枯草芽孢杆菌在植病生防中的作用机制与应用

tracheiphi la 的抗性 , 水稻纹枯病生防菌 B-916 能 诱导水稻叶鞘细胞 PAL 、PO 、PPO 和 SOD 活性增 强 , Tang 等研究也发现 Baci llus subt ilis B3 能诱 导小麦 PO 活性的增加并产生新的 PO[ 9] 。 1.4 促进植物生长
在植物根际生活的一类具有刺激植物生长和 抑制植物病原菌等综合作用的细菌群叫促进植物 生长根际细菌(Plant Grow th Promo ting Rhizobacteria), 简称 PGP R。 除上面三种直接作用的生防 机制外 , 1998 年发现生防枯草芽孢杆菌能促进植 物根系及植株生长 , 增强了植物的抗病性 , 从而间 接地减少病害发生 。胡小加等研究发现 , 枯草芽 孢杆菌 Tu-100 对油菜 、小麦 、辣椒 、西瓜 、大豆和 玉米苗期均有不同的促生效果[ 10] 。 蔡学清等[ 11] 对辣椒内生枯草芽孢杆菌 BS-2 的研究证明 , BS-2 对辣椒苗有明显的促生作用 , 同时 , 该菌株还可诱 导辣椒体内吲哚乙酸等促进植物生长的激素含量 提高, 并降低脱落酸等抑制植物生长激素的形 成[ 11] 。
拮抗作用主要指两种或两种以上的微生物共 同生长时 , 一种微生物在同化作用中产生某种或 某几种特异的次生代谢产物(如抗菌素等抗菌物 质), 改变其微环境 , 从而抑制甚至杀死另一种微 生物的现象 。 自 1952 年 J .Babard 等从枯草芽孢 杆菌培养液中分离出抗真菌肽以来[ 5] , 不断有新 的枯草芽孢杆菌产生的拮抗物质被发现 , 在生防 中起关键的作用 。
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辽 宁 农 业 科 学 2007 年
进水平 , 现已开发出一批防效良好的枯草芽孢杆 菌制剂 。 南京农业大学 B3(商品名为麦丰宁)对 小麦纹枯病田间防效达 50 %～ 80 %。 云南农业 大学和中国农业大学共同研制的 B908 已获得农 药部登记注 册 , 商品名为百抗 , 在多个省推广使 用 , 大田应用中对水稻纹枯病防效达 70 %以上 。 武汉天惠生物工程公司开发的枯草芽孢杆菌制剂 依天得(有效成分为 BS-208)已广泛应用于蔬菜 、 果树和花卉等园艺作物的灰霉病 、白粉病 、霜霉病 等病害的防治 , 并可与多菌灵 、甲基托布津 、百菌 清等化学杀菌剂混用 , 增效作用明显 。
枯草芽孢杆菌的开发应用潜力较大 , 经培养 发酵可加工成固体细菌杀菌剂 。 除了杀菌外 , 还 具有促进根 系发育和 植株生 长的作 用 。 Kodiak 是在美国上市的枯草芽孢杆菌新品种 , 主要用于 防治植物免受病原菌 Fusari um 和 Rhizoctonia 的 侵染 , 并具有刺激植物生长的作用 , 在美国的用量 稳步上升 。许多枯草芽孢杆菌的菌株可以产生对 主要植物病原真菌具有抑制活性的代谢产物 , 可 通过发酵大量生产 , 极有可能发展成 为如 BT 一 样得到广泛应用的生物农药 。
辽宁农业科学 2007(1):46～ 48 Liaoning A gricultural Sciences
文章编号 :1002 -1728(2007)01 -0046-03
枯草芽孢杆菌在植病生防中的作用机制与应用
赵 达1 , 2 , 傅俊范1 , 裘季燕2 , 刘伟成2
(1.沈阳农业大学植物保护学院 , 辽宁 沈阳 110161; 2.北京市农林科学院植保环保所 , 北京 100089)
事实上 , 生防细菌对植物病原物的抑制通常 并非某一机制的单独发挥 , 而更多的是两种或两 种以上抑菌机制协同作用的结果[ 12] 。
2 枯草芽孢杆菌在植物病生防中的应用
国内外使 用芽孢杆菌防 治植物病害 非常广 泛 , 尤其是枯草芽孢杆菌 。由于它的安全性和能 产生多种抗菌物质的特性而受到生物防治工作者 的偏爱 。 目前已有很多优良的枯草芽孢杆菌菌株 应用于生产实践 。日本东京技术研究所的枯草芽 孢杆菌 RB14 和 NB22 分别对 Rhizoctonia solani 、 Fusarium orysporum 和 Pseudomonas solanacearum 引起的番茄病害有良好的防效 。澳 大利亚开发的枯草芽孢杆菌 A-13 对麦类和胡萝 卜立枯病以及其它土传病害具有很好的防治和增 产作 用 。 美 国 的 4 株 枯 草 芽 孢 杆 菌 GBO3 、 MB1600 、QST 713 和 FZ B24 获得环保局(EPA)商 品化或有限商品化生产应用许可 , GBO3 、MB1600 分别由美国 Gustafson 公 司和 M icrobis Lt d 公司 开发 , 根 部 施 用 或 拌 种 可 防 治 Fusari um 、 Aspergil lus 、Al ternaria 和 Rhizoctonia 引起的豆类 、 麦类 、棉花和花生根部病害[ 13] 。我国利用枯草芽 孢杆菌防治植物病害的应用研究也达到了世界先
3 枯 草芽 孢 杆 菌在 植 病害 生 防 中存 在 的 问题与对策
目前 , 枯草芽孢杆菌作为生防菌在发展过程 仍存在许多问题 。大多数枯草芽孢杆菌的生防研 究总体上还处于实验室阶段 。 在生产应用时 , 由 于易受土壤温湿度 、pH 值 、作物生长状况及土壤 中生态系统等微环境因素的影响 , 防效不稳 。因 此 , 影响了枯草芽孢杆菌的大面积推广应用 。要 解决这一问题 , 可探讨二种主要对策 。 首先是与 化学农药复配使用 。 使用化学药剂的目的是帮助 枯草芽孢杆菌克服在土壤生态环境里定殖的过程 中与其它微生物群落竞争 , 形成优势种群 , 使之有 足够的群体数量来克服包括病原菌在内的土壤习 居微生物的排斥 , 保持其在植物根 、叶周围定殖 , 分泌抗生素 , 诱导植物抗病性等作用 , 同时发挥化 学药剂抑菌迅速 、防效稳定的优势 , 通过复配协同 作用达到优势互补 、用量减少 、防效增强的目的 。
摘要 :概述了枯草芽孢杆菌在植物病害生物防治 领域的研究进展 , 包括枯草芽孢杆菌的控病作用机制 , 在植病
生防中的应用 , 讨论了目前枯草芽孢杆菌在植物 病害生物防治中存在的主要问题及解决对策 。
关键词 :枯草芽孢杆菌 ;植物病害 ;生物防治
中图分类号 :S476+ .8
文献标识码 :B
枯草芽 孢杆菌(Baci llus subtil is), 是内生芽 孢的革兰氏阳性细菌 , 根据菌落形态 、生理生化特 性以及形成芽孢等特点而命名为枯草芽孢杆菌 , 其生理特性丰富多样 , 极易分离培养 。 该菌在自 然界中广泛存在 , 同时还是植物体内常见的内生 细菌 , 对人畜无毒害 , 对环境无污染 , 具有显著的 抗菌活性和极强的抗逆能力 。 其芽孢可以制成粉 剂 、可湿性粉剂等各种剂型或与化学农药混用而 不失活[ 1] 。随着“绿色植保”和“公 共植保” 观念 的增强 , 枯草芽孢杆菌作为生物防治的潜在优势 倍受关注 。 近年来 , 国内外学者就枯草芽孢杆菌 防治植物病害方面进行了大量研究 , 并已开发出 多种商品化菌剂应用于农业生产 。
收稿日期 :2007 -01 -05
ห้องสมุดไป่ตู้
第1期
赵 达等 :枯草芽孢杆菌在植 病生防中的 作用机制与应用
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抗菌物质可以使芽管及成熟菌丝体的生长点膨大 致畸 , 最后细胞破裂 , 内含物溢出 , 菌丝体崩溃 , 从 而导致菌丝体生长受到抑制[ 7] 。 另外 , 枯草芽孢 杆菌对葡萄蔓枯病和灰霉病菌也表现出同样的控 制作用 。枯草芽孢杆菌可产生一系列抗生素 , 其 中脂肽类物质是其主要抗菌物质之一 。 脂肽类生 物表面活性剂易溶于水 , 在油水界面上具有良好 的表面活性 ;与化学表面活性剂相比 , 易被生物降 解 。 如枯草菌素(subt ilin), 伊枯草菌素(it urins)、 杆菌肽(bacit racin)等 , 其中包括 iturin A-E , bacillomycin D , F , L , 和 mycosubtilin , 它们都是由七个 α-氨基酸 (Al-A7)和一 个 独 特的 β-氨 基 脂肪 酸 (βAA)组成的环状肽 , 它们有一个一般的序列即 c [ βAA-Asx-T y r-Asn-A4-A5-A6-A7] , 在 β-氨 基 酸 之后 , 从第一个 α-氨基酸 开始 , 从开环肽的 N 末 端到 C 末端依次编号为 1-7 。 由于脂肪酸键可以 是 n-, iso-或 anteiso 等形式 , 所以每一种伊枯草菌 素都有多种同分异构体 , 自然产生的伊枯草菌素 为八种同分异构体 A1-A8 组成的混合 物 。 伊枯 草菌素 A (Iturin A)是 一种 环状 脂肽 , 序 列为 c [ βAA-Asn-Ty r-Asn-Glu-Pro-Asn-Ser] , 具 有 较 强 的抗真菌活性 , 且对哺乳动物毒性很低 。枯草芽 孢杆菌 IFO3039 、YB8(Kenji T suge 等 1996)产生 的脂肽类表面活性剂 , 商品名为表面活性素(surf actin)。 此 外 , Leif fert 报 道 的 枯 草 芽 孢 杆 菌 C L27 也可 以分 泌 脂肽 类物 质 。 枯 草芽 孢 杆菌 168 可产生非核糖体抗生素 bacolysin 和磷脂类抗 生素 bacily socin 物质 。 Erw in H .等人报道的枯草 芽孢 杆菌 AT CC6633 分泌抗 菌枯草 菌素 mycosubtillin 。 1.3 诱导植物抗病性
枯草芽孢杆菌不但能直接抑制植物病原菌的 生长与繁殖 , 而且能通过诱发植物自身的抗病潜 能从而增强植物的抗病性 , 即具有诱导植物产生 抗病性的作用 。
Baci llus subt ilis FZB24(r)产生 与植物抗性 蛋白合成基因表达相关的信号蛋白 , 诱导植物抗 性 , 也可通过分泌相关蛋白如丝氨酸专性肽链内 切酶(Serinespecific endopeptidases)直接诱导植物 抗性[ 8] 。 用 Baci llus subt il is AF 1 处 理木豆种子 能诱导木豆苯丙氨酸解氨酶(PA L)活性增加[ 8] 。 Baci llus subti lis IN937 也能诱导黄瓜对 Ervoinia
1 枯草芽孢杆菌的控病作用机制
有关枯草芽孢杆菌的控病作用机制 , 国内外 学者从各个角度进行了广泛探讨 , 其作用方式多 种多样 , 概括起来主要有竞争 、拮抗 、诱导植物抗 病性和促进植物生长等几个方面[ 2] 。 1.1 竞争作用
竞争作用是生防微生物发挥作用的重要机制 之一 。枯草芽孢杆菌的竞争作用主要包括营养竞 争和空间位点竞争 。 枯草芽孢杆菌以空间位点竞 争占优势 , 即在植物根际 、体表或体内及土壤中快 速 、大量繁衍和定殖 , 有效地排斥 、阻止和干扰植 物病原微生物在植物上的定殖与侵染 , 从而达到 抑菌控病效果 。 营养竞争只在少数菌株中发现 ,
这些菌株可在营养条件好的植物伤口和温湿度适 宜 、比较隐蔽的 、微环境相对稳定的叶面凹陷处 、 绒毛基部等定殖 , 表现出较强的竞争能力 。
植物内生枯草芽孢杆菌在植物体内具有很好 的定殖和繁殖能力 。 Baco n 分离的玉米内生枯草 芽孢杆菌与病原串珠镰孢菌有相同的生态位 , 因 枯草芽孢杆菌能在玉米体内迅速定殖和繁殖 , 有 效降低串珠镰孢菌 及毒素的积累[ 3] 。 何红等研 究表明 , Bacill us subti lis BS-2 和 BS-1 菌株可通 过浸种 、灌根和涂叶等接种方法进入番茄等多种 非自然宿主植物体内定殖[ 4] 。 1.2 拮抗作用
枯草芽孢杆菌产生的抗菌物质主要通过溶解 细胞壁或细胞膜 , 造成原生质泄漏使菌丝断裂或 畸形 , 同时抑制孢子萌发 。刘振宇等在研究枯草 芽孢杆菌对桑炭疽病菌的抑制作用时发现 , 枯草 芽孢杆菌产生的抗菌物质能导致桑炭疽病菌的菌
丝及萌发的分生孢子 产生的芽管和 菌丝出现畸 形[ 6] 。穆常青等研究发现 , 枯草芽孢杆菌分泌的