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利用放线菌进行植物病害的防治

来源:http://www.zhibao17.com/ 更新时间:2013-02-19 阅览4841次

      由于化学农药危害环境,而且其高毒性容易对人体造成伤害,开发新型生物农药成为人们关注的焦点。放线菌作为微生物源农药之一,在生物防治中具有很多优势。放线菌分布范围广、种类多,自从发现放线菌至今,已经报道的放线菌有69个属1687种;很多放线菌可产生多种抗生素和酶,在微生物产生的新生物活性物质中,放线菌产生的就占到了74%;有些放线菌还可寄生于植物病原菌中;此外,在自然环境中放线菌可通过产生植物激素和植物生长抑制剂,调整土壤的微生态环境,对提高植物抗性和抑制土传植物病菌具有重要作用。因而,放线菌制剂成为替代化学农药的主要资源,广泛用于农业生产中,假如植物病害检测仪发现植物发生病害,立即采用放线菌进行防治,效果明显并且生态化。
      植物体的侵染性病害主要由细菌、真菌和病毒引发,放线菌对于这些病害具有十分明显的防治作用。其主要作用概括如下:放线菌是产生抗生素的主要微生物来源。放线菌的抗生作用体现在次级代谢产物即抗生素对病原菌直接的抑制和致死作用。抗生素对病原菌细胞和大分子物质合成的影响表现在抑制蛋白质、核酸和质膜的合成,或者干扰病原菌的代谢系统,从而抑制其生长。对于抗生素作用于蛋白质合成系统的研究较多,如研究较早的放线菌酮和氯霉素,后来发现的中生菌素可抑制DLH亮氨酸掺入蛋白质。有些抗生素如TS99可作用于病原菌细胞壁或细胞膜,使得菌体细胞破裂。还有抗生素如万隆霉素可以抑制呼吸链中的NADN氧化酶活性,影响病原菌呼吸代谢。放线菌还可使病毒粒子凝聚钝化失去侵袭力,来实现抑制病毒侵染。
      重寄生指一些寄生病原菌又被其他微生物寄生的现象,往往由水解酶介导。放线菌重寄生在病原菌营养菌丝体,能使菌丝发生形态上的畸变,菌丝体破裂。这种相互作用包括放线菌产生附着胞缠绕在病原菌菌丝体上并侵入,菌丝在真菌内的分支使真菌菌体呈粒状、细胞质凝固和菌丝溶解。游动放线菌属的游动孢子也具有重寄生能力,靠趋化作用重寄生于病原菌的休眠孢子、有生长力的菌丝体或者卵菌纲真菌的休眠合子进行繁殖。
      抗生作用和重寄生作用相辅相成,有些抗生素破坏宿主细胞细胞壁的完整性,使得放线菌通过重寄生作用侵入病原菌细胞。从生态学角度看,植物病害发生的原因是植物、病原菌和周围微环境组成的微生态系统失衡。因此,利用生防放线菌来调节植物与病原菌以及微环境中的生物平衡,也可以达到防治病害的目的。土壤中N、P元素是植物生长的必需元素,但大量的P在土壤中以不溶的金属螯合物存在。有些生防放线菌能产生磷酸酶,增溶土壤中的P元素,更好地促进植物吸收。Hamdali等发现,将小单孢菌属和链霉菌属的两株放线菌接种在含磷酸岩的培养基上,能显著增加小麦植株N、P含量,又能有效减少腐霉菌对小麦种子的侵害。放线菌还可通过固氮作用,产生植物激素和生长促进剂直接促进植物生长,表现在植物干重和叶绿素含量增加,根系发育增强等。Khamna等从柠檬草根系土壤中分离出的链霉菌CMU-H009产吲哚-3-乙酸(IAA)的活性非常高,对玉米根系的伸长和豇豆种子的萌发都有显著的促进作用。另外,放线菌还能诱导菌根(AM)中真菌的孢子萌发,有利于菌根这一真菌-植物互惠共生体生长。目前,放线菌菌剂已经用于农作物、蔬菜瓜果和药用植物的生物防治中,可以防治棉花黄萎病、烟草黑胫病,番茄青枯病、人参根腐病等多种植物病害。
      放线菌菌剂可以用于拌种,或者施于植物根系土壤中直接与病原菌作用。具有代表性的有Kemiraoy公司生产的放线菌产品和我国在20世纪70年代推广使用的“5406”菌剂。前者由灰绿链霉菌的孢子和菌丝制成,主要用于防治观赏植物和温室蔬菜上的镰刀菌引起的枯萎病,后者由泾阳县的土壤中分离出的细黄链霉菌制成,对多种植物病原真菌和细菌都有防治作用。近年来,从土壤中分离出的一些拮抗放线菌也显示出了很大的生防潜力,已经用于生防菌剂开发。例如Yuan等分离出的一株利迪链霉菌WYEC108,作为菌剂拌种或施于土壤中,有效地防治了真菌病害和种子腐烂,已经申请专利。Oliveira等分离的内生链霉菌R18(6),具有广谱抗菌能力,可产生IAA和铁载体,且显示出了良好的磷酸溶解性。
      近年来,针对现有抗生素活性低下,病原菌对其产生抗性的现状,人们逐渐将目光转移到了非土壤环境中的放线菌资源开发。一些在海洋环境中发现的放线菌资源,在植物病害的防治的应用中已经取得了良好效果。极端环境下如盐碱地、高寒地带等环境中的放线菌,由于生存环境特殊,代谢途径与常规放线菌不同,因而成为新的拮抗物质的重要来源。从植物中分离出的内生放线菌,是微生物源杀菌剂的新研究领域,如魏玉珍等分离的内生链霉菌I07A-01824可产生抗霉素A18,对多种植物病原菌有良好抑制作用。有些药用植物如喜树等自身有杀菌功能,存在于这些植物中的内生放线菌,由于与药用植物的协同进化作用,可能产生新的基因及代谢产物,也是研究开发的一个重要方面。
      目前,对放线菌作用于植物病害防治的研究已经取得了很大进展,但投入应用的过程中还存在一些问题。如有很多放线菌在实验室中生防效果良好,但在大田试验中不尽人意;单一农用抗生素的使用不可避免地使病原菌产生抗性;部分放线菌抗菌谱较窄,应用价值低等等。分子生物学、遗传学、核糖体工程、计算机建模预测等多种手段的应用,将会进一步明确放线菌的生防机制,进行菌种改良与高效筛选,使其更好地投入到农业生产实践中。
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