番茄早疫真菌病害的防治研究综述

时间：2015-12-21 00:06:46 所属分类：植物保护 浏览量:

引言 番茄早疫病（tomato early blight）在植株全部生长发育期能够普遍发生，除抑制植株生长外，还会直接危害植物的茎、叶、果，其病斑常有轮纹，色深，具暗色霉层，多为圆形，一般被称为黑斑。该病常年造成减产20%~30%,严重时可达 50%以上，甚至绝产[1].该

　　引言　　　　番茄早疫病（tomato early blight）在植株全部生长发育期能够普遍发生，除抑制植株生长外，还会直接危害植物的茎、叶、果，其病斑常有轮纹，色深，具暗色霉层，多为圆形，一般被称为黑斑。该病常年造成减产20%~30%,严重时可达 50%以上，甚至绝产[1].该病原茄链格孢菌可利用分生孢子多次重复侵染植物，并可利用外界媒介扩大侵染范围，如不及时加以防治，会给农业经济造成不可估量的损失[2].目前已经发现的链格孢菌属真菌大约有500多种，可产生70多种有毒代谢产物--链格孢毒素，绝大部分兼性寄生在植物上，能引起多种植物病害。茄链格孢属真菌，主要通过破坏寄主细胞的细胞壁、细胞质、细胞膜、线粒体、叶绿体、一些代谢相关的酶类以及介导寄主致病等方式兼性寄生生活[3].虽然使用农用化学药品防治番茄早疫病见效快、成本低，但也引发了很多的问题。使用环境友好、卫生安全的植物保护方法以及生物来源的植物保护剂已成为未来防治番茄早疫植物真菌病害的必然趋势。利用微生物来防治植物真菌病害，是当今植物真菌病害界十分热门的研究领域之一。微生物防治是指通过生物间的相互作用，利用有益微生物[4]或其代谢产物抑制致病微生物生长的生物防治手段[5].微生物资源丰富，具有较强的选择性，良好的防治效果，不破坏生态环境，对人体健康无害，且成本低，因此具有广阔的发展前景[6].其中，植物真菌病害生物防治是指利用有益微生物抑制致病真菌的生长，对农作物真菌病害进行防治的方法[7].　　　　目前，已知的拮抗微生物防治植物真菌病害的作用机制主要有重寄生作用、抗生作用、竞争作用和诱导抗性作用，实际应用中每一种拮抗菌发挥其抑菌效果往往不是只依靠某一种机制，而是多种生防机制共同作用的结果。目前，用于植物病害生物防治的拮抗微生物种类繁多，来源丰富，笔者主要就酵母菌、放线菌和细菌对番茄早疫真菌病害的防治研究进展做一综述，旨在为本领域同行提供参考。

　　1 酵母菌防治番茄早疫病害研究现状

　　酵母菌是一种在有氧和无氧环境下均可生存的单细胞真菌。由于它具有不产生抗菌素，生存能力强（耐受低温、能在干燥的环境中存活较长时间），能迅速繁殖，可以产生胞外多糖，对化学农药具有较强的耐受性等优点，所以酵母菌是一种具有良好应用前景的防治植物真菌病害的拮抗微生物[8].酵母菌作为生防菌的作用机制主要有竞争作用、寄生作用、诱导寄主产生抗病性以及直接作用于致病菌等[9].由于酵母菌本身不产生抗菌物质，所以竞争作用是酵母类拮抗菌发挥生防作用的主要作用机制[10].竞争作用的机理是通过拮抗菌与病原菌竞争营养物质、氧气、水分、空间等资源，使病原菌的生长繁殖因缺乏必要的生存物质和生存环境而受到影响或导致死亡[11].

　　但竞争机制取决于拮抗菌和病原菌的种类，不同的种类竞争机制往往也不尽相同。近年来筛选了大量对番茄早疫病菌有抑制作用的酵母菌，周防震等[12]从120株酵母菌中筛选出11株对番茄早疫病菌有拮抗作用的酵母菌，其中有7株酵母菌，处于一定浓度范围时，能完全抑制茄链格孢菌的生长，通过果实接种试验法还发现酵母菌菌株L-1-6能够有效抑制3个品种番茄的早疫病，平均抑菌率达77.8%.现已研究发现的能够防治植物真菌病害的酵母菌有20多种，如季也蒙毕赤酵母（Pichia guilliermondii）、柠檬克勒克氏酵母（Kloeckera apiculati）、隐球酵母菌（Cryptococcus sp.）、假 丝 酵 母 菌 （Candida famata）、罗 伦 隐 球 酵 母（Cryptococcus laurentii）、季 氏 假 丝 酵 母 （Candidaguilliermondii）和红酵母菌（Rhodotorula glutinis）[13]等。

　　2 放线菌防治番茄早疫病害研究现状

　　放线菌是最早被研究且应用到生产中的能产生大量抗生素的一种生防微生物[14].抗生素是微生物产生的一种特殊的次生代谢产物，现有的抗生素中80%左右是由微生物产生的，对产生菌无害。抗生素既不是细胞的储存养料，也不参与细胞结构的构建，但它能够通过影响微生物细胞代谢的某些过程或提高某些酶活性来抑制致病菌的生长或致使其死亡。如研究发现某些抗生素对微生物细胞壁的生物合成有阻碍作用，某些抗生素则能够抑制蛋白质和核酸的合成。有的抗生素只能单一作用于某种微生物，有的则具有广谱拮抗作用[15].抗生素的抗菌机制除了影响病原菌的形态结构和干扰代谢过程外，有的还能诱导植物防御反应相关酶的活性增高，从而提高植物抗病力[16].国内外利用放线菌防治番茄早疫病害有很多报道，如Verma等[17]发现，用3株内生放线菌菌株的孢子悬液处理种子，能有效拮抗番茄早疫病植物病原体的生长，并且能促进植物生长。植物内生放线菌Lj20是从健康辣椒根部分离得到的1株具有优良生防特性的菌株，该菌株萃取物对包括茄链格孢菌在内的4种病原真菌的菌丝生长、孢子萌发均有抑制作用，对细胞膜透性也有影响[18].

　　赵芳华等[19]以番茄早疫病菌为指示菌，从番茄栽培地土壤中分离出对指示菌有良好防治效果的3株细菌，其中放线菌FX-03的防治效果达到了75%以上。马桂珍等[20]筛选出1株对包括番茄早疫病在内的9种植物病原真菌菌丝生长有抑制作用的抗真菌海洋放线菌。

　　有 60% 的 生 防 放 线 菌 来 源 于 链 霉 菌（Streptomycetaceae），链霉菌是一类能产生多种代谢产物的革兰氏阳性菌。该菌对植物真菌病害的防治主要是依靠拮抗作用、植物诱导抗性作用和竞争作用，一般是其中2种或3种方式共同作用[21].据研究表明，部分链霉菌具有广谱拮抗作用，腐生链霉菌10-4对20种植物病原真菌具有较强的抑制活性，特别是对链格孢菌、稻瘟病菌、小麦根腐病菌、丝核菌、炭疽病菌和玉米大斑病菌，菌丝生长的抑制率已超过90%,菌株10-4的5倍稀释液对番茄早疫病的防治效果也能达到70%以上[22].胡杨等[23]从31株海洋微生物中筛选到12株对多种植物致病真菌具有拮抗作用的菌株，其中1株链霉菌对茄交链格孢霉的离体抑菌活性和化学农药异菌脲相当。目前已有在生产上得到广泛应用的链霉菌的代谢产物，如井岗霉素、武夷霉素等[24].

　　3 细菌防治番茄早疫病害研究现状

　　由于细菌代谢产物简单，易于培养，筛选范围广泛，故细菌作为拮抗微生物应用于实践生产的潜力非常大。目前发现的拮抗细菌，主要包括芽孢杆菌属（Bacillus spp.）、假单孢菌属（Pseudomonas spp.）、红酵母属（Rhodotorula）和沙雷菌属（Serratia spp.）等。研究表明，拮抗细菌的生防机制主要是抗生作用，抗生作用的机理是利用拮抗微生物产生的高浓度的抗菌物质，如抗菌肽、抗生素、次生代谢产物、水解酶类等来抑制病原菌的生长或致其死亡，从而达到防治植物真菌病害的目的[25].国外的研究者们发现了很多可以抑制番茄早疫病菌生长的细菌，如从油菜分离出来的内生菌Bacteria yc8 的发酵液可有效抑制茄链格孢菌孢子萌发和菌丝生长，显微镜下研究发现，该内生细菌的抑菌机制是能产生可导致病原菌细胞变形、细胞壁倒塌、细胞质泄露的物质[26].Ma等[27]发现的海洋细菌BacteriaL1-9 及其发酵液能有效抑制包括茄链格孢菌在内的 9种植物致病真菌的生长繁殖。Roberto Lanna Filho等[28]研究表明，番茄植株的附生细菌（如浸麻类芽孢杆菌、短小芽孢杆菌附生细菌）能大大降低早疫病的发病严重程度，能减少70%的植物病原细菌细胞数量，并能有效地拓殖番茄植物的叶面。类芽孢杆菌LentimorbusB-30488r 通过诱导番茄植株抗性、降解病原菌细胞壁、竞争叶面营养素来防治由茄链格孢菌引起的番茄早疫病，且不会影响到番茄植株根际微生物种群[29].

　　3.1 芽孢杆菌

　　在拮抗细菌的利用中，芽孢杆菌（Bacillus spp.）遍及土壤，耐热，在特殊生境下易于存活[30],营养简单，能分泌产生非致病性的蛋白质和代谢物，是目前生防细菌中研究较多的一类。因其易于培养，能够形成抵抗力强的芽孢，是一类理想、安全的生防菌筛选对象[31].研究发现，Paenibacillus ehimensis KWN38表现出较高的抗真菌活性，该菌株产生的挥发性抗菌化合物具有强烈的真菌生长抑制作用，同时具有较高的纤维素酶、几丁质酶、葡聚糖酶和蛋白酶活性，对番茄早疫病有明显的抑制作用，是一种潜在的土传真菌病害防治剂[32].

　　采用生长速率法研究发现，芽孢杆菌B1、B2、B6、B8与低浓度的扑海因混配对番茄早疫病菌有良好的抑制作用[33].测试了45株芽孢杆菌菌株抑制番茄早疫病菌的能力，发现其中28株有抑菌能力（表现出明显的抑菌圈）。表明这28株芽孢杆菌能够产生抑制茄链格孢菌生长的化合物[34].目前应用于植物病害的种类主要有枯草芽孢杆菌（B. subtilis）、蜡状芽孢杆菌（B. cereus）、巨大芽孢杆菌（B. megateriums）、多粘芽孢杆菌（B. polymyxs）和短小芽孢杆菌（B. pumils）等[35].芽孢杆菌属能够产生不同的抗菌物质，如抗生素，它能够产生70多种不同的抗生素，枯草芽孢杆菌是这些物质在属的主要生产者。枯草芽孢杆菌是一种产芽孢的革兰氏阳性细菌，能够产生耐热、耐旱的内生孢子，抑制植物病原菌的范围很广，是一种理想的生防微生物，其抑制病原菌的作用机制包括竞争作用、拮抗作用、溶菌作用、促进植物生长、诱导植物产生抗病性等5个方面[36].黎起秦等[37]对番茄内生枯草芽孢杆菌B47进行了研究，发现该菌株入侵番茄植株后主要定殖在维管束的导管中。近几年，有许多科学工作者陆续发现了对番茄早疫病菌有拮抗作用的枯草芽孢杆菌，进一步证实了其生防作用。杨冬静等[38]从油菜田土壤中分离得到一株能够在番茄根茎内长期定殖，且对番茄早疫病菌有明显拮抗作用的枯草芽抱杆菌 NJ-18.胡青平等[6]对枯草芽孢杆菌QM34 研究发现，该菌株对番茄早疫真菌病害有较强拮抗作用，其拮抗机理也进行了深入的研究，与上述抑制病原菌的作用机制相符。目前国内外已有许多优良的、具有拮抗功能的枯草芽孢杆菌菌株应用于生产实践。

　　3.2 乳酸菌

　　乳酸菌（Lactic acid bacteria,LAB）是一类形态、代谢性能和生理学特性不完全相同，可发酵碳水化合物产生乳酸的革兰氏阳性细菌的统称[39],是欧盟认定的具有安全推广资质的微生物。乳酸菌在许多营养素丰富的环境和各种食品中被发现，例如在乳制品、肉类产品和蔬菜中。Sathe等[40]发现新鲜蔬菜有望成为抗真菌乳酸菌源。

　　乳酸菌长期被用作天然的食品发酵剂，不仅是因为它们有助于食品酸化和改善口感，更是因为它们有拮抗特性，能够防止由于霉菌或细菌侵染所致的食品腐败变质[41],在天然防腐的这个商业领域具有巨大发展潜能。这种抗菌活性与乳酸菌发酵过程中产生的多种抗菌化合物有关，如乳酸、乙酸、苯乳酸、二氧化碳、乙醇、过氧化氢、二乙酰、羟基脂肪酸、抗菌多肽以及细菌素[42],特别是其能产生抗菌多肽[43]和细菌素[44]的能力引起了科学界的广泛关注。LAB还表现出抗真菌活性，有机酸[45]、罗氏菌素、脂肪酸、环二肽和蛋白类化合物等几种具有可单独或通过协同作用抑制真菌生长的低分子化合物被分离出来。有机酸主要通过协同作用降低环境pH来抑制真菌生长和代谢。罗氏菌素是由Lactobacillus reuteri 生产的具有广谱抗菌作用的物质。罗氏菌素分子量低，抗菌谱广，对霉菌具有一定程度的抑制作用，当Lactobacillus coryniformis将甘油转化为3-HPA时，可以观察到其抑真菌性能的增强，而抑菌性能的增加是由于甘油降解并生成罗氏菌素[46].脂肪酸具有抗真菌和抗细菌双重抗性。Broberg等[47]在由 Lactobacillus plantarumstrains MiLAB 393 或 者MiLAB 14 发酵的青贮饲料中检测到了相当产量的3-羟基癸酸和 2-羟基-4-甲基戊酸及其他抑真菌物质。

　　研究者认为，脂肪酸由于将真菌细胞膜中的脂质双分子膜分开，影响了细胞膜的完整性，从而增加了细胞膜的流动性，造成细胞膜渗透性增加，使得细胞内的电解质及蛋白流失，最终造成细胞瓦解，使真菌细胞死亡[48].环二肽，又名2,5-二氧哌嗪，众多的研究发现乳酸菌产生的环二肽具有抗真菌作用，如Dal Bello等[49]研究发现由Lactobacillus plantarum FST 1.7发酵上清液中分离的cyclo（L-Leu-L-Pro）和cyclo（L-Phe-L-Pro）具有抗真菌作用。目前，已有众多的研究发现能够产生对真菌有抑制作用的蛋白类化合物的乳酸菌，其中乳杆菌属占主导地位。戚薇等从60株乳酸菌中筛选出9株菌对番茄早疫病菌的生长有抑制作用的乳酸菌，其中干酪乳杆菌IMAU10041对番茄早疫病菌有较高的抑菌活性，干酪乳杆菌IMAU10041发酵液经胰蛋白酶、中性蛋白、蛋白酶K处理后失去部分抑菌活性，这表明发酵液中可能含有蛋白类抑菌物质[50].

　　4 展望

　　茄链格孢菌属引起的番茄早疫植物真菌病害危害面广，在温室和大田均可发病；危害品种多，除番茄外，还可侵染辣椒、马铃薯等茄科类植物；会直接危害果蔬的可食用部分，从而对人体健康造成伤害。目前番茄早疫植物真菌病害的防治主要依赖化学药剂，但是长期使用化学药剂会破坏生态系统、诱导抗药性的产生、给人类健康造成难以预计的损伤，因此，使用安全无毒的微生物防治方法是未来发展的必然趋势，有广阔的应用前景。该病害的微生物防治近年来已经有了长足的发展，离体筛选出了很多具有生防作用的拮抗菌，如上所述，包括酵母菌、放线菌、细菌等。在国外，目前已有很多优良的拮抗菌应用于生产实践 ,如美国Agraquest 公司用枯草芽孢杆菌菌株开发出了活菌杀菌剂，叶面施用可防治包括疫病在内的多种类型的植物真菌病害。但在国内，大多数生防手段和制剂的开发依然处于试验探索阶段，仍未见有大面积应用的、能有效防治茄链格孢菌属引起的植物真菌病害的微生物制剂的相关报道。综上，番茄早疫病害微生物防治今后的研究应主要集中在以下几个方面。

　　4.1 增加可信度

　　很多拮抗菌都是实验室离体筛选的，拮抗菌在实践环境中的大规模应用效果有待进一步研究，所以需要建立快速、有效、大规模地拮抗菌筛选方法，进一步研究拮抗菌和植物原有微生物群落之间的相互作用，采用活体筛选，以确定实验室离体筛选出的拮抗菌是否能在复杂的自然环境中起作用。

　　4.2 深入研究作用机理

　　茄链格孢菌真菌病害的微生物防治作用机理尚未完全清楚，只研究发现了几种作用机制，但每种微生物的作用机理都不尽相同，起拮抗作用的微生物代谢产物大部分也未能在分子水平上阐述其本质，因此需要结合分子生物学、真菌学、细菌学、植物学、微生物学、基因工程等相关学科进行更进一步的研究，对拮抗菌进行改良，降低成本，改善性能，提高拮抗菌的稳定性，确保其能在商业生产条件下生产，使其加快商品化进程。

　　4.3 将微生物防治与其它防治方法相结合

　　微生物防治虽然有低毒、健康、无污染等优点，但同时也有防治效果不稳定、防治作用单一、商业化生产技术不完善等缺点，所以将拮抗微生物与物理的、化学的或与其他拮抗微生物结合防治，可能会产生增效作用。

　　4.4 拓宽生防微生物的研发途径

　　目前生防微生物的获取途径还主要集中在常规环境，未来的研发过程中，应拓宽拮抗微生物的获取途径，关注极端环境微生物及其产生的代谢产物的开发利用。

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