土壤有益微生物在植物病害防治中的应用

摘要：生物防治是指利用有益生物及其代谢产物等抑制或消灭有害生物的方法。阐述了土壤有益微生物的种类、作用机制及其各类微生物在生物防治中的应用。并对当前微生物在生物防治应用中存在的问题进行了探讨，指出了生物技术是植物病害防治的新途径。

关键词：生物防治；土壤有益微生物；植物病害

中图分类号：Ｓ１５４．３９ 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８114（２０11）23－4753-04

Application of Beneficial Soil Microorganisms in Biological Control of Crop Diseases

ＬＩ Ｊｉｎ－ｊｕ，ＬＩＡＯ Ｔｉａｎ－ｔｉａｎ，ＰＡＮ Ｈｏｎｇ，ＬＩＵ Ｈａｉ－ｊｕｎ，ＹＥ Ｊｉｎｇ－ｌｏｎｇ，ＹＵＥ Ｃｈａｏ－ｙｉｎ

（Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００２， Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ stands of ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｏｒｇａｎｉｓｍｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓ ｔｏ ｉｎｈｉｂｉｔ ｏｒ ｄｅｓｔｒｏｙ ａ ｐｅｓｔ． Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｎｄ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ ｗｅｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ ｉｎ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ， ａｎｄ ｓｏｍｅ ｉｓｓｕｅｓ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｗｏｒｋ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｉｔ ｗａｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ａ ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｎ ｐｌａｎｔ ｄｉｓｅａｓｅｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ； ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ； ｐｌａｎｔ ｄｉｓｅａｓｅ

植物病害严重威胁着农业生产，每年给农业生产造成巨大的经济损失，因此对病害的防治是农业科研的重要内容。目前植物病害的防治方法主要是化学防治。由于化学农药具有防效高、速度快、杀虫抗菌谱广、成本低、使用简单等优点，化学农药防治病虫害对农业生产起了十分重要的作用。但长期连续地使用化学农药，会造成一系列严重后果：环境严重污染，并造成病菌、害虫产生抗药性，农药残留对人畜造成危害。作为病害防治方法之一的生物防治，它具有无毒、无害、无污染、不产生抗药性、高效的优点，因此成为目前研究和开发的热点。植物病害的生物防治在农业生态系统中调节植物的微生态环境，从而减少病原菌所致病害的发生，达到防治病害的目的。微生物防治主要是利用有益的微生物，通过生物间的竞争作用、抗菌作用、重寄生作用、交叉保护作用及诱发抗病性等来抑制某些病原菌的存活和活动［１］。

１ 土壤有益微生物的种类

土壤中存在的生防菌的种类繁多，生产上广泛应用的有真菌、细菌、放线菌和病毒等。细菌主要有芽孢杆菌、假单胞菌、土壤放射杆菌和巴氏杆菌等；真菌主要有木霉、毛壳菌、淡紫拟青霉、酵母菌、厚壁孢子轮枝菌、小盾壳霉和菌根真菌；放线菌主要是链霉菌属及其相关类群。

２ 土壤有益微生物的作用机制

２．１ 抗生作用

抗生作用是利用对病原菌有一定抗菌作用的微生物产生的抗性物质防治病害。拮抗微生物产生的抗菌物质主要有两类：一是小分子的多糖物质，即抗生素；二是大分子的抗菌蛋白或细胞壁降解酶类。目前报道的有假单胞菌产生的抗生素类型是吩嗪类、硝吡咯菌素、藤黄绿脓菌素、２，４－二乙酰藤黄酚等能有效地抑制各种植物病原菌［２］，木霉菌在侵入或穿透寄主菌丝细胞时，产生了几丁质酶、葡聚糖酶以及蛋白酶、酯酶等一系列水解酶类来消解病原菌的细胞壁，而生防放线菌主要是通过产生抗生素抑制微生物的代谢途径。

２．２ 竞争作用

竞争作用是利用微生物快速生长与繁殖病原菌争夺空间、水分和铁、碳、氮、氧等其他营养源，从而排除某些病原菌。报道中枯草芽孢杆菌、放线菌、木霉、酵母菌通过空间竞争和营养竞争达到抑制病原菌的目的。

２．３ 重寄生作用

拮抗微生物侵入到病原菌体内获得营养籍以生存和发展，常以吸附生长、缠绕、侵入、消解等多种形式抑制病原菌。木霉对不同的植物病原真菌重寄生作用方式不同，可观察到木霉菌缠绕病原菌的菌丝，或沿着病原菌的菌丝平行或波浪式生长，或产生钩状分枝、吸器或附着胞吸附于病原菌的菌丝上，或穿透病原菌的菌丝，最终导致病原菌的菌丝细胞原生质浓缩、菌丝断裂等现象。

２．４ 诱导抗性

诱导抗性是指利用物理的、化学的以及生物的方法，预先处理植物，诱导植物启动自身的防御系统，增强对后续病原菌的抵抗力。植物受到病菌侵染后，会诱导体内次生代谢物发生变化，合成新的抗菌物质即植保素，从而对植物进行保护。植物诱导抗病的另一重要机制是产生病原相关蛋白［３］。

３ 土壤主要有益微生物在植物病害防治中的开发利用

３．１ 生防细菌的开发利用

由于细菌具有种类和数量众多、对病原菌的作用方式较广、具有惊人的繁殖速度、大多可以人工培养等优点，因此生防细菌的筛选和应用是植物病害防治的研究热点。目前应用较多的生防细菌主要有芽孢杆菌、假单胞杆菌以及其他一些细菌［４］。

３．１．１ 芽孢杆菌 芽孢杆菌研究很多，不仅有防病作用，而且具有明显的促生作用。目前国内外应用芽孢杆菌防治植物病害很广泛。目前该菌已经在水稻、大豆、棉花等农作物上显示出很好的病害防治效果，比如水稻纹枯病、小麦纹枯病、番茄叶霉病、豆类根腐病、苹果霉心病和棉花枯萎病等［５］。洪永聪等［６］利用枯草芽孢杆菌菌株ＴＬ２能产生多种外分泌抗菌蛋白，抑制茶轮斑病菌的菌丝生长及其分生孢子的形成和萌发，另外菌株ＴＬ２通过改变茶树体内活性氧代谢相关酶系如ＳＯＤ等的活性，以调节茶树受轮斑病菌侵染后活性氧的代谢平衡，同时诱导茶树产生抗性酶系以限制茶树轮斑病菌的扩展。

３．１．２ 假单胞菌 假单胞菌可以分泌一种或几种抗性物质来抑制病原菌的生长，从而实现其生物防治的作用。目前研究最多的假单胞菌产生的抗生素类型是吩嗪类、硝吡咯菌素、藤黄绿脓菌素和２，４－二乙酰藤黄酚等，对其他类型的抗生素也有一定的研究。王灿华等［７］利用假单胞菌株Ｍ１８分泌羧基吩嗪抑制黄瓜枯萎病害，钟小燕等［８］从已感染香蕉枯萎病的果园中分离到１株对香蕉枯萎病菌抑制作用很强的假单胞菌，通过抑制病原菌菌丝正常生长以至不能产孢；通过吸附在孢子的周围溶解细胞壁，造成原生质泄漏致使孢子死亡。Ｗａｔａｎａｂｅ等［９］从洁丽香菇中分离出以一种假单胞菌８７－１１对土壤传播的腐霉枯萎病菌和水稻枯萎病菌有明显的抑制作用，经１６ Ｓ ｒＲＮＡ基因序列的比对发现该菌属于伯克氏菌属，但是该菌株会导致植物发育迟缓，并且与病菌产生的毒性发生协同效应，因此对该菌株的效用价值应该做更深入的研究。

３．２ 生防真菌的开发利用

３．２．１ 木霉菌 木霉菌分布广泛，极易分离和培养，是一类较理想的生防益生菌，它对多种病原真菌和一些病原细菌有拮抗作用，特别是对土传病害的防治作用尤为突出，拮抗木霉菌的生防效果已在很多应用试验中得到证实，利用木霉防治由立枯丝核菌、腐霉菌、齐整小核菌、镰刀菌等引起的棉花、杜仲、人参、三七等的幼苗立枯病，以及对茉莉、花生和辣椒的白绢病、番茄的猝倒病等［１０］。Ｙｅｄｉｄｉａ等［１１］也证实了哈茨木霉菌株Ｔ２０３穿透到黄瓜根部外皮层，产生了一种类似的诱导抗性，并且穿入区的细胞机械强度增大，与未经Ｔ２０３处理的植株相比，几丁质酶和过氧化物酶活性的升高提前了４８～７２ ｈ，并且叶部也出现了这两种酶活性的升高，表明Ｔ２０３诱导导致系统性获得抗性（ＳＡＲ）；同时他们还发现，在无菌水培养条件下，经Ｔ２０３处理的黄瓜总是比未经Ｔ２０３处理的黄瓜长得大。胡明江等［１２］利用康宁木霉ＳＭＦ２分生孢子制剂进行了防治大白菜软腐病的田间药效试验。结果表明康宁木霉ＳＭＦ２分生孢子制剂防治大白菜软腐病效果最好，防治效果为８２．０８％，明显高于大面积推广应用的农用链霉素的防治效果６９．８１％，差异极显著。刘任等［１３］利用哈茨木霉Ｔ２菌株对辣椒疫霉、齐整小菌核、立枯丝核菌等辣椒土传真菌病害的病原菌有较强的抑制作用，平板测定抑菌率分别为６８．１２％、８２．１２％和８４．１９％。

３．２．２ 毛壳菌 毛壳菌作为一种有效的生防真菌能对多种植物病原真菌产生拮抗作用。有文献报道，毛壳菌可预防谷物秧苗的枯萎病和甘蔗猝倒病，降低由镰刀菌引起的番茄枯萎病和黑星菌引起的苹果斑点病等的发病率，且对立枯病丝核菌、甘蓝格链孢、拟茎点霉属、毛盘孢属、葡萄孢属等病原菌的生长有一定的抑制作用，对山杨根腐病、小麦斑枯病也有明显的拮抗作用。

３．２．３ 淡紫拟青霉 淡紫拟青霉是土壤中能有效防治植物寄生线虫的一种兼性寄生真菌。Ｓａｓｓｅｒ［１４］报道，该菌可在３０多种寄主植物上应用，防治线虫成功率为６８．０％，而且此菌可以产生大量孢子，这就可以对其进行大规模工业化发酵生产，可以制成固体或液体菌剂，用于根施、拌种或喷施。近年来国内外相继利用液体、固体发酵技术工业化生产商品制剂，淡紫拟青霉菌剂可用于小麦、玉米、棉花、高粱等几十种经济作物和蔬菜、花卉、药材以及林木线虫病的防治，防效与进口的化学杀线虫药相当或接近，但成本较低，且有后效，不污染农产品和环境［１５］。汪军等［１６］采用双温测定法，室内测定淡紫拟青霉ＰＬ０４菌株对香蕉根结线虫的寄生作用，ＰＬ０４菌株孢子悬浮液处理１８ ｄ后对香蕉根结线虫卵的相对寄生率为９４．３％。淡紫拟青霉也可以产生几丁质酶，该酶在植物抗病原真菌和重寄生微生物抑真菌过程中起着重要作用。肖炎农等［１７］研究淡紫拟青霉产生的几丁质酶增加南方根结线虫卵的孵化率，同时线虫卵用酶液浸泡后，孵出幼虫的死亡率增加，且这种作用的大小与酶的纯化程度有关，酶纯度愈高，则促孵化作用愈强，对幼虫的致死效果愈显著。

３．２．４ 酵母菌 酵母菌不产生抗菌物质。酵母菌生防作用的机理主要包括以下４个方面：①营养或空间的竞争；②酵母菌与病原菌的直接作用；③酵母菌诱导寄主产生抗病性；④其他物质对拮抗效果的影响［１８］。施俊凤等［１９］对梅奇酵母ＸＹ２０１进行了生物量最大值培养时间、不同环境条件下的活力变化及其对冬枣采后病原真菌抑制效果的研究。结果表明，梅奇酵母ＸＹ２０１菌株能显著抑制冬枣采后病原菌扩展青霉、细极链格孢、黑曲霉、黑根霉的孢子萌发和菌丝伸长；当酵母菌浓度为５×１０８ CFU／ｍＬ时，对病原菌的抑制率可达１００.00％。对峙培养结果显示ＸＹ２０１对细极链格孢生长的抑制率为４２．５９％。酵母拮抗菌可通过一些非抗生素类的代谢物质产生抑菌效果［２０］，如粘红酵母产生的嗜铁素可防治苹果青霉病的发生。

３．２．５ 厚壁孢子轮枝菌 厚壁孢子轮枝菌也为植物线虫生物防治的选择菌物之一。林茂松等［２１］从山东、江苏太豆孢囊线虫和南方根结线虫卵囊中筛选分离到厚壁孢子轮枝菌。琼脂平板法测试选种食绳虫真菌有寄生南方根结线虫卵的能力，发现一菌株的卵寄生率高达９０．８％。

３．２．６ 小盾壳霉 小盾壳霉是１９４７年美国学者Ｖｒｉｊｅ等［２２］首先发现并报道的一种重要的菌核寄生菌，许多研究表明该菌能通过破坏性寄生作用分解核盘菌的菌丝体和菌核，因此该菌在田间和温室的许多作物如油菜、向日葵、大豆、菜豆、胡萝卜、芹菜、菊苗、马铃薯和洋葱等所进行的试验都有一定的应用价值。

３．３ 生防放线菌

放线菌与人类的生产和生活关系极为密切，目前广泛应用的抗生素约７０％是各种放线菌所产生的。从Ｃｏｈｎ １８７２年发现放线菌至今，已经报道了６９个属１ ６８７个种，用在植物病害生物防治中的主要是链霉菌属及其相关类群［２３］。因此，以往许多关于放线菌的研究实际上是对链霉菌的研究，链霉菌对很多植物病原菌有不同程度的抑制作用，如灰色链霉菌、春日链霉菌和庆丰链霉菌主要对稻瘟病菌有较强的抑制作用；灰色链霉菌对锈菌有较强的抑制作用；吸水链霉菌主要对苹果树腐烂病和甘薯黑斑病有较好的防治作用；吸水链霉菌井冈变种则对水稻纹枯病有很好的防治作用；而千叶链霉菌对水稻白叶枯病有很好的防治作用。刘燕娟等［２４］从天山自然保护区土样中分离到放线菌株ＨＮＤ３９，经测定表明，ＨＮＤ３９的代谢产物对油菜菌核病菌、辣椒炭疽病菌等１５种重要植物病菌具有明显的抑制效果，对烟草炭疽病菌、油菜菌核病菌、辣椒炭疽病菌和烟草黑胫病菌的菌丝生长抑制率分别达到５４．２％、７０．６％、５１．９％和５８．７％，通过结合１６ Ｓ ｒＤＮＡ序列分析，初步鉴定该菌株为微红链霉菌。李新等［２５］从土样中分离出1株放线菌，发现对水稻恶苗病菌、小麦根腐病菌、烟草赤星病菌、黄瓜黑星病菌、棉花炭疽病菌、黄瓜枯萎病菌、苹果轮纹病菌、番茄灰霉病菌、玉米小斑病菌有较强的抑制作用，抑制率达５５．７％～８７．７％。研究表明拮抗性种群数量最多的是放线菌，因此在研究放线菌拮抗效用的基础上应该更加明确其有效成分，从而开发高效的菌剂。

４ 土壤有益微生物在植物病害防治中存在的问题

虽然报道和研究的生防菌种类繁多，但是都是在试验过程中筛选出的拮抗效果好的菌种。这些菌种往往在田间定殖能力弱，不能形成足够的生物群落而降低防治效果。其次微生物农药的应用推广目前还比较困难，其原因一是生物农药作用的见效慢，二是绝大部分农民还没有综合防治、保护环境和农业持续发展的意识和要求，对微生物农药的优点和可持续控制作用缺乏感性认识。

５ 生物技术在生物防治中的应用

５．１ ＤＧＧＥ技术在生物防治中的应用

一直以来国内外研究人员在筛选拮抗菌时，采用的方法就是在普通的培养基上分离土壤微生物，然后进行平板拮抗试验获得拮抗菌，该方法存在以下几个问题：①土壤微生物资源丰富，种类繁多，可以在普通培养基上培养的微生物很有限，这样就大大降低了筛选拮抗微生物的种类。②采用普通培养基筛选出的拮抗微生物不一定就是土壤中的优势菌株。③从庞大的土壤微生物群落中筛选拮抗菌的工作量大、耗时长。ＤＧＧＥ技术是以分子系统发育分析为基础的现代微生物分子生态学的研究方法，通常是结合ＰＣＲ与ＤＧＧＥ技术对环境土壤样品进行分析，了解环境中的微生物群落的结构及其变化。在植物生防中可以了解生物防治微生物在寄主植物根围和叶围的定殖效果，也可以进一步明确微生物群落中的优势功能菌，为人为引入一些特殊功能菌群和有益土壤微生物种群，恢复原有微生物群落，进而抑制病原菌增殖，从根本上为解除连作障碍奠定坚实的理论基础。朱红惠等［２６］利用传统的平板培养与ＤＧＧＥ相结合的技术手段，研究了接种ＡＭ真菌对番茄根际土壤中的青枯菌和细菌群落结构的影响。ＤＧＧＥ图谱表明，ＡＭ真菌对根际细菌群落结构的影响包括某些细菌种群数量的增加或减少，甚至新出现某些细菌种群，同时也明确地反映出ＡＭ真菌对青枯菌种群数量的抑制。

５．２ 基因工程在生物防治中的应用

通过基因工程手段对拮抗菌进行改造或者对拮抗菌产生的抗菌物质进行改良，以拓宽新型高效生防菌的来源，提高生防菌产生拮抗物质的能力和生防能力，也可以通过将微生物的抗菌基因转入植物以培育防病、抗病的遗传工程植物。

遗传工程菌的构建是获得高效拮抗菌的重要途径，是利用基因操作技术对某种微生物进行遗传改造或引入外来的具有防病、杀虫等作用的基因 （如外源激素、酶、毒素）；或切除原有的、具有不良作用的部分基因；或插入一段ＤＮＡ以改变原来基因的调控与表达，从而促使微生物生防作用的加强或防治范围的扩大。王益民等［２7］将几丁质酶基因和β－１，３－葡聚糖酶基因双价基因导入枯草芽孢杆菌Ｂ９０８，研究发现对立枯丝核菌（Ｒ． ｓｏｌａｎｉ）具有更强烈的抑制作用。由于基因工程运用ＤＮＡ分子重组技术，能够按照人们预先的设计创造出许多新的遗传结合体，具有新奇遗传性状的新型生物在增强拮抗性及稳定性等方面发挥了不可替代的作用，显示了巨大的潜力。

综上所述，生防微生物具有巨大的发展前景，现代生物技术的广泛应用、基因组学的迅猛发展和蛋白质组学的兴起，为我国科研工作者提供了前所未有的良好机遇。同时生物防治的发展仍受到诸多因素的限制，植物病害生物防治工作者面临的任务和挑战也是艰巨的。

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