拮抗木霉菌在生物防治中的作用

收稿日期:2000-03-06;修订日期:2000-06-24

基金项目:天津市重大科技攻关项目(993121311)

作者简介:杨依军(1962—),男,吉林市人,副研究员,博士,主要从事分子植物病理学研究.

拮抗木霉菌在生物防治中的作用

杨依军1,王勇1,杨秀荣1,齐中波2,程根武

3(1天津市植物保护研究所,天津　300112;2天津市科学技术委员会,天津　300042;

3沈阳农业大学植保系)摘　要:　简述了拮抗木霉菌的抑菌作用机理、生防工程菌株的构建、生防制剂的研

究及其应用现状。展望了拮抗木霉菌在生物防治上的应用前景。

关键词:木霉菌;生物防治;拮抗作用

中图分类号:S 476+.8　文献标识码:A 文章编号:1006-6500(2000)03-0029-05

木霉属(Trichoderma spp .)真菌归于半知菌亚门、丝孢纲、丝孢目,粘孢菌类。它是自然界中普遍存在的一类真菌,常见于植物残体及动物粪便上,从植物根围及种子、球茎表面经常可以分离到。木霉属菌具有重要的经济意义,某些木霉种具有很强的水解活性,如里氏木霉(T .reeaei )可用于生产纤维素酶和动物糖蛋白。此外,少数木霉种群被认为是植物根围的微效病原菌,这些木霉能引起蘑菇病害。

在木霉菌的种群中有一大类被称为拮抗木霉,它们对许多植物病原菌具有寄生或拮抗作用,如哈茨木霉(T .harz inum )、绿色木霉(T .v iride )、钩状木霉(T .hamatum )、长枝木霉(T .longibrachiatum )、康氏木霉(T .koningii )以及新近归为粘帚霉属的绿粘帚霉(Gliocladium vir ens =T richoderma vir ens ),但目前农业生防上商业化的产品主要是哈茨木霉菌株及少量的绿色木霉菌株[9]

。

本文仅就拮抗木霉的胞外酶类、次生代谢产物、基因工程菌株的构建、生防制剂的研究与应用等方面简述如下:1　拮抗木霉菌的胞外酶

1.1　种　类

拮抗木霉菌与生防作用有关的胞外酶主要是几丁质酶类和 -1,3-葡聚糖酶。其中几丁质酶类中两种为外几丁质酶:N -乙酰- -D -氨基葡聚糖苷酶(N -acety 1g lucosam indase )和几丁二糖酶(Chitobiosidase),另一种为内几丁质酶。经测定,几丁二糖酶的分子量为40Kda,内几丁质酶的分子量为41Kda 。已有研究表明上述酶类对植物病原真菌的胞壁具强烈的水解作用,从而抑制病原菌孢子萌发并引起菌丝和孢子崩解,而且它们之间具有协同作用,同时也具有与杀菌剂及细菌等生防因子协同作用的功效。Lorito 等人用从哈茨木霉P 1菌株中提纯的内几丁质酶和几丁二糖酶测定对9种植物病原菌的活性,发现对大多数病原真菌上述两种几丁质酶2000年9月Sep.2000 天津农业科学T ianjin A g ricultura l Sciences 第6卷第3期V o l.6　N o.3

的ED 50分别为35～135 g /mL;而哈茨木霉P 1菌株本身对上述几丁质酶具有高度的抗性ED 50>1000 g/mL 。这主要是由于酶作用病原菌细胞壁及原生质膜,有助于抗生素扩散到作用位点上[10,11]。

也有研究证明:哈茨木霉在植物病原菌诱导下可以分泌丝氨酸组蛋白酶,这种蛋白酶与枯草溶菌素(Subtilysins )一族的丝氨酸蛋白具有一定同源性[6]。

1.2　生防因子酶类的产生特性

上述已报道的木霉菌产生的胞外酶类与它的培养基碳源有关,当培养基中的壳多糖、昆布糖、纤维二糖、羧甲基纤维素和富含纤维素的物质分别或组合为基础碳源时有利酶的产生。在基础培养条件下加入尖孢镰刀菌(Fusarium oxy sp orum )、立枯丝核菌(Rhiz octonia solani )或罗氏白绢小菌核菌的菌丝细胞壁时,可提高酶的产生水平[12]。

2　拮抗木霉菌产生的抗生物质

拮抗木霉菌可以产生抗生物质,它是由木霉菌次生代谢生成的。将康氏木霉、钩状木霉、哈茨木霉液体培养后研究它的次生代谢产物共有8种。Ghisaberti 测定哈茨木霉73菌株的液体培养代谢产物,其中生物合成相关的代谢产物均对小麦全蚀病(Gaeumnnomyces graminis var.tritici Ggt .)有拮抗作用。

木霉菌产生的挥发和非挥发性的物质,主要有:木霉素(trichodermin )、胶毒素(g liotoxin)、绿木霉素(viridin)、胶绿木霉素(glioviridin)、抗菌肽(peptide antibiotic)等。Lynch 研究表明,哈茨木霉防治立枯丝核菌的主要机制之一是产生一种挥发性的抗生素,具有椰子香味,经鉴定为六戊烷基吡喃酮。从长枝木霉和绿色木霉中分离提纯了一组特殊的抗菌肽。分别为T richbr achin 和Trchoirin,并测出了氨基酸序列[7]

。

某些抗生素在一定条件下可转化为不具抗菌活性的化合物。如胶霉毒素,在酶的作用下或在代谢进程中可转化为二甲基胶霉素而丧失抗菌活性。绿木霉素的性质也极不稳定,它可转化为还原产物Vir idiol ,这是一种具有极小抗菌活性的物质,不过它具有强烈的除草作用,同时对农作物也具有毒害作用。3　用于生物防治的拮抗木霉菌工程菌株的构建

近几年的研究发现,木霉菌作为主要基因的表达分泌系统,正普遍受到关注,这不仅因为木霉具有比较成熟的发酵培养技术,更因为木霉菌具有很强烈的蛋白质胞外分泌能力,这为构建木霉工程菌株提供了良好的基础。长期以来研究人员一直关注着与真菌寄生相关的酶类如外源几丁质酶、内源几丁质酶和其它水解酶类在木霉菌防治病害中的作用。

Hara 等将野生哈茨木霉生防菌株进行改造,将Ser ratia marcescent 的几丁质酶基因的质粒pSL3chi Ⅲ及带有amds 标记的质粒p3SR2转化到哈茨木霉,得到的两个转化子在合成培养基上表现增强子的几丁质酶特性,并检测到Seeratia mar cescent 几丁质酶的存在。体外拮抗试验表明,转化子对罗氏小核菌(Sclerotirum rolf sii )的抑菌圈大于野生菌株[8]

。

有人曾报道当插入内生几丁质酶基因ech 42后,重组技术改造的转基因Trichoderma 工程菌株室内测定可较野生菌株减少发病9%～19%,室内测定插入失活几丁质酶基因・30・ 天津农业科学 第6卷