生物有机肥中生防菌种的研究进展

2015-10-21周芳如罗志威徐滔明易子霆丰来

安徽农业科学 2015年34期

周芳如罗志威徐滔明易子霆丰来

摘要综述了近年来国内外生防菌的菌种开发利用现状，分析了生防菌的生物防治作用机制，概述了生防微生物的应用现状并提出展望。目前，生防菌的筛选及其生防机制是利用生物有机肥防控土传病害中的研究热点。生防菌在生物有机肥中的应用，将有助于现代农业的可持续发展。

关键词生防菌；生物；有机物

中图分类号 S182 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）34-193-03

由于受生长环境等诸多因素的影响，在农作物生长过程中已发生多种病害。这些病害给农业生产造成巨大的损失。土传植物病原微生物是引起植物病害的主要因素。它通过侵染植物根部伤口、根毛顶端的微孔，危害植物组织侧根分枝处的裂缝以及幼苗茎基部裂口伤害寄主组织和细胞，并且在寄主的部分组织中繁殖，从而引发一系列植物组织病变或死亡。目前，防控病害的主要途径有化学防治、物理防治、生物防治以及栽培防治等。其中，化学防治具有污染当地环境，危害人畜健康，且长期使用化学药剂会诱导病原菌产生抗药性，同时杀死其他有益生物等弊端；生物防治具有无毒、无污染、防治效果佳的特点。生物防治最为符合我国环境友好型社会建设的理念。在20世纪60年代，有研究人员提出生物防治的两个方法：一是增加土壤本身拮抗微生物的数量；二是将筛选到的拮抗菌接种至土壤[1]。目前，关于生防菌株成功防治作物土传病害的报道屡见不鲜，并且已在烟草、水稻、小麦、玉米、大豆、果蔬等農作物的病害防治中取得显著的效果[2]。笔者对近年来生防微生物菌种的开发利用及其防控作物病害的应用效果和生防机制等研究进行综述，以期为我国生物防控类农用制品的研制、生产和应用提供参考。

1 生防菌种的开发利用

含有生防菌种的有机肥除了具备常规有机肥的基本性质和功能，还具备防控土传病害的作用。决定其功能的主要是生防菌种。目前，所研究的生防菌种包括细菌、真菌及放线菌三大类。

1.1 细菌

目前，用于植物病害防治且已进入商品化生产的细菌种类主要有芽孢杆菌属、假单胞菌属等。

芽孢杆菌是一群好氧或兼性好氧、产芽孢的革兰氏阳性杆菌的总称。因其具有分布广泛、生理特征多样、易分离培养且能形成具有较强抗逆能力的芽孢，对多种病原微生物具有抑制作用，且便于生防产品的生产、加工和储存。它是一种适宜的生防菌。Cavaglieri等[3]从玉米根围分离到3株枯草芽孢杆菌，发现它们对玉米轮状镰刀菌具有强烈的抑制作用，并且抑制其伏马毒素B1的产生。郝晓娟等[4]从枯萎病发生田块分离得到枯萎病生防菌短短芽孢杆菌JK2，发现它对枯萎病菌具有较强的抑制作用。李晶等[5]从黄瓜根围土壤中分离得到一株拮抗枯草芽孢杆菌B29，发现在大田试验中它对黄瓜枯萎病防效达84.9%，增产12.57%，且对黄瓜的出苗和幼苗生长发育没有不良影响。张艳群等[6]对9株芽孢杆菌进行平板对峙和发酵液拮抗活性测定，发现菌株B06的抑病作用较强，其无菌滤液对8种植物病原真菌的抑制率达66.7%～87.5%。目前，已开发出一批生防作用优良的枯草芽孢杆菌菌株如GBO3、MBI600、QST713、FZB24、B3、B903、B908、BL03、ZH2等。市场上的芽孢杆菌农用生物产品层出不穷，如云南瑞升埃比特生物科技有限公司的微生物菌剂德根贝FZB42，陕西华夏农业科技开发有限公司的生物有机肥，山东鲁虹农业科技有限公司的鲁虹生物有机肥等。

假单胞菌是一类或直或微弯的需氧型革兰氏阴性杆菌，不产芽孢。它在自然界中分布广泛，能够在植物根部有效定殖。为防治植物被病原微生物侵害，人们对其进行了大量研究。何延静等[7]从甜椒根际土壤中分离到一株对辣椒疫霉具有强拮抗作用的铜绿假单胞菌，发现它对多种植物病原真菌均有很强的抑制作用。岳东霞等[8]研究了几株假单胞菌对黄瓜灰霉病的生防作用，其中CBT1、CBT3、CBT6的防治效果较好，相对防效均在50%以上。王平等[9]利用铬天青（CAS）检测法和400 nm特异光谱吸收法，测定在无铁条件下荧光假单胞菌株P13通过大量分泌铁载体抑制油菜菌核病菌的作用，发现随着铁离子浓度的提高，荧光假单胞菌株P13分泌铁载体减少，对油菜菌核病菌的抑制作用相应减弱。张亚等[10]采用平板对峙法和打孔法，研究拮抗假单胞菌SU8对多种植物病原真菌的抑制作用，结果表明假单胞菌SU8对稻瘟病菌的抑制效果最好，辣椒炭疽病菌次之。假单胞菌的商品化生产和田间应用并不像芽孢杆菌那样顺利，但它对植物病原菌的作用不容忽视。现已证实假单胞菌能产生有效铁载体、抗生素、保外水解酶和HCN等抑菌代谢产物，可有效预防植物根系免受病原菌侵害。

1.2 真菌

目前，生物有机肥中所添加的具有拮抗功能的真菌主要有青霉、木霉、镰刀菌、酵母菌等。它们对植物病原菌的作用机理主要是对空间和营养的竞争、诱导寄生或直接寄生等。陈杰等[11]研究了灰黄青霉CF3对马铃薯土传病害病原真菌立枯丝核菌、茄病镰刀菌、硫色镰刀菌及大丽轮枝菌的拮抗性，发现其发酵液对4株病原真菌菌丝生长的抑菌率达53.0%～72.1%。张衡宇[12]分离到一株对镰刀菌具有较强抑制作用的哈茨木霉FJAT9040，发现它对4株枯萎病病原菌FJAT136、FJAT141、FJAT282和FJAT370的抑制率均在80%～90%之间。苏珍珠等[13]从7种植物中分离出11株内生镰刀菌，并且研究了它们对致病疫霉的抑制活性，结果显示这11株内生镰刀菌对致病疫霉均有抑制作用，其中菌株e0601、e0603和e0604的活体抑制率在50%以上。这些菌株的毒素粗提液对致病疫霉菌丝生长有更明显的抑制作用，其中e0123、e0604和e032毒素粗提液的抑菌率均达到100%。毒素粗提液能明显抑制致病疫霉孢子对离体叶片的侵染，其中菌株e032毒素粗提液的抑制率达97.10%。酵母菌可控制果蔬采后的病害防治。耿鹏[14]对其应用现状和生防机制进行了论述。目前，青霉、木霉、酵母菌在农用产品中均已有应用，如河南无道理生物技术股份有限公司的无道理生物有机肥料，哈尔滨东农科技有限公司的根际生物肥，海南绿神生物技术有限公司的HM绿峰葆等。

1.3 放线菌

放线菌在自然界中的分布十分广泛，种类繁多，孢子抗逆性强，可产生多种抗生素，菌剂保藏时间长，诱导寄主植物产生系统抗性，便于在实际生产应用。目前，大量研究证明在生产中放线菌对多种土传病害起很好的防治作用。已有报道表明，具有拮抗活性的放线菌有10 000多种，应用种类最多的是链霉菌[15]。陈洁[16]采集不同生态环境条件下的土样若干份，分离土壤放线菌207株，采用抑菌带法筛选到命名为K5的放线菌对棉花黄萎病的抑菌带为8 mm。王珊珊等[17]采用组织分离法对黑木耳栽培中的污染杂菌进行分离鉴定，得到病原菌好食脉孢霉CP1，再以19株链霉菌筛选其拮抗菌。结果表明，链霉菌BUAS1303菌株抗性最佳，抑菌圈直径为（2.8±0.3）cm。何斐等[18]采用皿内拮抗试验，发现娄彻氏链霉菌对魔芋软腐病菌有较强的拮抗作用，拮抗圈直径为11.0～18.3 mm；采用盆栽试验，发现拌土单接菌剂D74对收获期魔芋的相对防效为100%。

放线菌通过竞争作用、重寄生作用及捕食作用来破坏病原菌的生存环境，降低病原菌的致病力及其种群密度。世界上已有许多拮抗放线菌防治土传防治病害的成功案例，如活体制剂Mycostop和“5406”抗生菌的推广使用。放线菌作为一种具有丰富资源的生防微生物类群，在植物病害生物防治中很有开发应用的前景。

2 对作物病害的作用机制

作物病害的发生主要是由于土壤中含有有害病原菌。施入含有生防功能菌的生物型产品，可改变土壤理化环境，也可改变土壤中微生物的多样性，降低植物致病菌数量，增强植物抗性，并且提高拮抗菌数量，从而达到降低植物病害发生指数的目的。生防菌株对病害控制的机制主要体现在竞争作用、抗菌代谢物质、诱导抗性等方面。

2.1 竞争作用

生防菌与植物病原菌之间的竞争主要是营养和空间位点的竞争。所谓营养和空间位点的竞争是指存在同一微生态环境中的两种或两种以上微生物之间对空间、营养、氧气、水分以及次生代谢产物等进行竞争的现象。李湘民等[19]研究了拮抗细菌Pseudomonas fluorescens Pf714对被纹枯病菌侵染的稻株上土著细菌的影响，发现当病斑面积为20%～35%时，应用1和14 d后菌株Pf714在健茎的平均群体数量分别是病茎的6倍多和2倍多。铁离子是微生物在繁殖过程中必需的营养成分之一。微生物通过分泌嗜铁素来获取环境中的Fe3+，通过微生物特异性受体转运到细胞内满足自身需要[20]。生防菌株能否在应用的生态环境中定殖是影响其生防效果的关键。除了自身特点，生防菌株的定殖能力与应用的生态环境有密切联系。已有研究表明，环境中的含水量、温度、pH等都会影响生防菌株在土壤中的定殖[21]。

2.2 抗菌代谢物质

生防菌在代谢过程中可以产生抑制植物病原菌的拮抗性代谢产物，如芽孢杆菌、假单胞菌及链霉菌可以产生抗生素、抗菌蛋白以及溶菌酶等。宋松[22]对解淀粉芽孢杆菌SQR11的拮抗基因进行了检测，发现SQR11基因组中存在surfactin、iturin等物质的合成基因，并且通过高效液相色谱分析所分离的拮抗物质，初步确定存在以上两类物质。王钦宏等[23]从土样中分离到一株产胞外壳聚糖酶能力较高的假单胞菌（Pseudomonas sp.）。薛磊[24]以大丽轮枝菌菌体为唯一碳源，可诱导供试链霉菌同步合成几丁质酶、β1，3葡聚糖酶、β葡萄糖苷酶、纤维素酶、多酚氧化酶及蛋白酶6中细胞壁溶解酶。有研究报道，木霉可以产生木霉素、胶霉素、抗菌肽、绿木霉素等[25]；同时，还存在一些真菌能产生脂肪酸，对病菌的孢子萌发和菌丝生長有一定抑制作用。

2.3 诱导抗性

有些生防菌及其代谢物能引起植物产生抗病反应，诱导植物自身抗病。这种现象被称作诱导抗性。生防芽孢杆菌能激发植物的诱导抗病性，主要依赖诱导木质素的形成、伸展蛋白的累积以及病程相关蛋白质的产生和防御酶活力的提高[26]。一些荧光假单胞菌在植物根部的定殖也能诱导植物对病原菌产生系统抗性。水杨酸的累积被认为是重要因素[27]。郭敏等[28]发现，拟康氏木霉的发酵液产生的胞外多糖及菌丝提取物对番茄和黄瓜的抗病性均有诱导作用。张振华[29]以黄瓜-炭疽病为研究对象，研究了多年芽孢杆菌SQR21、蕈状芽孢杆菌BmJ和莫哈韦芽孢杆菌2037对黄瓜的诱导抗性，结果表明经生防菌SQR21、BmJ和2037诱导的黄瓜病变组织产孢率下降在50%左右，且病变组织中的β1，3葡聚糖酶和几丁质酶活性均明显提高。

3 应用概况与展望

生防菌具有抑制多种植物病原菌的能力，并且在自然界中广泛存在非致病微生物，对人畜无害，对环境友好，因此备受国内外植物保护和环境保护专家的青睐。目前，生防芽孢杆菌被广泛应用于植物根部、枝干、叶片、花以及果蔬采后病害的防治上，在生物有机肥的研制和施用中占越来越重要的地位。假单胞菌是植物根围促生细菌中一类重要的菌群，既能抑制多种植物病原菌的生长，又能分泌一些小分子物质诱导植物产生抗病性，从而间接提高作物产量，同时还能对农药污染的土壤具有较好的修复作用，有利于土壤微生物群落正常功能的恢复和维持。因此，假单胞菌在植物病害防治、环境保护和污染修复等方面有广泛的应用。木霉是目前研究最多、应用最广泛的生防益菌，在生物防治和环境保护领域有重大的应用前景。放线菌可以产生多种生物活性物质（如抗生素），是一类具有广泛实际用途和巨大经济价值的微生物资源，有很好的生防有机肥开发潜力。其中，链霉菌已是生物有机肥中重要的功能菌种。

随着现代生物技术的快速发展和广泛运用，生防菌的生防机制研究和开发应用将会出现新的发展。无公害农业生产日益受到人们的重视。农用生物制品无疑是解决当前大量化肥、农药使用造成的环境污染日益突出的最具潜力的途径之一。微生物是获得高效生物制品的巨大天然宝库。尽管在植物病原菌的生防菌筛选及其应用过程中还存在许多亟待解决的问题，但前人的研究结果已显示出广阔的前景。随着研究思路和方法的不断更新，在未来必将以生物农用制品替代农药、化肥，从而真正实现农业的可持续发展。

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