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棉花黄萎病菌的拮抗生物菌研究浅述

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来源:十大正规网赌网址 | 编辑:棉花所 | 发布时间:2016-11-30 | 栏目:棉花科学 | 点击:1660

引用:乔艳艳,杨兆光,杨磊,等. 棉花黄萎病菌的拮抗生物菌研究浅述[J]. 棉花科学,2016386):19-24.

Cite: Qiao Yanyan, Yang Zhaoguang, Yang Lei, et al. Studying Brief Introduction of Antagonistic Biological Bacteria of Cotton Verticillium Wilt Fungus[J]. Cotton Sciences, 2016, 38 (6) : 19-24.

 

棉花黄萎病菌的拮抗生物菌研究浅述*

乔艳艳1,杨兆光1,杨磊1,崔金杰2,雒?瑜2,李捷1

1.十大正规网赌网址,江西 九江,3321052.中国农业科学院棉花研究所,河南 安阳,455000

 

摘要:为了倡导减少化肥农药的应用,推行对人畜安全、不污染环境、对植物无不良影响、不干扰其他防治措施的生物防治(中医疗法),通过查阅资料和结合课题调研,系统归纳了棉花黄萎病生物菌防治策略、研究种类和进展以及存在的问题,旨在促进棉花黄萎病的生物菌防治的研究和发展。

关键词:棉花;黄萎病;生物菌;生物防治

中图分类号: S435.621.2.4  文献标识码: A 文章编号2095-3143201606-0019-06

DOI10.3969/j.issn.2095-3143.2016.06.004

 

Studying Brief Introduction of Antagonistic Biological

 Bacteria of Cotton Verticillium Wilt Fungus

Qiao Yanyan1, Yang Zhaoguang1, Yang Lei1, Cui Jinjie2, Luo Junyu2, Li Jie1

{C}(1.{C}Cotton Research Institute of Jiangxi Province, Jiangxi Jiujiang 332105, China2.Institute of Cotton Research of CAAS, Henan Anyang 455000, China)

 

Abstract: In order to promote the reduction of chemical fertilizer and pesticide application, and implement the biological control (tcm therapy) which was safety to human and livestock, no environmental pollution, no adverse effects on plants, and did not interfere with other control measures, this paper summed up the prevention strategy for cotton verticillium wilt bacteria, the research type, progress and existing problems by consulting the materials and combining with the project survey. The purpose  was to promote the research and development of biological control for cotton Verticillium wilt.

Key words: Cotton;  Verticillium wilt; Biological bacteria; Biological control

 

0引言

棉花黄萎病自1914年首次在美国发现以来,已成为危害严重的世界性病害,并于1935年由美国斯字棉引种传入我国,在我国各大棉区迅速蔓延。经过百年的研究,国内外学者对该病的症状、发病规律等生物学特性已进行了系统的描述;对于引发该病的病原物黑白轮枝菌和大丽轮枝菌(在我国主要是后者)的形态和生理特性的研究已深入[1-3],已达到分子生物学水平。培育高抗黄萎病的棉花新品种是防治该病的最有效途径。目前已培育出部分耐病品种,它们的推广和应用对棉花的病害防治起到了一定的作用,但是抗病性水平不高、抗性不够稳定成为抗黄萎病育种的主要弊端。另外有研究表明,品种的抗病性与丰产性呈反比[3-5]。在棉花高抗黄萎病且丰产性高的优良品种育成并普遍推广之前,黄萎病的有效防控措施仍为国内外植保工作者的主要研究方向;在普遍倡导减少化肥农药应用的大环境下,生物防治以其对人畜安全、不污染环境、对植物无不良影响、不干扰其他防治措施等诸多特点而备受青睐。因此,系统归纳棉花黄萎病生物菌防治策略、研究种类和进展以及存在的问题,旨在促进棉花黄萎病的生物菌防治的研究和发展。

棉花黄萎病的生防策略

棉花黄萎病是典型的土传病害,微菌核是黄萎病菌在土壤中存活的主要结构和初侵染菌源,在病害循环中起重要作用,当年微菌核在土壤中的数量和存活情况是预测翌年黄萎病发生程度的重要指标。可见,防治棉花黄萎病的重要措施就是探索如何有效破坏微菌核的形成、影响微菌核的存活以及延迟黄萎菌在寄主体内的定殖。基于以上形成如下的黄萎菌的生物防治策略 [6-8]:①抑制微菌核在寄主死后的病残体上形成;②降低微菌核在病残体中的存活能力;③利用晒土和土壤熏蒸剂等措施与拮抗菌结合来降低微菌核的存活;④利用拮抗微生物阻止微菌核在根尖和生长区的萌发以及对根的侵入。

棉花黄萎病生防因子的种类及研究

棉花黄萎病的生防因子主要包括拮抗细菌、真菌、放线菌等,来源主要为根际土壤微生物及植物体的内生菌。

2.1拮抗细菌及其生防研究

拮抗细菌对棉花黄萎病生防作用报道很多,种类主要包括嗜麦芽糖寡养单胞菌(Stenotrophomonas)、芽孢杆菌(Bacillus spp.)、荧光假单胞杆菌(Fluorescent Pseudomonas)、黄单胞杆菌(Xanthomonas sp.)、草生欧文菌(Erwini herbicola)等,其中研究最多的是芽孢杆菌[9]。拮抗细菌来源主要分为根际细菌和内生细菌两大类。李社增,等[10]从棉花根际和根内分离到 17个菌株,在平板对峙培养中都能极显著抑制黄萎病菌的生长,其中 15株的抑菌率大于65%,最高达 89.6 %。这些菌株的培养滤液也具有抑制作用。

一般认为,根际细菌对黄萎病的拮抗作用机理是通过产生肽类、磷脂类、多烯类和氧基酸等抗菌物质,达到抑制病原菌菌丝生长的作用,从而对黄萎病起到防治作用。Berg Lottmann Stenotrophomonas   maltophilia为模式菌,研究了拮抗细菌对油菜黄萎菌作用机制,发现 S . maltophilia 素、嗜铁素、几丁质酶和β-1,3- 葡聚糖酶等物质,证实了抗生素的产生是拮抗细菌对黄萎菌生长抑制的主要作用机制[11]。袁红水,等[12]21株芽孢杆菌属细菌进行抗黄萎病试验,结果显示6株菌株的抑菌活性较高,抗菌物质主要为蛋白或多肽类物质,该类物质通过抑制大丽轮枝菌孢子萌发和使菌丝体原生质凝集而抑制其生长。陈莉,等[13]研究对棉花黄萎病具有抑制作用的枯草芽胞杆菌A178菌株认为,该菌株通过产生颉颃物质使病原真菌菌丝体断裂,抑制分生孢子的萌发从而抑制病原菌的侵染。

内生细菌拮抗作用机理比较复杂,一方面内生细菌与病原菌对侵染部位和营养的竞争有关,另一方面内生细菌产生抗生素酶类物质或类植物激素、诱导植物产生系统抗性、溶菌作用和重寄生作用等[14-15]。张铎,[16]从棉株中分离筛选到一株对棉花黄萎病菌具有较强拮抗作用的内生细菌BSD-2,并证实为枯草芽孢杆菌;平板对峙试验表明,BSD-2对多种植物病原真菌有抑制作,其培养液的粗提液,能够有效抑制黄萎病菌孢子萌发。王琦,[17]从棉花维管组织内分离到的颉颃细菌能诱导植物体合成一些能使植物体本身增加对病害菌的抵御能力的物质,如细胞壁物质、植保素、几丁质酶等其他一些抗氧化酶类。夏正俊,等[18]对棉株内生细菌的研究表明,细菌能诱导棉花同工酶活性的变化,且该内生菌还能促进棉花的生长,从而达到有效控制棉花黄萎病的发生和发展。可见,内生细菌的几种拮抗机理可以是可以协同作用,只是某种机理在某种内生细菌中作用机制发挥主要作用。

2.2拮抗真菌及其生防研究

国内外早期研究表明,利用真菌防治棉花黄萎病研究较多的主要包括木霉 ( Trichoderma spp.)、黄色蠕形霉(Talaromyces flavus)、顶枝孢霉( Acremonium spp.)、曲霉 ( Aspergillus spp.)、粘帚霉( Gliocladium spp.)、黑粘座孢霉(Myrothecium roridum)、绳状青霉 ( Penicillium fungiculosum)、寡雄腐霉 ( Pythium oligandrum) 、匐柄霉 ( Stemp hylium spp.) 和球毛壳菌 ( Chaetomium  glob osum) 、镰刀菌 ( Fusarium spp.)、瘤黑粘座孢菌 ( Myrothecium  verrucaria )[19]。后又发现丛枝菌根菌(Arbuscular mycorrhizal )对棉花黄萎病也有一定的拮抗作用[20]。其中研究较多的是木霉及黄色蠕形霉两种,尤其是木霉菌的生防制剂研发较为是成功。

目前全世界60%的生物农药均以木霉菌株进行开发,国外商品化的木霉制剂包括美国的ToPshield(哈茨木霉T22菌株)、以色列的Trichodex(哈茨木霉T139菌株)、新西兰的木霉制剂TrichodexTrichoflow、俄罗斯的Mycol、韩国的YC458、西班牙哈茨木霉和绿色木霉混合制剂TUSAL等,对植物病害有较好的防治效果和增产作用[21-23]。国内学者李雪玲,等[24]从土壤真菌中筛选出13个对黄萎病菌有生防潜力的菌株,温室盆栽试验结果证实,这13个菌株均可有效地降低棉黄萎病的发生率和病情指数,其中以3号菌株(木霉菌)作用效果最为明显;田间小区防效试验表明,3号木霉菌株对棉黄萎病第一次发病高峰和第二次发病高峰的防治效果分别为38.2%53.5%13.6%36.0%。黄色蠕形霉(T. flavu)广泛存在于土壤中,并能在植物根部和根际土壤中定殖,但该菌受环境影响大,防效不稳定[25]。马平,等[26]从棉铃内部分离到两株非致病性镰刀菌,通过空间竞争和营养竞争有效地抑制黄萎菌的生长,并且能够抑制棉花黄萎菌微菌核的产生,田间试验结果显示 ,在棉田第一次黄萎病发病高峰时,其防效在50%左右。

拮抗真菌的防病机制目前认为主要是重寄生作用、抗生作用、竞争作用,产生细胞壁降解酶,诱导植物抗性等;多种作用机制间存在协同作用。姚焕章,等[27]在进行木霉菌和黄萎菌对峙培养中,木霉菌的生长速度比黄萎菌快8.8倍,当两菌接触后黄萎菌则停止生长,木霉菌继续生长的同时侵入黄萎菌落,控制黄萎菌的扩展。张海军,等[28]通过平皿对峙培养研究绿色木霉GY20对棉花黄萎病菌的抑制机理及温室防效研究,表明绿色木霉菌株GY20对棉花黄萎病菌菌株抑制作用,在光学显微镜下观察到GY20使V3菌丝细胞的原生质浓缩和菌丝断裂;且盆栽试验显示GY20对棉花幼苗的黄萎病具有很好的防治效果。Madi ,等[19]利用抗苯来特标记的黄色蠕形霉研究其对黄萎菌的拮抗机制,证实该菌通过重寄生作用、抗生作用、竞争作用达到防治黄萎病的功效。宋晓研,等[29]筛选到一株对棉花黄萎病菌有很强拮抗作用的木霉菌株SMF5,研究表明其对棉花黄萎病菌的作用机制包括生境竞争、产生耐热代谢产物、产生细胞壁降解酶等,协同作用于黄萎病菌。

2.3拮抗放线菌及其生防研究

对黄萎病研究最早的生防菌是放线菌,主要围绕链霉菌 ( Streptomyces  spp.)进行。前苏联研究者早在20世纪50年代研究过放线菌对棉花枯萎病和黄萎病的防治[30-31]。我国也在20世纪50年代分离筛选出对棉花黄萎病菌拮抗活性较强的放线菌菌株G4 5406 ( 细黄链霉菌Streptomyces  microflavus) 两种菌株对棉花黄萎病具有好的防治效果,且对棉花具有增产作用[ 32-33] 20世纪80年代末芬兰学者 Kenica 成功推出一种分离自泥煤的放线菌杀菌剂,商品名 Mycostop,是由灰绿链霉菌(S.griseovidis) 的孢子和菌丝制成的,该制剂主要防治土传病原菌,且防效稳定[34]

放线菌作为棉花黄萎病拮抗菌的一个重要来源,尤其是根际土壤中的拮抗放线菌,种类多、数量大。李毅,等[35]3种不同的蔬菜地根际土壤中筛选出对棉花黄萎病病原菌具有拮抗作用的放线菌130株,经初步分类和鉴定,这130株放线菌分为6个属,其中链霉菌属114株,为优势种群。放线菌的抑菌机理主要为产生功能多样性丰富的抗生素及多种次生代谢物质,抑制棉花黄萎病菌菌丝生长及菌核萌发[36]。薛磊,等[37]采用菌丝生长速率法、 微菌核萌发法研究了B49 D148 Actl2等菌株对大丽轮枝菌的抑菌机制,并获取1 株链霉菌发酵液对病原菌菌丝生长、微菌核形成与萌发均具有较强的抑制作用,该菌株 5 倍稀释发酵液对微菌核形成的抑制率达100%。刘大群,等[38]研究发现链霉菌及其发酵液对黄萎病菌菌丝的生长均有强烈的抑制作用,可导致菌丝变形,并有溶菌现象。柳成宾,等[39]为发掘新疆盐环境中生防活性放线菌,以棉花黄萎菌为靶标,从805株新疆盐环境放线菌中筛选获得14株拮抗菌,其中抑菌活性最强的菌株为TRM42561,该菌株对棉花黄萎菌的抑菌圈直径达26.33 mm,且抗菌谱广;室内抑菌活性表明,TRM42561的发酵液对棉花黄萎菌菌丝生长的抑制率为83.75%,孢子萌发抑制率为68.75%;田间试验结果表明,TRM42561对棉花黄萎病的田间防治效果显著,在3次施药后的第15天和第30 天,其防治效果分别为33.06%41.65%。基于放线菌在生物防治方面的作用,筛选对棉花黄萎病的生防放线菌具有重要的意义。

棉花黄萎病生防菌研究存在的问题与讨论

目前,在黄萎病抗耐病品种缺失、化学防治无特效药的情况下,黄萎病的生物防治已成为黄萎病防治的研究热点,但生物防治的应用存在一个难点,即由于生防菌的来源种类不同,生防效果受多种因素的影响,生防菌的防效存在不稳定性(大田试验的防效往往低于实验室及盆栽实验的防效)。因此,截止目前棉花黄萎病的生防菌研究主要集中在实验室研究阶段,中小试的产品和品种很多,产业化的却很少。国内外登记注册的防治棉花黄萎病的生防菌还未见报道,但国外已有防治其他作物黄萎病的生防制剂商品。如德国开发的生防制剂PROPHYTA,为黄蓝状菌( T.flavus ),用于蔬菜黄萎病的防治,荷兰应用此产品防治马铃薯黄萎病也有一定的效果。比利时登记的Bio-Fungus ,为木霉菌 ( Trichoderma spp ),主要防治花卉、草莓、蔬菜和树木的黄萎病[19]。这为棉花黄萎病的生物防治提供一线曙光。随着科学技术的不断发展,未来有望通过先进的技术手段对生防菌进行定向改良,或者筛选能保持生防因子理化性状的助剂配方,提高新剂型分散性和附着性的表面活性剂,研制出提高生防因子防治效果的新助剂和新剂型,提高生防菌的防治效果和有效利用率,使棉花黄萎病的生物防治被社会和广大棉农所接受,在今后的棉花产业发展中发挥重要的作用。

 

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*收稿日期2016-10-31

基金项目:转基因生物新品种培育重大专项(2016ZX08011-002)。

作者简介:乔艳艳(1981-),女,助理研究员,从事棉花病虫害防控研究工作。

通讯作者:李捷(1979-),男,副研究员,从事棉花病虫害防控研究工作。E-mail:jxcotton@163.com


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