[20]從藥用植物山蒼子中分離出球毛殼菌SF22，SF22菌株對C.gloeosporioides的抑制率為58.61%。

1.6 其他植物病原真菌

Mo等[1]從土壤中分離出的球毛殼菌LB010402對茶輪斑病菌(Pestalotiopsistheae)和獼猴桃軟腐病菌(Phomopsissp.)的抑制率分別為59.85%、61.66%。Zhang等[12]從銀杏新鮮樹皮中分離到球毛殼菌No.05，這株菌對人參銹腐病菌(Cylindrocarpondestructans)、Pelliculariasasakii、玉米大斑病菌(Setosphaeriaturcica)、甘薯長喙殼(Ceratocystisfimbriata)、匍枝根霉(Rhizopusstolonifera)和白腐盾殼霉(Coniothyriumdiplodiella)的生長有較強的抑制作用，抑菌圈直徑分別為20.70、22.07、28.21、27.90、22.21、27.90 mm。Kumar等[14]發現球毛殼菌5157對Macrophominaphaseolina和白絹病菌(Sclerotiumrolfsii)的抑制率在65%～70%之間。Awad等[16]從黃瓜根際土壤中分離到球毛殼菌，該菌對白絹病菌的抑制率為21.96%。灰霉病菌(Botrytiscinerea)會引起植物的灰霉病，球毛殼菌FS-01和CDW7對其抑制率分別為18.53%[15]和51.6%[19]，球毛殼菌YY-11[18]和LB-2[30]對灰霉病菌生長也有一定抑制。Liu等[23]從健康毛白楊中分離出球毛殼菌ND35，ND35對蘋果輪紋病菌(Macrophomakuwatsukai)、蘋果腐爛病菌(Cytosporasp.)、楊樹腐爛病菌(Cytosporachrysosperma)和楊樹水泡潰瘍病菌(Dothiorellagregaria)有顯著的抑制效果，抑制率依次為69.74%、78.46%、80.51%、70.26%。Zhang等[31]從健康棉花(Gossypiumhirsutum)植株上分離到的球毛殼菌CEF-082對引起棉花黃萎病的大麗輪枝菌(Verticilliumdahliae)的抑制率為83.9%。Yue等[32]和Darshan等[33]研究發現，球毛殼菌對引起小麥根腐病的Bipolarissorokiniana有很強的抑制效果，抑制率分別為66.7、71.4%。

2 球毛殼菌次級代謝產物對植物病原真菌的抗真菌活性

由植物病原真菌引起的植物病害是造成作物損失的主要原因之一，幾十年來，主要使用化學殺菌劑防治植物病害，但化學殺菌劑對生態和生物多樣性構成巨大的威脅，并對人類健康造成不良影響。天然產物具有廣泛的生物活性和環境友好屬性，是最有前途的綠色殺菌劑來源。1929年,從青霉屬(Penicilliumspp.)真菌中鑒定出抗菌藥物青霉素以來，化學家們一直致力于從微生物代謝產物中發現新的生物活性物質。球毛殼菌已被公認為次級代謝物的高產生產者，在醫療和農業應用中對人類有不可估量的用處[34]。自1976年Sekita等首次從球毛殼菌中分離到球毛殼菌素(chaetoglobosin)以來，世界各國的學者相繼對該菌的天然產物及生物活性進行研究，已發現300多個結構新穎的活性次生代謝產物[35,36]。目前的研究表明，球毛殼菌素類(chaetoglobosins)和嗜氮酮類(azaphilones)是球毛殼菌次級代謝產物的主要類型，也是抗植物病原真菌的主要活性物質[36-39](見表2)。

表2 球毛殼菌次級代謝產物抗植物病原真菌和根結線蟲

2.1 球毛殼菌素類

經幾十年的研究，球毛殼菌素類部分天然產物具很強的抗真菌活性，對許多被真菌感染而導致的植物病害有良好的防治效果，化學結構見圖1。球毛殼菌素類屬于細胞松弛素類(cytochalasans)，它具有的吲哚基取代了原來細胞松弛素中苯基的位置，迄今已有60余種這類化合物從球毛殼菌中分離到，是球毛殼菌次級代謝產物中很重要的化合物[36]。

圖1 球毛殼菌素類的化學結構

2009年，Qin等[40]從銀杏葉片中分離出球毛殼菌，并在其菌體粗提物中分離到chaetoglobosin A(1)和chaetoglobosin C(2)，化合物1和2在10 μg/disc的劑量下，對米黑毛霉(Mucormiehei)的抑菌圈直徑分別為25、15 mm。

2012年，Xue等[41]從球毛殼菌的乙酸乙酯粗提物中分離到chaetoglobosin Vb(3)、chaetoglobosin V(4)和chaetoglobosin G(5)。化合物3對灰霉病菌的最小抑菌濃度(MIC)為100 μg/mL；化合物4對灰霉病菌、Glomerellacingulata和番茄早疫病菌(Alternariasolani)的MIC值分別為100、100、25 μg/mL；化合物5對禾谷鐮刀菌、灰霉病菌、番茄早疫病菌及煙草赤星病菌的MIC值為分別為50、100、25、25 μg/mL。

2013年，Zhang等[12]在球毛殼菌No.05的發酵液中分離出chaetoglobosin A(1)和chaetoglobosin C(2)，兩種物質都對引發玉米葉枯病的玉米大斑病菌的生長有很強的抑制作用，其中化合物1對玉米大斑病菌的MIC值小于0.1 μg/mL，且在玉米葉片上噴灑100 μg/mL的化合物1對玉米葉枯病的防治效果為100%。同年，Zhang等[42]報道了從銀杏內生真菌球毛殼菌No.04的粗提物中分離出6種球毛殼菌素，分別為chaetoglobosins A(1)、C(2)、D(6)、E(7)、G(5)和R(8)，6種化合物在濃度為20 μg/dish時，對匍枝根霉和白腐盾殼霉均具有顯著的抑制活性，其中化合物1對這兩種植物病原菌的抑制效果最好，半最大效應濃度(EC50)分別為0.6663、0.1073 μg/mL。

2014年，Zhang等[43]從側柏(Platycladusorientalis)內生真菌球毛殼菌ZH-32的發酵液中分離到chaetoglobosin A(1)，該化合物對灰霉病菌和核盤菌的EC50分別為5.36、12.9 μg/mL。

2016年，Zhao等[19]從球毛殼菌CDW7中獲得7種產物，其中chaetoglobosins A(1)和D(6)對核盤菌表現出較強的抑制活性，半抑制濃度(IC50)分別為0.35、0.62 μg/mL，陽性對照多菌靈的IC50值為0.17 μg/mL，他們的研究表明CDW7是一種有應用前景的菌核病生防菌。同年，Li等[44]從球毛殼菌的代謝物中分離出chaetoglobosins A(1)、B(9)、E(8)、F(10)以及penochalasin G(11)，這5種化合物對草莖點霉(Phomaherbarum)MIC值分別為64、16、64、16、64 μg/mL，對黑附球菌(Epicoccumnigrum)抑制作用較強，MIC值分別為16、8、4、<1、<1 μg/mL。

2017年，Jiang等[45]用玉米秸稈固態發酵球毛殼菌W7，獲得的chaetoglobosin A(1)對立枯絲核菌具有較強的抑制作用，IC50值為3.88 μg/mL。同年，Jiang等[17]還報道了球毛殼菌W7產生的chaetoglobosin A(1)對引起馬鈴薯干腐病的擬分枝孢鐮刀菌有顯著的抑制作用，MIC值為9.45～10.50 μg/mL,IC50為4.344 μg/mL。

2021年，Xue等[46]發現球毛殼菌QY-1的發酵液能抑制指狀青霉(Penicilliumdigitatum)的生長，且QY-1產生的chaetoglobosin A(1)是抑制指狀青霉的主要物質，對指狀青霉的MIC值為6.25 μg/mL，僅為陽性對照bellkute MIC值的一半左右。

2.2 嗜氮酮類

嗜氮酮類化合物是結構新奇的真菌源聚酮類次級代謝產物，含有異色滿(isochromane)和異喹啉骨架[36]。目前，從毛殼菌屬真菌中分離出的嗜氮酮類化合物已超過80個[36,37]，大多數此類化合物都具有廣泛的生物活性和應用前景，具抗真菌活性的嗜氮酮類化合物的化學結構見圖2。

圖2 嗜氮酮類的化學結構

2005年，Park等[47]從稗草(Echinochloacrusgalli)中分離到球毛殼菌F0142，從該菌培養液中分離到兩種抗真菌物質，分別鑒定為chaetoviridin A(12)和chaetoviridin B(13)。化合物12對輪斑病菌(Alternariamali)、灰霉病菌、Colletotrichumgloeosporioides和尖孢鐮刀菌的MIC值都為33.3 μg/mL，對稻瘟病菌(Magnaporthegrisea)和極腐霉(Pythiumultimum)的MIC值都為1.23 μg/mL。在62.5 μg/mL濃度下，化合物12對稻瘟病和小麥葉銹病(Pucciniarecondita)的抑制率均在80%以上。化合物13對稻瘟病菌和極腐霉MIC值都為33.3 μg/mL。化合物12對植物病原真菌的體外和體內抗真菌活性均高于化合物13。

2013年，Awad等[16]從黃瓜根際土壤中分離到球毛殼菌，在其乙酸乙酯提取物中獲得chaetoviridin A(12)和chaetoviridin B(13)，兩種化合物對立枯絲核菌都有一定的抑制作用，抑菌圈直徑分別為15和14 mm。

2016年，Li等[44]從球毛殼菌的代謝產物中分離出chaetomugilin A(14)和chaetomugilin D(15)，對草莖點霉的MIC值都為128 μg/mL，對黑附球菌的抑制作用較強，MIC值分別為8和16 μg/mL。

2018年，Yue等[32]從球毛殼菌22-10的粗提物中分離得到chaetoviridin A(12)和chaetoviridin E(16)，這兩種化合物在100 μg/mL的濃度下，對小麥根腐病菌的抑制率分別為32.31和13.85%。同年，Yan等[48]從球毛殼菌CDW7中分離到chaetoviridin A(12)，化合物12在20 μg/mL濃度下對核盤菌、灰霉病菌、禾谷鐮刀菌和串珠鐮刀菌的抑制率分別為97.8、69.1、77.0和59.2%。化合物12對核盤菌的EC50值為1.97 μg/mL，其陽性對照多菌靈的EC50值為0.17 μg/mL。

2021年，Zhang等[49]從球毛殼菌CEF-082的代謝產物分離出chaetoviridin A(12)，化合物12對引起棉花黃萎病的大麗輪枝菌具有較高的抑制活性。該化合物可引起大麗輪枝菌菌絲變形和細胞壞死，增加細胞活性氧和一氧化二氮的產生，抑制大麗輪枝菌的微菌核萌發，增強棉花植株的防御反應，對棉花黃萎病有良好的防治效果。

2.3 其他類型化合物

2011年，Li等[50]在銀杏內生菌球毛殼菌NM0066的乙酸乙酯粗提物中分離出gliotoxin(17)(結構見圖3)，該物質對硫色鐮刀菌(Fusariumsulphureum)、煙草赤星病菌和高粱紫斑病菌(Cercosporasorghi)具有較好的抗真菌活性，EC50值分別為68.5、36.8、59.8 μg/mL。

圖3 化合物17～23的化學結構

2012年，Wang等[51]從藥用植物溫郁金(Curcumawenyujin)葉片中分離到球毛殼菌L18，從L18菌株的粗提物中分離出chaetoglobosin X(18)。化合物18對玉米大斑病菌、黃瓜枯萎病菌(Fusariumoxysporumf.sp.Cucumerinum)和新月彎孢菌(Curvularialunata)的MIC值都為3.125 μg/mL，對禾谷鐮刀菌和串珠鐮刀菌的MIC值都為6.25 μg/mL。

2013年，Kumar等[52]從南非醉茄(Withaniasomnifera)中分離到球毛殼菌EF18,從其乙酸乙酯提取物中分離到能抑制核盤菌的生物活性化合物抗生素Sch 210971(19)。同年，Xiao等[53]從銀杏內生真菌球毛殼菌CDW7的發酵液中分離到活性物質flavipin(20)，化合物20對5種常見植物病原真菌：核盤菌、禾谷鐮刀菌、立枯絲核菌和番茄早疫病菌有顯著的抑制，EC50值分別為3.68、0.73、2.62、12.35 μg/mL。

2016年，Li等[44]從球毛殼菌的代謝產物中也分離出flavipin(20)，化合物20對柔毛鐮刀菌(Fusariumflocciferum)、Plectosphaerellacucumerina和黑附球菌有一定的抑制作用，MIC值都為256 μg/mL。同年，Yin等[54]從球毛殼菌Y-11發酵液中分離出C16鞘氨醇和植物鞘氨醇，化學式分別為C16H35NO2和C18H39NO3。兩種鞘氨醇混合液對蕓薹根腫菌(Plasmodiophqrabrassicae)休眠孢子的萌發有明顯的抑制作用，其MIC值小于0.1 μg/mL。

2019年，Yan等[55]從海洋魚類內生真菌球毛殼菌1C51的次級代謝產物中分離出8種化合物，其中的chaetogline A(21)對核盤菌有抑制作用，EC50值為10.3 μg/mL。

3 球毛殼菌對植物病原真菌的生防機制

生物防治策略在全球蓬勃發展，了解生物防治過程中的作用機制對于確定生物防治的有效性至關重要。早期研究表明，球毛殼菌作為一種具有良好前景的生防真菌，其抗植物病原真菌的機制可能有7種：產生具有抗真菌活性的次級代謝產物、產生細胞壁降解酶、誘導植物自身產生系統抗性、促進植物生長發育、重寄生、競爭和協同拮抗。

3.1 產生具有抗真菌活性的次級代謝產物

現在，毛殼菌屬已經被公認為是結構多樣性天然產物的重要源泉[35]，球毛殼菌產生的代謝產物結構新穎，種類繁多，其中的球毛殼菌素類是被研究得最多的一類代謝產物，能抑制多種植物病原真菌，詳見表2。球毛殼菌素類屬于細胞松弛素類，細胞松弛素是由聚酮類和氨基酸聚合形成的一類具有異吲哚酮駢合大環骨架的化合物，是首先應用于細胞骨架研究的藥物[56]。細胞松弛素可與微絲的快速生長端形成高親電性結合，通過“封端”機制防止肌動蛋白單體(globular actin)的添加；由于阻止了肌動蛋白單體添加到微絲，就只發生解聚過程，從而導致微絲的合成受到抑制[56]。微絲對細胞貼附、運動和分裂等許多細胞功能具有重要作用，球毛殼菌素可通過抑制植物病原真菌的微絲的合成，以達到殺菌的目的。

3.2 產生細胞壁降解酶

細胞壁對于真菌的正常生活起著重要的作用，球毛殼菌產生的細胞壁水解酶主要為葡聚糖酶和幾丁質酶，它們作用于植物病原真菌的細胞壁，水解細胞壁的主要成分[9]。一些研究人員認為纖維素酶對生防效應有重要作用[57]，而葡聚糖酶屬于纖維素酶類，Umikalsom等[58]報道了生長快速的毛殼菌的培養濾液中的纖維素酶活性較高。在Soytong等[59]闡述的幾種球毛殼菌生物防治機制中，幾丁質酶作為單獨的一類重要因素在生防中發揮著重要作用。因此，球毛殼菌產生的葡聚糖酶和幾丁質酶對其生防效果有積極影響。

據報道，球毛殼菌Cg-6在體外表現出強烈的外切葡聚糖酶活性和內切葡聚糖酶活性，能有效抑制馬鈴薯晚疫病菌，防治馬鈴薯晚疫病[60]。在此之前，Inglis和Kawchuk認為由β-葡聚糖酶引起的細胞壁降解是球毛殼菌對Phytophthoraultimum這種病菌的作用方式之一[61]。Chen等[9]在球毛殼菌的葡聚糖酶活測定試驗中發現，在稻瘟病菌、立枯絲核菌和尖孢鐮刀菌細胞壁誘導下的葡聚糖酶活性最高，間接反映了球毛殼菌產生的葡聚糖酶對這3種病原真菌的細胞壁有很好的水解作用。Darshan等[33]通過分析球毛殼菌Cg2的轉錄組，推斷出幾丁質酶、葡聚糖酶和蛋白酶是球毛殼菌抑制小麥根腐病菌重要物質。此外，Jin等[62]用表達序列標簽(EST)途徑鑒定出幾丁質酶基因與球毛殼菌生物防治相關。值得注意的是，真菌細胞壁在結構和成分上都與植物細胞壁有明顯的差異，因此，針對于真菌細胞壁的降解酶對植物以及動物均不會產生毒害作用，特別是來源于天然生物體內的活性物質[63]。

3.3 誘導植物自身產生系統抗性

球毛殼菌可激活植物一系列的物理或化學防衛反應，如提高植物體內多種防御酶的活性，誘導某些組織抗氧化能力的增強等，最終達到提高植物抗病能力的目的。Yin等[54]研究表明，經球毛殼菌誘導處理后，油菜體內的苯丙氨酸解氨酶、過氧化物酶和多酚氧化酶等防御酶活性均比對照組明顯提高，表明球毛殼菌能誘導油菜對蕓薹根腫菌產生抗性。Zhang等[64]發現球毛殼菌CEF-082能夠調控棉花的多種代謝途徑，并誘導棉花植株對大麗輪枝菌產生防御反應。Khalil等[65]在番茄葉面施用球毛殼菌，使番茄早疫病的發病率降低了37.6%，且病害嚴重程度為對照的46.4%，球毛殼菌能誘導番茄固有的防御系統，使超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性顯著提高。總之，球毛殼菌誘導植物自身產生系統抗性在植物病害的生物防治中有重要作用。

3.4 促進植物生長發育

球毛殼菌對植物有明顯的促生作用，能夠產生許多促進植物生長的代謝產物，比如赤霉素、吲哚乙酸、麥角甾醇等物質，不僅能促進植物生長和發育，還有利于改善和提高土壤肥力。眾多研究表明，從健康毛白楊中篩選出的球毛殼菌ND35具有促生作用，可以促進冬小麥苗期根系和植株發育，使小麥提前進入三葉期[66]；促進核桃實生苗生長，提高生物量[67]；促進板栗提前開花，提高花序數量[68]；促進黃瓜種子萌發和胚根生長[69]；顯著增加黃瓜的株高和葉面積，同時提高黃瓜的產量[70]。Zhai等[71]從丹參(Salviamiltiorrhiza)毛狀根中分離出球毛殼菌D38，并且發現D38是一種對丹參生長和代謝非常有益的內生真菌，對丹參酮和丹酚酸積累均有促進作用。Kumar等[14]研究發現，球毛殼菌5157的發酵液能促進印度芥菜(Brassicajuncea)種子萌發和幼苗生長。

3.5 重寄生

重寄生是自然界普遍存在的一種真菌與真菌之間的相互作用，指植物病原真菌寄生于植物體內，同時生防菌在植物病原真菌上寄生，重寄生作用是球毛殼菌重要的生防機制之一。在重寄生的過程中生防菌會產生不同的侵染結構，如附著胞、菌絲卷和鉤狀體等纏繞病原真菌，再通過機械侵入或分泌胞外細胞壁降解酶使寄主菌的細胞壁發生降解，從而進入到寄主菌體內，進而達到抑菌或殺菌的目的[63]。Liu等[23]發現球毛殼菌ND35能產生吸器和附著枝等結構對立枯絲核菌和白絹病菌進行重寄生，在顯微鏡下可觀察到病菌的菌絲被纏繞、穿透、斷裂等現象。Lan等[18]和Ye等[72]也發現球毛殼菌可通過穿透、卷曲、纏繞、貼附等方式侵入立枯絲核菌的菌絲進行重寄生，再通過相關酶的作用瓦解病原菌的細胞壁，最終致其死亡。

3.6 競爭

競爭作用是指拮抗微生物與病原菌競爭營養物質或生存空間，從而遏制病原菌的生長和繁殖[73]。毛殼菌的競爭優勢表現在菌絲生長速度較快，能快速占領空間[63],從而使病原菌難以找到侵染位點,也難以獲得維持其自身生命活動的養料，進而達到防治植物病害的作用。Yue等[10]實驗研究發現，球毛殼菌可通過競爭作用抑制串珠鐮刀菌、立枯絲核菌、尖孢鐮刀菌和核盤菌的生長，且球毛殼菌對病原菌的抑制作用隨著培養時間的延長逐漸增加，其菌絲會慢慢覆蓋到病原菌上，導致病原菌的死亡。

3.7 協同拮抗

球毛殼菌有協同增效能力。Liu等[74]使用以球毛殼菌為主要成分的復合菌劑，在防治草莓黃萎病中取得良好效果。在此之后，Wei等[75]將球毛殼菌ND35與枯草芽孢桿菌J2組合，研究生防菌組合對黃瓜枯萎病的防治效果。結果顯示，ND35處理對黃瓜枯萎病的防效為25.36%，J2處理對黃瓜枯萎病的防效為54.27%，ND35與J2組合處理對黃瓜枯萎病防效達到70.02%，這證明了生防菌組合對黃瓜枯萎病的防治效果高于單一生防菌防治效果。生防菌對植物病原菌的生防作用往往是多種機制共同作用的結果，不同生防菌的生防機制側重不同。因此，合理的生防菌復配有利于增強球毛殼菌的協同拮抗作用，使其生物防治效果更佳。

4 球毛殼菌及其次級代謝產物對根結線蟲的殺線蟲活性

根結線蟲(Meloidogynespp.)是一種分布廣泛的專性植物寄生線蟲，該屬約包括98個種，它們寄生于絕大部分的維管植物中，在世界范圍對多種農作物造成了巨大的危害[76,77]。根結線蟲人類肉眼不可見，可通過帶蟲的土壤、植株及灌溉水進行傳播。根結線蟲的二齡幼蟲(J2)可由植物根尖侵入根部維管束，分泌纖維素酶和果膠酶破壞植物細胞壁，誘導5～7個根細胞分化為巨大細胞形成專門的取食結構以供給其生長所需，并在根上形成大小不等的瘤稱為“根結”，也分泌有毒物質誘發寄主組織發生各種病理變化，從而造成病株矮小、萎蔫、葉變色、發育不良甚至提早枯死[78-81]。在中國常見的根結線蟲有4種，分別為南方根結線蟲(M.incognita)、爪哇根結線蟲(M.javanica)、花生根結線蟲(M.arenaria)及番禺根結線蟲(M.panyuensis)，其中以南方根結線蟲為優勢種[78,79]。根結線蟲是全球農業生產中危害最大的線蟲，化學防治是最常用的防治方法。然而，由于化學殺線蟲劑對環境和健康產生許多負面影響，從而使一些有效的殺線蟲劑如呋喃丹、二溴乙烷和二溴氯丙烷已被禁止使用，而其他的化學農藥還不能很有效防治線蟲病害[82,83]。因此，尋找綠色殺線蟲劑來控制植物線蟲病害成為近年來的關注熱點。

球毛殼菌的某些次級代謝產物對根結線蟲有強烈的殺線蟲活性(見表2)，有望成為新型殺線蟲劑。2002年，Nitao等[84]從球毛殼菌中分離出favipin(20)，該物質能抑制南方根結線蟲和大豆包囊線蟲(Heteroderaglycines)的卵孵化及幼蟲活動。2012年，Hu等[85]測定了球毛殼菌NK102、培養濾液和chaetoglobosin A(1)對南方根結線蟲的殺線蟲活性，結果表明，NK102對二齡幼蟲(J2)具有顯著的排斥作用，培養濾液和300 μg/mL化合物1分別對J2作用72 h，J2的致死率均達到99.8%；在1 kg土壤中加入30 mg化合物1，土壤中蟲卵數較對照顯著減少63%，表明化合物1對南方根結線蟲的繁殖有明顯的負面影響。2019年，Babar等[86]對從云實(Caesalpiniasepiaria)葉片中分離出的球毛殼菌YSC5進行發酵，從YSC5的發酵液中獲得5種已知化合物，并對爪哇根結線蟲的二齡幼蟲進行5種化合物的殺線蟲活性測定。結果表明，chaetoglobosin A(1)、chaetoglobosin B(9)、favipin(20)、3-methoxyepicoccone(22)和4,5,6-trihydroxy-7-menthylphthalide(23)這5種化合物在200 μg/mL濃度下對J2期爪哇根結線蟲的致死率分別為91.6、83.8、87.4、78.0、75.5%，72 h的半致死濃度(LC50)值分別為88.4、107.7、99.2、124.0、131.6 μg/mL。陽性對照噻唑磷(fosthiazate)72 h的LC50值為73.7 μg/mL，所以前3種化合殺線蟲效果較好，后2種化合物的殺線蟲效果中等。在盆栽試驗中，化合物1和20在200 μg/mL濃度下可以顯著降低線蟲的繁殖，并對植物生長有積極的影響[86]。利用內生真菌進行種子處理已被認為是防治植物寄生線蟲的有效方法，自黃瓜幼苗分離的球毛殼菌Ch1001是可用于種子處理的有巨大生防潛力的菌株[87]。Yan等[88]使用球毛殼菌Ch1001對黃瓜種子進行處理，結果表明，以1×107個孢子/mL/種子的劑量處理黃瓜種子，黃瓜幼苗根系活力強，防御酶活性高，南方根結線蟲入侵率低。綜上可知，球毛殼菌可作為有效防治根結線蟲病害的生防菌，其產生的chaetoglobosin A和favipin對南方根結線蟲和爪哇根結線蟲具有很強的殺線蟲活性，特別是chaetoglobosin A，有望成為新型殺線蟲劑，應用于農業生產中。

5 總結與展望

植物病原真菌及根結線蟲引發的植物病害嚴重危害農作物的生產，生防菌及其次級代謝產物的應用是農業上防治植物病害的重要策略。球毛殼菌是毛殼菌屬中研究得最多的生防菌，能有效抑制鐮刀菌屬、絲核菌屬、核盤菌屬、鏈格孢屬和刺盤孢屬等多種常見植物病原真菌。球毛殼菌素類、嗜氮酮類和flavipin是球毛殼菌抗植物病原真菌的主要活性物質，其中的chaetoglobosin A和favipin對我國優勢根結線蟲南方根結線蟲和爪哇根結線蟲的殺線蟲效果很強。球毛殼菌可能通過7種機制來防治植物病害：產生具有抗真菌活性的次級代謝產物、產細胞壁降解酶、誘導植物自身產生系統抗性、促進植物生長發育、重寄生、競爭和協同拮抗。

球毛殼菌有巨大的生物防治潛力，然而就球毛殼菌的生防應用而言仍然存在一些問題。首先，球毛殼菌及其代謝產物對環境條件依賴性強，對球毛殼菌及其代謝產物的研究大多在實驗室的可控條件下進行，而在田間應用時會因多變的溫度、濕度、pH值和等因素使其拮抗效果大打折扣，且田間殘留的農藥也會對球毛殼菌產生負面影響。其次，不同球毛殼菌菌株的生防效果存在很大差異，某些球毛殼菌菌株的選擇性極強，往往只對一種或者少數幾種病原菌有較好的防治效果。而田間有多種植物病原菌，若生防菌的抑菌譜過窄，也難達到理想效果。最后，球毛殼菌大規模發酵和產物純化體系還不健全。因此，有必要進一步開展球毛殼菌的分離和篩選，評價球毛殼菌及其次級代謝產物在田間的實際生防效果，構建快速而有效的發酵和產物純化體系，以便更好、更全面地開發和利用球毛殼菌。相信隨著研究的深入和人們生態環保意識的逐漸提高，研制和開發更為高效、安全、環境友好型的生物農藥一直是未來植物病害防治的一個趨勢，球毛殼菌作為生防菌的前景也一定是美好的。