水稻紋枯病生物防治的研究進展

欒春晶 李修平

(佳木斯大學生物與農業(yè)學院，黑龍江 佳木斯 154007)

水稻紋枯病主要是由于立枯絲核桿菌(Rhizoctonia solani kuhn)的侵染而致。1934年，我國首次發(fā)現(xiàn)該病，并于1975年列為重點防治目標。在水稻的全生育期間均可致病，以抽穗期和分蘗期為主，使水稻不能進行抽穗，導致粒重下降，嚴重影響了水稻的品質和產量。

當前，防治水稻紋枯病的方法有農業(yè)、生物和化學防治。化學防治主要依靠井岡霉素和噻呋酰胺，雖然防治簡單，效果快，但長期大量施用一種藥物，隨著劑量的增加，治理效果也會越來越差，對環(huán)境的污染也越來越嚴重，使防治工作變得更加困難。因此，當前亟需新的方式來進行水稻紋枯病的防治。生物防治是當前較為先進、有效的一種防治措施，有著廣泛的推廣應用價值。近年來，研究人員對生防菌株進行了分離和篩選并應用于水稻紋枯病的防治過程，已有初步的研究結果。

1 水稻紋枯病概述

1.1 水稻紋枯病的發(fā)病規(guī)律

水稻紋枯病的發(fā)病部位以表層為主，主要在葉鞘和穗部。適宜的溫度和濕度條件下，菌核生成菌絲，從葉鞘的間隙進入葉鞘，再擴散到附近的葉片，形成大片病斑，造成病葉枯萎。水稻葉紋枯病的發(fā)病狀況以點狀存在，病斑表現(xiàn)為云紋狀。在高溫高濕的情況下，水稻在水面附近也會生長出白色的網(wǎng)狀菌絲，穗部的菌絲會大量蔓延，導致稻穗上的果實被抽空，產生稗株空穗的現(xiàn)象，繼而導致大面積減產。

1.2 水稻紋枯病的傳播途徑

水稻紋枯病的發(fā)生與發(fā)展都有一定的規(guī)律性，病菌為孢子形式存在，留在病稻草、雜草、土壤中與其它宿主共同越冬。隨著春季的來臨，溫度升高，土壤中的紋枯病菌擴散。當水稻插秧后，菌核附著在水稻葉片表面，在適宜條件下，菌絲進入葉鞘，對周圍的植物產生危害。

1.3 水稻紋枯病對生產的危害

水稻紋枯病是一種常見病害，主要損害水稻的葉鞘，其次是葉片，嚴重時可侵入莖干甚至整個穗部，發(fā)病迅速，爆發(fā)時間短，導致植株倒伏或全株死亡，是影響水稻高產穩(wěn)產的重要因素。

當前，水稻紋枯病在世界各國水稻種植中均存在，其中以東南亞受災最為嚴重。20世紀70年代以來，全國的水稻紋枯病發(fā)病呈上升態(tài)勢，華南、華中和華東等區(qū)域的紋枯病發(fā)生率明顯上升。根據(jù)調查結果，發(fā)病地塊一般出現(xiàn)5%～10%的產量下降。目前全國每年種植200萬hm2的水稻，但發(fā)病面積達到90.67萬hm2，直接導致了137萬t以上的財產損失[1]。

2 水稻紋枯病的生物防治策略

2.1 水稻紋枯病的生物防治概述

長期以來，采用化學防治一直是我國防治諸多土傳病害的重要手段，但隨著使用時間的延長，其治理效果逐漸減弱。因此，生物防治越來越受到人們的關注。生物防治技術是通過對農作物的有利微生物和微生物進行疾病的調控。

木霉、毛殼菌、酵母菌、淡紫擬青霉、厚壁孢子輪枝菌及菌根真菌是常用的生物防治菌[2]。主要的生防細菌有芽孢桿菌、假單胞桿菌、巴氏桿菌等，除防治外還具有提高植物的生長發(fā)育作用。植物促生菌(PGPR)是一種具有潛在防治和推廣價值的生物活性物質，其既能促進植物的生長，又可以提高作物的產量。

盡管我國對植物病害的生物防治進行了大量的研究，但仍然存在很多問題。近年來，該技術的發(fā)展步伐加快，特別是在育種技術、菌株基因改造、生防農藥作用機制和代謝調控機制等領域。

生物防治水稻紋枯病相對化學防治更為先進、環(huán)保、高效，也是我國現(xiàn)階段用于水稻紋枯病防控的重要手段。根據(jù)水稻紋枯病的發(fā)病規(guī)律、傳播途徑等特點，許多學者提出細菌、真菌、放線菌等拮抗微生物、基因工程技術、稻鴨共養(yǎng)等生物防治策略，從而減少病原菌對水稻侵害，提高水稻產量。

拮抗微生物的抗菌作用是由微生物的揮發(fā)性物質、細胞裂解酶、類代謝產物等物質來控制和阻斷病原體的活動。通常可分成2種：抑制細菌的增長，對真菌和放線菌的抑制。其中芽孢桿菌(Bacillus)和假單胞菌(Pseudomonas)因具有較強的抗病性和穩(wěn)定的抗菌性，在土傳病害防治中起到了重要作用[3]。另外，在近些年來內生真菌和寄生真菌的生防機理研究也不斷涌現(xiàn)，它們作為真菌防治的代表也具有很大的潛力。在水稻紋枯病的生物防治策略中，放線菌作為土壤中分布廣泛的微生物，其防治效果不穩(wěn)定、難以篩選等特性使其研究工作開展起來并不順利。

2.2 水稻紋枯病的細菌防治

2.2.1 芽孢桿菌

芽孢桿菌是一種革蘭氏陽性菌，桿狀或球狀，可形成內生孢子，富含肽聚糖，對外界有害因素有抵抗力，對紋枯病有較好的抑制效果。芽孢桿菌導致的抗細菌和抗病的機制是競爭、拮抗和誘發(fā)植株的抗藥性。

陳志誼等[4]從紋枯病油菜田土壤中分離得到了B-916菌株(枯草芽孢桿菌)，該菌株的發(fā)酵液對紋枯病具有很好的抑制作用，其對紋枯病的抗性最高時可達到81.9%。黃藝爍等[5]試驗結果表明，ZF197對白菜的離體葉枯絲核菌和盆栽的抗性分別達到82.35%和78.57%。陳雪麗等[6]利用硫酸銨分級沉淀法、SephadexG-50柱層析法、SDS-PAGE技術對多粘真菌BRF-1進行了分析，得到了一種能夠拮抗大豆立枯絲核桿菌的抗菌素。平板抑菌活性實驗表明，該菌株代謝產物對大豆立枯絲核菌能強效抑制，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ纳兰毦?/p>

2.2.2 假單胞菌

假單胞菌是一種廣泛存在于土壤中的細菌，有提高吸水性和抗旱、耐鹽堿、重金屬中毒、藥物等的能力。以往的研究主要集中于對水稻紋枯病的芽孢桿菌家族的拮抗性，雖然有許多關于假單胞菌對小麥病害具有抗性的報道，但合理利用假單胞菌家族來防治水稻紋枯病是研究人員面臨的重要問題。

任小平等[7]在3種不同的栽培方式中，選擇了13個具有較強抗性的菌株鑒定出了G亞型沙門氏菌、銅綠假單胞菌和假單胞菌3個具有顯著抗水稻紋枯病的菌種。聶亞鋒等[8]從連云港海泥及海水中分離出643個細菌，經(jīng)初步篩選、鑒定，獲得一株假單胞菌菌株(PYsw-1)，該菌株具有較好的抗紋枯病作用，防治效果在53.9%～63.2%。MSurendran等[9]從Kuttanad地區(qū)不同地點種植的水稻根莖層中分離出3個熒光假單胞菌，并對有效菌株PF43、PF46、PF47和PF43+PF46+PF47的組合菌株進行了水稻紋枯病的測試，數(shù)據(jù)顯示PF43+46+47的組合菌株對紋枯病效果最佳。

2.3 水稻紋枯病的真菌防治

2.3.1 木霉菌屬

木霉菌屬是一類重要的應用于生物防治的真菌，對植物病原菌具有競爭、重寄生、溶菌和產生抗菌素等多種拮抗作用，其中的2個或3個機理可以進行協(xié)同作用，共同提高對抗病原菌的拮抗作用。

國內對于木霉菌株的研究較少，其中較為重要的一種菌株為TY009綠木霉菌株。TY009是一種對抗紋枯病和寄生菌核的有效真菌，并能產生具有高度生物活性的代謝性樹膠霉菌毒素[10]。膠霉毒素是一種具有廣譜抗菌活性的化合物，能明顯地阻止菌絲體的萌發(fā)、孢子萌發(fā)、次生孢子形成、附著胞形成等。金輝等[11]采用稀釋涂布平板法從不同植物根際土樣中分離純化出20株木霉菌菌株，通過室內平板對峙培養(yǎng)試驗，發(fā)現(xiàn)D1菌株及其發(fā)酵濃縮液對水稻紋枯病菌的抑制作用較強，抑菌率達分別達到了80.82%和69.55%。

2.3.2 內生真菌

內生真菌是寄生在宿主體內的真菌，能夠促進宿主的生根和增殖，因而在土壤病害控制中得到了廣泛的運用。Ma L等[12]從三七根、莖、葉、柄、種子中提取得到了1000株內生真菌，其中104株對三七根腐病的至少1種組合致病系統(tǒng)——尖孢鐮刀菌、清枯病菌和北方根結線蟲具有抗性。Riyaz-UL-Hasan等[13]對野生小葉豌豆中分離得到的內生真菌進行初步分析，發(fā)現(xiàn)這些植物中含有丙酮、2-戊酮、2，4-二甲-3-己酮和1-丁醇來控制立枯絲核菌和核盤菌。李德全等[14]采用試驗方法，對水稻進行紋枯病菌的接種，再用生防藥劑Bs-916和其變異菌株對實驗組以及對照組水稻中POD(過氧化物酶)、PPO(多酚氧化酶)、SOD(超氧化物歧化酶)活力的變化進行了研究。其突變菌株對水稻POD、PPO、SOD活性的影響最大，且三者與植株的抗病能力有一定的關系。

2.3.3 寄生真菌

寄生真菌是一種寄生于其他生物體表面或內部的生物體，普遍分布于土壤中的寄生真菌，其代謝過程中所釋放的有機物對防治植物的疾病起著至關重要的作用。Laleh N等[15]的實驗結果顯示，黃藍狀菌能對大麗輪芽孢桿菌引起的土豆和棉花的枯萎病菌起到很好的抑制作用。Zhu H等[16]從308個輪枝菌中篩選出2個菌種，該菌株對由大麗輪枝孢所引起的棉花黃萎病有較好的控制作用。寄生真菌對于植物患病有減弱的效果，但寄生真菌對于水稻紋枯病的相關研究較少，需待進一步研究開展。

2.4 水稻紋枯病的放線菌防治

放線菌是廣泛分布于土壤中的優(yōu)勢微生物，是大多數(shù)抗生素的主要來源，在植物病害防治中發(fā)揮著重要作用。陳丹等[17]在國內首次發(fā)現(xiàn)了一種極暗黃鏈霉菌CZB40，10倍稀釋后對抑制紋枯病的發(fā)生有顯著的抑制作用。俞寅達等[18]分別從不同土壤、植物和立枯絲核菌絲中分離出了325個細菌和86個放線菌，利用雙培養(yǎng)法和發(fā)酵過濾法，篩選出對水稻紋枯病具有很好抑菌作用的放線菌菌株與細菌，2種方法均能抑制紋枯病病菌的菌絲生長，抑制率為75.56%與84.07%。彭衛(wèi)福等[19]研究得到的C2鏈霉菌對稻瘟病菌、水稻紋枯病、西瓜枯萎病菌均有明顯的抑制作用。

3 水稻紋枯病的基因工程技術防治措施

拮抗菌除了在田間直接防治之外，還可以在水稻的抗性育種中使用。主要運用拮抗菌的相關抑制劑對水稻進行基因改造，以得到抗性較強的抗原。

鄭愛萍[20]通過對B34的抑菌作用進行分析，確定了B34的結構和N端氨基酸的序列，并建立了B34的cDNA文庫，且進行了基因的克隆。Sriram S等[21]報道水稻紋枯病菌產生的一種碳水化合物，其成分是α-葡萄糖和甘露糖。木霉菌TvMNT分離物能夠分泌2種抑制毒素活性的胞外蛋白，將該蛋白質的基因編碼在水稻中克隆，會產生毒素減弱的細胞外蛋白質，從而增加水稻對紋枯病的抵抗力。Krishnan K等[22]利用ADT38、IR50、ASD16和Basmatil對其進行了基因的改造，創(chuàng)造了一種表達水稻水分含量的沙馬汀樣蛋白，其具有遺傳穩(wěn)定性。Molla K A等[23]發(fā)現(xiàn)使用綠色組織特異性方法過表達草酸氧化酶基因，通過草酸分解代謝從而抑制水稻紋枯病。Jia Y等[24]通過對抗病基因的尋找，得到了抵抗水稻紋枯病的抗性基因，該研究為今后水稻紋枯病的遺傳控制提供了依據(jù)。

4 展望

盡管生物防治在水稻紋枯病的應用上已有一些成就，但尚有一些問題待解決。如，如何利用計算機的運算能力提高微生物的篩選效率，怎樣克服防控效果的不穩(wěn)定，如何尋找協(xié)同作用的拮抗菌提高防治效果和穩(wěn)定性等，針對不同的問題，制訂出相應的解決辦法，是今后生物防治水稻紋枯病研究的重要內容。隨著生物防治技術的發(fā)展，相信在未來將成為水稻病蟲害防治的重要手段。