利用植物內生真菌防治植物病害的探討

程功,張國財,張欣倩,劉瑞鵬,畢冰

(1.吉林松原乾安林業局,吉林 松原 131400;2.東北林業大學)

從生物資源利用的角度來講植物內生真菌(entophy tic fungi)是指生活史的一定階段或全部階段生活于健康植物各種組織和器官內部的真菌,被感染的宿主植物不表現出外在病癥(至少是暫時),可通過組織學方法或從嚴格表面消毒的植物組織中分離或從植物組織內直接擴增出微生物DNA的方法來證明其內生。植物內生真菌是個巨大的微生物新資源,具有重要的農用和醫用應用潛力。其特點是:(1)內生菌真具有豐富的生物多樣性;(2)內生真菌具有豐富的物種多樣性;(3)內生真菌具有分布廣泛性;(4)內生真菌數量巨大。

1 內生真菌代謝產物對植物病原菌的抑制作用研究

何佳[1]從金錢松分離出內生真菌105株,其中47株對稻瘟霉孢子具抗菌活性,而其中的兩菌株對指示菌表現出強烈的廣譜抗菌能力。袁秀英[2]等從健康楊樹植株分離獲得154株內生真菌,部分菌株培養濾液對楊樹爛皮病病原菌菌絲生長和孢子萌發均存在不同程度的抑制作用。鄧振山等[3]從銀杏(Ginkgo biloba L.)分離出16株內生真菌,有9株能夠抑制蘋果腐爛病病原菌的生長,其中4株菌對病原菌有顯著的抑制作用。王蘭等[4]從苦豆子分離獲得了內生菌菌株對病原菌均有不同程度的抑制作用,無孢菌KG 20菌株培養濾液對6種病菌均有不同程度的拮抗作用,尤其對小麥赤霉病菌抑制作用強,抑制率達79.23%。田小曼等[5]從青蒿的各種組織中分離得到內生真菌12個菌株其中5株生真菌對小麥紋枯等8種病原真菌拮抗作用。李治瀅等[6]從雪上一枝蒿、刺五加和大血藤3種藥用植物中分離獲得內生真菌162株,其中有74株內生真菌對1種或多種植物病原真菌有拮抗作用。江曙[7]等從藥用植物海金沙中3株內生真菌對小麥赤霉菌、番茄早疫霉菌、番茄灰霉3種霉菌菌絲生長的抑制率分別為99.7%、90.3%和99.1%,對孢子萌發的抑制率分別達到65.8%、55.9%和63.1%。黃獻培[8]從肇慶魚藤 Derris hancei分離獲得內生真菌 10屬16株,4株魚藤莖內生菌株和 1株葉內生菌株對芒果炭疽病菌、西瓜枯萎病菌.黃瓜炭疽病菌以及香蕉炭疽病菌具有抑菌活性。陳志敏[9]從薔薇科植物火棘中分離出內生真菌15株,有13株內生真菌(86.67%)對某些植物病原真菌表現出50%以上的抑菌活性。翟梅枝等[11]從核桃、黑核桃分離得到60株內生真菌。對棉花立枯病菌、蘋果炭疽病菌、梨黑星病菌、小麥赤霉病菌和油菜菌核病菌菌絲生長具有抑制作用。李雅[12]以蘋果腐爛病菌、玉米大斑病菌等六種病原菌為供試菌種,對49株杜仲內生真菌及其次生代謝物進行了抑菌活性試驗。11株內生菌的次生代謝產物至少對3種測試菌有抑制作用,4株內生菌的次生代謝產物對6種測試菌都有抑制作用。蘇珍珠等[13]分離自7種植物上的11株內生真菌鐮刀菌并研究了它們對馬鈴薯晚疫病菌的抑菌活性。這些內生真菌鐮刀菌的毒素粗提液對該病菌菌絲生長有更明顯的抑制作用。鄭鵬等[14]從橡膠樹枝條中分離到18株內生真菌,有3株內生真菌對香蕉枯萎病菌和橡膠炭疽病菌兩種植物病原菌的拮抗作用最好。張弘弛等[15]以白菜黑斑病菌、煙草赤星病菌等六種為指示菌種,對從無花果(Ficus carice)中分離獲得到的64株內生真菌進行抗真菌活性試驗,18株內生真菌具有抗菌活性。龔玉霞等[16]從蛇足石杉分離得到內生真菌68株進行植物病原真菌進行活性檢測,對油菜菌核病菌抑制率達100%的有37株;對蘋果炭疽病菌抑制率達100%的有27株;對小麥赤枯的抑制率較低,達70%以上的有6株。劉曉光等[17]對毛白楊內生真菌毛殼 ND35,并測試了它對6種常見林果病害病原真菌的拮抗作用。結果表明,毛殼ND35是一種廣譜性拮抗菌,對供試的6種病菌存在不同程度的抑制作用。游玲等[18]發現油樟內生真菌YY6對辣椒疫霉、楊樹潰瘍、蘋果炭疽、棉花枯萎及玉米大斑這5種常見植物病害的病原真菌具有明顯抑制作用。楊潤亞等[19]從連翹莖、葉中分離到19株內生真菌,其發酵處理液和丙酮粗提物抑菌率在50%以上的活性菌株,發酵液組中有1株(5.26%),菌絲體組中有13株(81.25%)。申屠旭萍等[20]從雷公藤組織中分離得到36株內生菌。發酵和抑菌試驗結果表明,其中一內生真菌發酵代謝產物對水稻紋枯病菌等十種農作物病原真菌有明顯的抑制作用。蘭琪等[21]從苦皮藤分離得到39株內生真菌,3個菌株的發酵液和菌絲體粗提物對番茄灰霉病菌、小麥赤霉病菌、蘋果炭疽病菌和玉米小斑病菌表現出了不同程度的抑制菌絲生長活性。張苗苗[22]從線葉嵩草中分離得到7株內生真菌,有4株對小麥根腐離孺孢的抑制作用較強。Strobel等[23-24]從衛矛科藥用植物雷公藤中分離到一株內生真菌(Cryptosporiopsiscfquercina)能產生一種新型環肽抗生素,能抑制核盤菌(Sclerotinia sclerotiorum)和灰葡萄抱(Borytiscinerea)等植物病原真菌,該菌還能產生一種新酰胺生物堿對稻瘟病菌(Pyricularia oryzae)及其它多種植物病原真菌有較強的抑制作用。又從錫蘭肉桂的一種內生真菌(Nuscodor albus)中得到5種揮發性化合物,均有不同程度的細菌和真菌抑制作用,如將5中化合物混合使用,可增強其抑菌效果。李桂玲等[25]從尖杉、南方紅豆杉中分離172株內生真菌,其中有擬青霉、鐮刀菌屬、木霉屬等內生真菌能產生一種或多種植物病原真菌的抑制劑。曾松榮等[26]從植物虎杖的根狀莖中分離出3株具有抗菌活性的內生真菌。陳列忠等[27]從藥用植物構骨中分離到一株內生哈茨木霉對蕃茄早疫病菌和黃瓜立枯病菌的抑制活性表現良好。田新莉等[28]從水稻根、葉內分離獲得的部分內生真菌的抗病原菌活性與產生鐵載體有關。水稻內生真菌在平板拮抗試驗中是通過競爭鐵元素來抑制紋枯病菌的生長。

2 接種內生真菌的作物抗病害的實驗研究

植物內生真菌與宿主植物以及其他生物之間具有緊密的生態關系。在與宿主植物長期的進化中,內生真菌與宿主植物發展出了多種多樣的關系,那么我們利用植物內生真菌與植物的這種共生或互生的關系來增強宿主植物抵抗外界的不良環境,提高宿主植物的抗病能力。植物為內生菌提供了良好的棲息地,內生菌通過自身代謝產物及信號轉導作用,影響宿主植物。由于內生菌遍布于植物各種組織,植物為其提供豐富的營養,比暴露于惡劣環境(強烈的日光、紫外線、暴風雨等)的附生菌更具穩定的生境,因此更有利于生防作用的發揮。

曹榮花[29]對黃瓜苗根部接種 1次內生菌防治效果為44.29%,接種2次生防效果高達88.49%。結果表明,C.aboriginum Mü1w1c6對多種植物病原真菌具有廣譜的拮抗活性,對黃瓜苗期猝倒病具有較好的生防潛力。袁志林[30]在水稻苗期(4葉期)分別施加內生真菌B3菌劑、B3無菌發酵液、滅菌培養基,CK為全空白處理,抗病試驗表明,B3菌劑組與發酵液組的水稻對稻瘟菌均有一定抑制作用。古燕翔[31]研究了草坪型高羊茅品種CrossfireⅡ的含有內生真菌(簡稱帶菌)和不含內生真菌(簡稱不帶菌)植株,接種新月彎孢霉病原菌后葉斑病的發生情況。結果表明:帶菌植株的發病率和病情指數明顯低于不帶菌植株,抗病效果達30%以上。Dingle[32]研究了小麥內生毛殼菌(Chaetomium sp.)能夠降低小麥感病品種的葉銹病發病率。劉曉光[17]對毛白楊內生真菌毛殼ND35,對活體毛白楊組培苗進行人工接種試驗,結果用毛殼ND35預先接種的苗木發病率為零,明顯低于只接爛皮病菌的對照發病率53.33%,進一步證實了毛殼ND35對植物病害的生物防治潛能。Redman[33]將內生真菌Colletotrichum mag na接種到西瓜和黃瓜幼苗上,能夠保護幼苗不受炭疽病菌(Col-letotrichum higginsianum)和枯萎病菌(Fusarium oxys-p orum)的侵染。Istifadah[34]內生真菌Chaetomium globosum接種到小麥后,能夠減輕由Pyrenophora triti-ci-repentis引起的小麥褐斑病的癥狀。Arnold[35]在熱帶木本植物可可(Theobroma cacao)的葉面接種內生真菌Colletotrichum sp.、X y laria sp.、Fusarium sp.和 Nectria sp.后,能很好地阻止病菌 Phytophthora sp.的進一步擴展。Carver[36]從健康香石竹(Dianthus caryophy llus)中分離到的內生真菌 Trichoderma aureoviride能有效地防治宿主植物的鐮刀菌枯萎病。Narisaw a[37]把根部內生真菌Heteroconium chaetospira接種到大白菜幼苗上,然后將幼苗移栽到田間,三個月后發現大白菜根腫病發病率降低52%～97%,黃萎病的發病率降低49%～67%。Waller[38]研究表明內生真菌 Piriformospora indica能很好地在大麥根部定殖,使根具有強的抗氧化能力,并能誘導系統抗病性,能增加大麥對根部病原菌Fusarium culmorum和葉部病原菌白粉病菌Blumeria g raminis的抵抗能力。中國農業大學(1999)[39]從棉株中分離到一株內生毛殼真菌,經人工莖基部注射后有抑制萎蔫鐮刀菌擴展的作用。紀麗蓮[40]從蘆竹中分離到1株內生木霉菌F0238,盆栽試驗表明,內生真菌對煙草赤星病的防治效果達50%。黃獻培[41]從肇慶魚藤Derris hancei分離獲得內生真菌10屬16株,體外拮抗作用測定表明,4株魚藤莖內生菌株和1株葉內生菌株對芒果炭疽病菌、西瓜枯萎病菌.黃瓜炭疽病菌以及香蕉炭疽病菌的對峙培養拮抗系數均達到Ⅱ級。

3 展望

對植物內生真菌的研究前景廣闊,意義深遠。今后應在以下幾方面做更進一步的研究和探討。

3.1 利用分子生物學等技術手段對內生真菌菌種進行研究和改良,研究影響內生真菌產生活性成分的各種調控因子,提高內生真菌合成有效成分的能力。

3.2 大力推廣通過液體發酵生產生物農藥或創制新藥的工業化研究和開發應用研究。

3.3 從內生真菌次生代謝物中直接篩選殺菌劑、殺蟲劑、殺線蟲劑,用于植物病蟲害防治。

3.4 從各種不同植物中大量分離內生真菌,然后從其次生代謝產物中發現新的活性先導化合物,創制具有新的分子骨架、新的作用機制的新型殺蟲劑、殺菌劑。

3.5 研究作物體內原有內生真菌入侵寄主機理和產生活性次生代謝產物的代謝調控機制,以及與寄主植物的關系研究。

3.6 研究外源內生真菌接種到作物后的入侵機理和產生活性次生代謝產物的代謝調控機制。

3.7 內生真菌要作為生防因子,在一定條件下對寄主植物是否致病。

3.8 如何在常溫和常濕條件下保存感染內生真菌的種子,推廣和普及感染內生真菌品種。

[1]何佳,陳鈞,趙啟美,等.金錢松內生真菌抗植物病原真菌活性的研究[J].河南農業科學,2007(2):46-49.

[2]袁秀英,白紅霞,白玉明,等.楊樹內生真菌的分離和拮抗生防菌的篩選[J].林業科學研究,2006,19(6):713-717.

[3]鄧振山,趙龍飛,張薇薇,等.銀杏內生真菌的分離及其對蘋果腐爛病病原菌的拮抗作用[J].西北植物學報,2009,29(3):0608-0613.

[4]王蘭,王龍清,陳小飛.苦豆子內生真菌的分離和拮抗生防菌的篩選[J].塔里木大學學報,2007,19(2):13-16.

[5]田小曼,吳云鋒,張玨,等.青蒿內生菌的分離及抗病活性物質的篩選[J].西北農業學報,2008,17(4):186-190.

[6]李治瀅,李紹蘭,周斌,等三種藥用植物內生真菌抗真菌活性的研究[J].微生物學雜志,2004,24(6):35-37.

[7]江曙,陳代杰,戈梅,等.藥用植物內生真菌對3種農作物病原真菌的拮抗作用[J].江蘇農業科學,2008(1):82-84.

[8]黃獻培,羅建軍,胡美英,等.肇慶魚藤內生真菌的分離及生物活性研究[J].華南農業大學學報,2009,30(2):44-47.

[9]陳志敏,田小曼,吳云鋒,火棘內生真菌的分離及抑菌活性測定[J].西北農業學報,2010,19(1):64-67.

[10]李萌,張海濤,虞星炬蔬菜內生菌的分離及其生防功能初探[J].江蘇農業科學,2003(5):60-64.

[11]翟梅枝,問小強,劉楓,等.核桃屬植物內生真菌的分離及其抑菌活性研究[J],西北林學院學報,2009,24(3):144-147.

[12]李雅,宋曉斌,馬養民,等.杜仲內生真菌對植物病原真菌的抑菌活性研究[J].西北農林科技大學學報(自然科學版),2007,35(2):69-73.

[13]蘇珍珠,羅文富,楊艷麗,等,植物內生真菌鐮刀菌對馬鈴薯晚疫病菌的抑制研究,2009,24(5):667-671.

[14]鄭鵬,何靜,常凱軍,等,橡膠樹枝條內生真菌的分離及其拮抗性的測定[J].熱帶作物學報,2009,30(6):832-837.

[15]張弘弛,馬養民,劉瑞,等.無花果內生真菌的研究.西北農業學報,2007,16(2):232-236.

[16]龔玉霞,蔣繼宏,陳鳳美.蛇足石杉內生真菌的分離和抗植物病原真菌活性[J].安徽師范大學學報(自然科學版),2007,30(6):689-692.

[17]劉曉光,高克祥,谷建才,等,毛白楊內生菌優勢種毛殼ND35室內拮抗作用的研究[J].林業科學,1999,35(5):57-61.

[18]游玲,王濤,王松,等.兩株油樟內生真菌抗真菌活性與降解纖維素研究[J].安徽農學通報,2009,15(13)46-47.

[19]楊潤亞,李艷華,柳娜娜,等.連翹內生真菌的分離及其抑菌活性初步研究[J].安徽農業科學,2007,35(15):4561-4563.

[20]申屠旭萍,陳宵峰,俞曉平,等.雷公藤內生真菌的分離及活性菌株的篩選[J],浙江農業學報,2006,18(5):308-312.

[21]蘭琪,姬志勤,顧愛國,等.苦皮藤內生真菌中殺蟲殺菌活性物質的初步研究[J].西北農林科技大學學報,2004,32:79-84.

[22]張苗苗,張蓉,陳偉線.葉嵩草內生真菌抗植物病原真菌活性測定,草業科學2009,26(7):122-126.

[23]strobel GA.,Miller R V,Martinez-Miler C.,et al.Crytocandin,a potentantimycotic from the endophytic fungus Cryptosporiopsis[J].Microbi-ology,1999,145(8):1919-1926.

[24]S trobel GA.,Dirkse E.,Sears J.,et al.Volatile antimicrobials from muscodor albus,anovel endophytic fungus[J].Microbiology,2001,147(11):294-50.

[25]李桂玲,王建峰,黃耀堅,等.幾種藥用植物內生真菌抗真菌活性的初步研究[J].微生物學通報,2001,28(6):64-68.

[26]曾松榮,徐倩雯,葉保童,等.虎杖內生真菌的分離及產抗菌活性物質的篩選[J].菌物研究,2005,3(2):24-26.

[27]陳列忠,陳建明,鄭許松,等.構骨內生真菌抗菌代謝產物的鑒定及活性研究[J].農藥學學報,2007,9(2):143-148.

[28]田新莉,蔡愛群,曹理想等.水稻內生真菌類群分析及其拮抗病原菌活性研究[J].中山大學學報(自然科學版),2005,4(20):69-73.

[29]曹榮花,劉曉光,高克祥,等.蘆葦內生真菌Choiromyces aborig inum Mü1w 1c6的拮抗作用及其生物防治潛力[J].植物保護學報,2008,35(2):108-112.

[30]袁志林,戴傳超,李霞,等.水稻接種內生真菌B3后生理特性的變化以及對稻瘟菌的抗性研究[J].江蘇農業科學,2005,(3):61-63.

[31]古燕翔,王代軍,胡躍高.內生真菌對草坪型高羊茅草彎孢霉葉斑病的影響[J].中國草地學報,2007,29(3):112-114.

[32]Dingle J,McGee PA.Some endophytic fungi reduce the density of pustules of Puccinia recondite f.sp.triticiin w heat[J].Mycological Research,2003,107:310-316.

[33]Redman RS,Freeman S,Clifton DR,et al.Biochemical analysis of plant protection afforded by a nonpathogenic endophytic mutant of Colletotr-ichum magna[J].Plant Physiology,1999,119:795-804.

[34]Istifadah N,McGee PA.Endophytic Chaetomium globosum reduce development of tan spotin w heatcaused by Pyrenophora triticire-pentis[J].Australasian Plant Pathology,2006,35:411-418.

[35]Arnold AE,Mejia LC,Kyllo D,et al.Fungal endophytes limit pathogen damage in a tropical tree[J].Proceedings of the National A-cademy of Sciences of the United S tates of America,2003,100:15649-15654.

[36]Carver CE,Pitt D,Rhodes DJ.Aetiology and biological controlof Fusarium wiltof pinks(Dianthuscaryophyllus)using Trichoderma aureoviride[J].Plant Pathology,1996,45:618-630.

[37]K,Tokumasu S,Hashiba T.Suppression of clubroot forma-tion in Chinese cabbage by the root endophytic fungus,Heteroconium chaetospira[J].Plant Pathology,1998,47:206-210.

[38]Waller F,Achatz B,Baltruschat H,et al.The endophytic fungus Piriformospora indica reprograms barley to salt-stress tolerance,disease resistance,and higher yield[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United S tates of America,2005,102:13386-13391.

[39]鄒文欣,譚仁祥.內生菌的生物和化學多樣性及其潛在的應用.植物科學進展[M].北京:中國高等教育出版社,1999:183-190.

[40]紀麗蓮.蘆竹內生真菌F 0238對煙草赤星病的防治作用[J].江蘇農業科學,2005,(2):54-56.

[41]黃獻培,羅建軍,胡美英,等.肇慶魚藤內生真菌的分離及生物活性研究[J].華南農業大學學報,2009,30(2):44-47.