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利用微生物防治植物病害的技術探討

來源：　類別：技術文章　更新時間：2014-02-20　閱讀次

　　隨著植物種類的不斷增多，植物栽培方式的不斷多樣化，植物病害日趨嚴重，而傳統的化學防治方法存在著許多弊端，比如：化學農藥的大量使用引起了嚴重的環境污染、農產品的農藥殘留也越來越嚴重、病菌抗藥性產生速度也越來越快等一系列對人們生活有害的影響。在當今倡導低碳經濟、環保節約型社會中，尋求既能保護人類生活又可增產的新技術十分適應當今社會的發展。目前運用最廣泛的應該是植物病害檢測儀來檢測植物病害，筆者主要介紹了利用微生物防治植物病害，這種防治方法利用生物多樣性達到有害生物的可持續控制和無公害治理，符合當今社會的發展和要求，有著廣闊的應用前景。
　　1 微生物防治的概念
　　1.1 生物防治
　　生物防治就是利用一種生物或其產物對付另外一種生物的方法，分為以蟲治蟲、以菌治蟲和以菌治病三大類。它利用了生物物種間的相互關系，以一種或一類生物或其產物抑制另一種或另一類生物。生物防治的方法有很多，微生物防治就是其中一種。
　　1.2 微生物防治
　　微生物防治主要是利用有益的微生物，通過生物間的競爭作用、抗生作用、寄生作用、溶菌作用及誘導抗性等，來抑制某些病原物的存活和活動。即利用生態系統中各種生物之間相互依存、相互制約的生態學現象和某些生物學特性，以一種或一類生物或其產物抑制另一種或另一類生物。簡言之：以菌治蟲、以菌治病；其優越性在于資源豐富、選擇性強、無殘留、無污染、成本低、兼防兼治、增產增收、保持生態平衡、起到長效的作用。
　　所以開發微生物農藥有廣闊的應用前景，所謂微生物農藥是指用于農作物抗御病蟲害或調節農作物生長的微生物及其代謝物的通稱。微生物農藥的生產和使用，是微生物防治的重要手段。
　　2 微生物防治機制
　　微生物防治植物病害有多種機制，主要有以下幾種：
　　2.1 競爭作用
　　微生物競爭作用主要包括營養競爭和位點競爭。營養和空間位點的競爭是指存在于同一微小生物環境中的兩個或兩個以上微生物之間爭奪這一環境內的空間、營養、氧氣等的現象。但在植物病害的生物防治方面，最重要的是生態位點的競爭。因為只有迅速占領植物上一切可能被病原物侵染的位點，才能在這些地方有效地發揮與病原物在氧氣、水分和營養等方面的競爭作用，進而起到防治植物病害的作用。
　　2.2 抗生作用
　　抗生作用是指拮抗微生物通過產生代謝產物在低濃度下就能夠對病原微生物的生長和代謝產生抑制作用，從而來影響病原微生物的生存和活動，即指兩種微生物生活在一起，其中一種所產生的物質對另一者具有毒害作用，即成為抗生。其中一種微生物往往能夠產生抗生素。在自然界中，抗生的現象很多，細菌、真菌、藻類及原生動物等 4 種微生物間的任意組合，都可產生對自身或其他微生物有抑制作用的拮抗物質。這些拮抗物質包括：抗生素、蛋白質類抗菌物質及揮發性抑菌物質、溶菌酶或蛋白酶。具有抗菌作用的如氨類、有機酸、過氧化氫酶等初始代謝途徑中的副產品和其他次生代謝產物等。
　　2.3 寄生作用
　　微生物寄生作用發生在拮抗微生物與病原菌之間，如果由植物病原菌給拮抗微生物提供營養，病原菌的生長就會被抑制。拮抗微生物寄生 “ 器官” 可以是簡單附著胞，也可以是菌絲口。寄生于病原菌的菌絲上可以抑制其活性，寄生于菌核上可以有效地減少感染源的數量。寄生菌靠趨化性與特異性植物凝血素的凝集作用來識別寄生，然后纏繞于病原菌的菌絲上或侵入菌絲內使菌絲死亡，進而保護植物免受病原物的侵害。
　　2.4 溶菌作用
　　溶菌是指拮抗微生物產生的次生代謝物對病原菌的菌絲或孢子的細胞壁產生溶解作用，致使病菌細胞壁穿孔、畸形、菌絲斷裂、原生質溶解、外溢而喪失活力，同時造成孢子畸形、孢子萌發具抑制作用。如果真菌細胞壁溶解或者細胞壁被降解，普遍認為這是拮抗微生物已產生相應的胞壁降解酶（即使也可能同時產生抗生素）。人們已經進行大量深入的研究，已證實根圍中胞壁降解酶的確存在且有活性。
　　2.5 誘導抗性
　　1933 年 Chester首次報道誘導植物產生免疫力，誘導系統抗性或系統獲得性抗性，作為一種保護植物的新機制已經逐漸引起人們的重視。誘導植物產生抗性作用是指拮抗微生物不但能夠抑制植物病原菌，而且還能夠誘發植物自身抗病機制從而增強植物的抗病性能的作用。拮抗微生物誘導植物體內產生有益于植物抗病性增強的生理生化反應，是拮抗微生物防病的重要機理。
　　3 生防微生物的種類
　　用于生物防治的微生物主要包括真菌、細菌、放線菌和酵母菌等很多生物種群，但應用于植物真菌病害的常用生防微生物主要有酵母菌、細菌、放線菌和霉菌。
　　3.1 真菌
　　目前已報道的生防真菌有腐生真菌、寄生真菌和植物致病菌中的低致病菌系多種。主要有以下幾種：
　　3.1.1 木霉菌
　　目前對生防真菌研究和應用較多的是木霉菌，廣泛存在于土壤表面，可從植物病殘體、種子、球莖表面分離到，主要用于防治土傳真菌病害。木霉菌作為一種資源豐富的拮抗微生物，在植物病害生物防治中具有極其重要的作用。木霉菌的拮抗作用具有廣譜性，據資料顯示，至少對 l8 個屬 29種病原真菌有拮抗作用，木霉菌對許多植物病原菌具有寄生或拮抗作用，如哈茨木霉、綠色木霉、鉤狀木霉、長枝木霉、康氏木霉以及新近歸為粘帚霉屬的綠粘帚霉等。田連聲等利用木霉菌 5 菌株的培養物防治草莓灰霉病，防治效果可與常用的化學農藥多菌靈相媲美，其防效均在 80％以上。趙國其等用綠色木霉處理西瓜幼苗，能有效增強瓜苗長勢，促使根系生長旺盛，抑制西瓜枯萎病菌生長。唐家斌等研究表明黃綠木霉的乃菌株對水稻紋枯病菌具有很高的抑菌率。宋曉妍等發現木霉菌株 SMF5 對棉花黃萎病菌具有強烈抑制作用。黎起秦等研究表明康氏木霉、哈茨木霉、擬康氏木霉及粘帚霉對西瓜枯萎病菌、生菜菌核病菌和番茄青枯病菌均有較強的抑制作用。
　　3.1.2 毛殼菌
　　毛殼菌通常存在于土壤和有機肥中，如植物殘體、草食和雜食動物及鳥類的糞便中，它可以有效降解纖維素和有機物，并對土壤中的其它微生物產生拮抗作用。因此，毛殼菌成為植物病原菌的生物防治菌并被廣泛應用。
　　早在 1954 年 Martin 和 Moore發現，巴西的各品種燕麥的種子被球毛殼和螺卷毛殼侵染后，會對維多利亞長蠕孢毒素的作用產生抵抗力。毛殼菌有 300 多個種，可預防谷物秧苗的枯萎病、甘蔗猝倒病、降低番茄枯萎病、蘋果斑點病的發病率，對立枯絲核菌、擬莖點霉屬、甘藍格鏈孢屬、葡萄孢屬、毛盤孢屬及其交鏈孢屬的病原菌有一定的抑制作用。
　　3.1.3 淡紫擬青霉菌及厚壁孢子輪枝菌淡紫擬青霉菌及厚壁孢子輪枝菌主要是在控制植物病原線蟲方面有很好的功效。劉杏忠等用淡紫擬青霉的培養料施入土壤對大豆孢囊線蟲可持續2～3 年的防效，造成大量的空孢囊。林茂松等用厚壁孢子輪枝菌防治南方根結線蟲卵寄生率達90.8％。
　　3.1.4 菌根真菌菌根真菌
　　主要是促進植物對氮、磷等營養元素的吸收，尤其在逆境條件下，能夠提高植物的抗病能力。對菌根真菌的接種顯示：接種株葉片光合速率顯著提高，植株干物質量有所增加，或者土壤中微生物的數量有所增加，根區土壤的微生態環境得到改善，為下一代作物生長積累了養分。
　　3.2 細菌
　　在生防細菌中研究較多的是芽孢桿菌，此外還有放射性農桿菌、熒光假單胞桿菌和某些病原細菌的無毒性突變體等。
　　3.2.1 芽孢桿菌
　　芽孢桿菌的抑菌范圍很廣，包括根部病害，枝干病害、葉花部病害和收獲后果品病害。如棉花枯萎病、黃萎病、立枯病、小麥赤霉病、番茄青枯病、蘋果紅腐病及其他一些土傳和地上部病害。由于其具內生芽孢，抗逆性強，營養要求簡單，繁殖速度快并在植物根圈易于定殖，所以被廣泛應用于植物病害的生物防治中。目前應用于生防的芽孢桿菌種類主要有枯草芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌和短小芽孢桿菌等。國外利用枯草芽孢桿菌防治絲核菌、腐霉菌、鐮刀霉等引起的病害，均取得較好的效果。
　　3.2.2 假單胞菌
　　假單孢菌屬細菌大量存在于植物的根圍，許多菌株對植物有抑制病害、促進生長的作用，其中熒光假單孢桿菌是報道最多、在防治土傳病害方面應用效果較好的一類生防菌，對馬鈴薯、黃瓜、甜菜、豌豆、胡蘿卜、小麥等常見土傳病害如猝倒病、枯萎病、軟腐病、小麥全蝕病等皆有不同程度的防治效果，且該菌附著在植物根際，兼有對病原菌的拮抗作用和對其根際主要微生物直接或間接作用的綜合效果。
　　3.2.3 土壤放射桿菌
　　20 世紀 70 年代，澳大利亞 Kerr 等從土壤中分離得到土壤放射桿菌，該菌可以產生含核苷類物質的細菌素 Agrocin 84，在生產中利用活體菌劑或該菌的次生代謝物 Agroein 84 均可有效地防治由根瘤土壤桿菌引起的桃、櫻桃、葡萄、玫瑰等植物的根癌病。近年來，我國分離出對葡萄根癌病有顯著防效的土壤放射桿菌 HLB2， E26 和 M 115，經大田試驗防效為 85％～100％。
　　3.3 放線菌
　　用在植物病害生防中的放線菌主要是鏈霉菌屬及其相關類群，目前已有許多的成型制劑廣泛應用于農業、工業和醫學領域。如我國研制開發的井岡霉素、農用鏈霉素和多效霉素等生物農藥已被大量使用，取得了良好的經濟效益、生態效益和社會效益。但由于井岡霉素只對病菌有抑菌作用，而無殺菌作用，因此無法根治紋枯病。所以，又相繼開發了梧寧霉素、內療素、 768、 S-921、農抗120 等，近年來都得到了廣泛的應用。
　　其中農用鏈霉素可以有效控制楊樹腐爛病、十字花科軟腐病、黃瓜黑星病、辣椒疫病、棉花枯萎病、番茄早疫病、灰霉病及番茄潰瘍病菌等多種植物細菌性病害。
　　3.4 酵母菌
　　酵母菌常用于果蔬生物防治，其最大的優點在于它能在較干燥的果蔬表面生存，能迅速利用營養進行繁殖，且受殺蟲劑的影響小；不產生抗菌素，可以避免病菌對抗菌素產生抗性而降低生防效果。
　　近幾年來篩選了大量的酵母菌，如防治蘋果灰霉病的 Kloeckera apiculata 和 Candida tenuis 等；防治柑橘綠霉病的 Candida famata；還有防治蘋果、梨、草莓、獼猴桃、葡萄灰霉病、青霉病、軟腐病和黑斑病等多種病害的 Rhodotorula glutinis 和Cryptococcus laurentii；防治桃褐腐病的 Pesudomonassyingae 等。
　　4 利用微生物防治植物病害時存在的問題及其對策
　　4.1 生防微生物在植物病害防治中存在的問題
　　4.1.1 在田間自然條件下生防微生物定殖能力差
　　由于大多數生防微生物是在試驗條件下篩選鑒定的，實驗條件與田間自然條件區別較大，所以這些生防微生物在田間施用后往往因定殖能力弱，形不成足夠的生物群體而降低防效，影響防治效果。
　　4.1.2 生防微生物的抗藥能力差
　　實驗室條件下篩選的生防微生物，在田間由于殘留的農藥或施用農藥的影響，種群數量迅速下降，影響其生防效果。
　　4.1.3 菌株穩定性問題
　　目前生防微生物制劑多為活菌制劑，田間施用時常受到溫度、濕度、土壤 pH 值等外界因素的影響，因此防治效果也不穩定。
　　4.2 解決生防微生物在植物病害防治中存在問題的對策
　　解決生防微生物在植物病害防治中存在問題的對策主要有：
　　1）向土壤中添加刺激生防微生物產生抗菌素或誘導生防微生物種群增加的物質，如殼聚糖等；
　　2）進行菌株改良。利用誘變育種、轉化技術及原生質融合進行菌株改良；
　　3）培育抗性轉基因植物，經多代選擇，獲得穩定的抗病植物；
　　4）研發新型生物農藥；將菌株的抗性基因應用于農藥生產，生產出新一代生物農藥。
　　5 利用微生物防治植物病害的展望
　　大多數生防微生物 20 多年來的應用實踐證明，生防微生物農藥不污染環境，對人畜安全，病菌產生抗藥性的速度緩慢，經濟效益相當可觀。隨著人們的生態環境意識的不斷提高，研究和開發更多更安全的微生物農藥勢在必行。
　　目前，我國微生物防治雖已位于世界先進行列，檢疫工具箱的應用也得到了較好的普及，但是基礎研究欠缺，深入的理論研究常受條件限制，尤其是在較活躍的領域，開展的工作較少，與國外相比，在生防微生物研究及應用的技術手段多樣性方面差距較大。生防微生物對農藥的反應敏感、種類比較單一，抗菌譜較窄、生防菌在植株上定殖較難、生防效果不穩定，對有益基因的克隆僅限于一些抗蟲基因、拮抗和促生的結合比較困難、微生物防治措施不夠完善、可利用的拮抗微生物資源太少，還需進一步挖掘與應用。