蔣繼志,郭俊亭,李麗艷
(河北大學 生命科學學院,河北 保定 071002)
學科綜述
致病疫霉拮抗真菌研究進展
蔣繼志,郭俊亭,李麗艷
(河北大學 生命科學學院,河北 保定 071002)
致病疫霉主要引起馬鈴薯和番茄的晚疫病,是嚴重制約馬鈴薯和番茄生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的首要因素.生產(chǎn)中可利用的措施主要有選育和利用抗病品種、農(nóng)業(yè)栽培措施和化學農(nóng)藥,但因病菌生理分化明顯、遺傳變異迅速,現(xiàn)有措施難以完全有效控制該病,發(fā)掘致病疫霉拮抗微生物并研發(fā)安全高效的微生物農(nóng)藥是當前的主要研究方向之一.綜述了近年來對于致病疫霉拮抗真菌的研究進展,并指出了在該領域中存在的一些問題和今后的研究重點,以期對馬鈴薯晚疫病的生物防治發(fā)揮推進作用.
拮抗真菌;致病疫霉;馬鈴薯;番茄
致病疫霉(Phytophthorainfestans(Mont.) de Bary)在Cavalier-Smith 1988年創(chuàng)建的生物八界系統(tǒng)中,屬于藻界卵菌門卵菌綱腐霉目腐霉科疫霉屬(Phytophthora)[1],主要引起馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)和番茄(S.lycopersicumL.)的晚疫病,常造成毀滅性災害,嚴重制約著馬鈴薯和番茄生產(chǎn)的發(fā)展.而馬鈴薯是僅次于小麥、玉米和水稻的世界四大糧食作物之一,每年因晚疫病所造成的損失全球達到170億美元,中國約達到40億美元,該病的危害性、防治難度及其對全社會造成的影響已超過了水稻稻瘟病和小麥銹病,被視為國際第一大作物病害[2].生產(chǎn)中主要通過培育和推廣抗病品種、農(nóng)業(yè)栽培措施和化學農(nóng)藥防治該病,但由于病菌生理分化明顯、A2交配型在世界各地相繼出現(xiàn)、以及有限的抗病品種和化學農(nóng)藥所造成的選擇壓力,致使病菌生理小種變異迅速[3]、品種抗性喪失加快,尤其是化學防治帶來的環(huán)境污染、病菌抗藥性、毒物殘留等一系列問題嚴重威脅著生態(tài)環(huán)境以及人類健康,因而研發(fā)高效、生態(tài)、環(huán)保、無毒的生物農(nóng)藥已成為植物病理學領域中的重要研究課題.
許多學者嘗試利用植物及其提取物[4-9]或拮抗微生物及其代謝產(chǎn)物抑制致病疫霉[10],或誘導馬鈴薯增強對致病疫霉的抗性[11-14],尤其是自從Malajczuk(1983)報道對致病疫霉的拮抗微生物以來,研究涉及到的微生物有真菌[15]、細菌[16]、放線菌[17]和病毒[18]等.其中,真菌是自然界中種類最多、分布最為廣泛的一類微生物,利用真菌及其代謝產(chǎn)物抑制致病疫霉已有許多研究,包括重寄生、內(nèi)生、腐生和植物病原真菌或弱致病真菌等,其中研究和應用最多的是木霉屬(Trichodermaspp.)真菌[19],其他有寡雄腐霉(Pythiumoligandrum)、鐮刀菌(Fusariumspp.)、黑斑病菌(Alternariaspp.)、青霉菌(Penicilliumspp.)等.本文結合本研究室多年的研究工作較為系統(tǒng)地介紹了國內(nèi)外對致病疫霉拮抗真菌的研究進展,分析了拮抗真菌的利用潛力,同時也指出了在該領域中存在的一些問題和今后的研究重點,以期加快對致病疫霉拮抗微生物的利用.
1.1重寄生真菌
重寄生真菌是對其他植物病原菌具有寄生作用的真菌,迄今研究較深入的主要是木霉屬(Trichoderma)的一些種和腐霉屬中的寡雄腐霉(Pythiumoligandrum).Trichoderma屬的T.harzianum,T.viridae和T.atroviride等幾個種可寄生在灰葡萄孢(Botrytiscinerea)、茄鐮孢(Fusariumsolani)、辣椒疫霉(Phytophthoracapcisi)、寄生疫霉(Phy.payrasitica)、瓜果腐霉(Pyt.aphanidermatum)、寬腐霉(Pyt.dissotacum)、終極腐霉(Pyt.ultimum)、立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani)、核盤菌(Scleortiniasclerotiorum)和大麗輪枝菌(Verticilliumdahliae)等30多種植物病原真菌上[19],而其中的T.viridae[20]和T.atroviride[21]均可寄生在致病疫霉(Phy.infestans)上;Lacey[20]認為帶有致病疫霉菌絲體和孢子囊的土壤,隨時間延長侵染性顯著下降,其主要原因之一是T.viridae的寄生作用所致,因為致病疫霉菌絲體的生長和孢子囊的萌發(fā)在無菌土壤中可正常進行,而在含有T.viridae的土壤中不能進行;McBeath[21]研究發(fā)現(xiàn)T.atroviride對生長條件的要求幾乎與致病疫霉完全相同,都喜好冷涼和高濕的環(huán)境,它對致病疫霉的A1和A2交配型的寄生強度相同,也對化學農(nóng)藥瑞毒霉(ridomil)表現(xiàn)抗性,用T.atroviride處理馬鈴薯種薯切塊后,切塊萌發(fā)早而整齊,萌發(fā)率為100%(與未處理的對照相同),而瑞毒霉處理后的萌發(fā)率為88%;人工接種致病疫霉后,T.atroviride處理對馬鈴薯晚疫病的防效與瑞毒霉相同甚至優(yōu)于瑞毒霉,由于抵抗致病疫霉A1交配型的馬鈴薯品種均高度感染A2交配型[21],因此,T.atroviride處理馬鈴薯種薯防治馬鈴薯晚疫病具有很好的應用前景.
此外,El-Hasan等[15]也對幾種木霉屬(Trichodermaspp.)真菌的抗菌活性進行了研究,并首次報道了哈茨木霉(T.harzianum)T16和T23菌株產(chǎn)生的抗生素viridiofungin A(VFA)的抑菌作用,證實VFA(150 μg/mL)可明顯抑制致病疫霉孢子囊的萌發(fā),抑制率達到60%以上,并顯著抑制大麗輪枝菌(V.dahliae)、串珠鐮刀菌(Fusariummoniliforme)和枝孢屬真菌(Cladosporiumspp.)的菌絲生長,抑制率可達到90%以上,且揮發(fā)性成分也有抑制卵菌和真菌的作用,但VFA對細菌無抑制作用.Arora[22]通過在實驗室、溫室和大田中篩選防治馬鈴薯晚疫病的菌株,發(fā)現(xiàn)T.viride和Acremoniumstrictum等幾種微生物均能夠阻止致病疫霉的孢子囊萌發(fā)或抑制壞死斑形成或兩者兼而有之,其中T.viride能阻止孢子囊不同部分的細胞質進入游動孢子中,A.strictum能夠溶解塊莖中的病菌細胞;在溫室中用A.strictum或T.viride的懸浮液(108mL-1)防治馬鈴薯晚疫病,顯著降低了晚疫病的發(fā)病率.國內(nèi)在這方面報道較少,孟艷等[23]測定了一種木霉菌(Trichodermasp.)T115D菌株發(fā)酵濾液對致病疫霉的抑制作用,結果顯示,發(fā)酵濾液對致病疫霉孢子囊直接萌發(fā)、游動孢子釋放和游動孢子萌發(fā)均有抑制作用,但對菌絲生長的抑制作用不明顯;發(fā)酵濾液原液對孢子囊直接萌發(fā)的抑制率為57.60%,對孢子囊釋放游動孢子的抑制率為75.01%,對游動孢子萌發(fā)的抑制率為60.02%.
寡雄腐霉(Pyt.oligandrum)是另一種被研究較多的重寄生真菌.Picard等[24]研究表明Pyt.oligandrum可寄生在疫霉屬(Phytophthora)和腐霉屬(Pythium)的多個種上,例如寄生疫霉(Phy.parasitica)、瓜果腐霉(Pyt.aphanidermatum)和終極腐霉(Pyt.ultimum).雖然對于Pyt.oligandrum是否寄生致病疫霉以及寄生程度未見相關報道,但Kurzawińska等[25]研究表明由Pyt.oligandrum開發(fā)成的廣譜生物殺菌劑多利維生(polyversum)可有效防治由致病疫霉、立枯絲核菌(R.solani)和茄長蠕孢(Helminthosporiumsolani)等引起的馬鈴薯塊莖儲藏期病害,該制劑已被廣泛應用.
1.2植物內(nèi)生真菌
植物內(nèi)生真菌是指生活在健康植物體內(nèi)、或至少在其生活史中的一段時間生活在植物體內(nèi),但對植物不形成有害侵染的一類真菌,由于它們對植物具有多方面的功能,例如為植物提供營養(yǎng)物質、促進植物生長、提高植物的生態(tài)適應性、增強植物對逆境的抵抗能力等,因而利用植物內(nèi)生真菌控制植物病害已受到許多學者的關注[26].在抑制致病疫霉方面,Kim等[27]從黃瓜、紅辣椒、番茄、南瓜和大白菜等植物的66種健康組織中分離出了152株內(nèi)生真菌,有23株內(nèi)生真菌的發(fā)酵濾液在番茄幼苗上顯示出明顯的抗卵菌活性和防治晚疫病的效果,保護率達到90%以上,其中經(jīng)鑒定為尖孢鐮刀菌(F.oxysporum)的EF119 菌株對番茄晚疫病的防治效果最好.該菌株不僅顯著抑制致病疫霉菌絲生長、且明顯抑制終極腐霉(P.ultimum)和辣椒疫霉(P.capsici)等其他卵菌的生長.Son等[28]從上述EF119 菌株培養(yǎng)液中獲得了2種抗卵菌活性物質,經(jīng)質譜和核磁共振鑒定分別為比卡菌素(bikaverin)和鐮刀菌酸(fusaric acid),這2種活性物質不僅對番茄晚疫病顯示出良好的防治效果,2者(比卡菌素300 μg/mL、鐮刀菌酸100 μg/mL)的防效分別為71%和67%,而且明顯抑制其他一些卵菌和真菌菌絲的生長,鐮刀菌酸還能抑制許多植物病原細菌的生長.這表明EF119菌株極有潛力用作防治番茄晚疫病的生物制劑.
此外,Prada等[29]發(fā)現(xiàn)分離自一種植物(Espeletiasp.)、經(jīng)鑒定為間座殼屬(Diaporthesp.)的內(nèi)生真菌,也能明顯抑制致病疫霉菌絲的生長,但抑制效果隨實驗中所用培養(yǎng)基的種類而有差異,表明培養(yǎng)條件也影響其抑制效果,該研究小組還克隆了上述菌株中與抗生作用相關的編碼淀粉酶的基因,并在體外得到了表達.蘇珍珠等[30]從7種植物中分離出了11株內(nèi)生鐮刀菌,并研究了它們對致病疫霉的抑制活性,結果顯示這11株內(nèi)生鐮刀菌對致病疫霉均有抑制作用,其中菌株e060-1,e060-3和e060-4的活體抑制率在50%以上,這些菌株的毒素粗提液對致病疫霉菌絲生長有更明顯的抑制作用,其中e012-3,e060-4和e032毒素粗提液的抑菌率均達到100%,且發(fā)現(xiàn)毒素粗提液能明顯抑制致病疫霉孢子對離體葉片的侵染,其中菌株e032毒素粗提液的抑制率達 97.10%.
1.3植物病原真菌
植物病原真菌均有一定的寄主范圍,因而對植物的致病性是相對的,一種病原真菌對有些植物能致病,對另一些植物則不能致?。煌瑯?,在同一種病原真菌范圍內(nèi),有些菌株致病性強,有些菌株則弱,還有一些則完全不致病.因此,利用無致病力或弱致病力的植物病原真菌菌株防治植物病害也受到了許多學者的關注.本研究室郭會婧等[31]通過菌體對峙培養(yǎng),從36株微生物中共篩選出了10株對致病疫霉菌絲生長有抑制作用的微生物,包括多種真菌、細菌和放線菌等,抑菌率均在50%以上;但這10株菌中只有白菜黑斑病菌(Alternariabrassicae(Berk.)Sacc.)BH-09和梨黑斑病菌(A.alternata(Fr.)Keissle)LH-03的發(fā)酵液對致病疫霉表現(xiàn)出較強的抑制作用,抑菌率分別為80.51%和70.21%.劉海珍等[32]優(yōu)化了A.alternataLH-03的發(fā)酵條件,發(fā)現(xiàn)在28 ℃、自然pH、80 mL/250 mL裝液量、6%接種量、黑暗培養(yǎng) 8 d后所得發(fā)酵液對致病疫霉的抑制作用最強,抑菌率可達85.71%,優(yōu)化后的抑制率提高了約 15%,表明該菌株在抑制致病疫霉生長方面有進一步研究和利用的潛力.蔣繼志等[33]研究了瓜果腐霉(P.aphanidermatum)、刺腐霉(P.spinosum)、畸雄腐霉(P.irregulare)、終極腐霉(P.ultimum)、立枯絲核菌(R.solani)、膠胞炭疽菌(Colletotrichumgloeosporioides)、細交鏈孢(Alternariaalternate)和大麗輪枝菌(V.dahliae)共8種植物病原真菌不同體積分數(shù)發(fā)酵液對致病疫霉的影響,發(fā)現(xiàn)對菌絲生長、游動孢子靜止、靜止孢萌發(fā)等不同生長發(fā)育階段均有一定程度的抑制作用,并隨發(fā)酵液體積分數(shù)增加抑制作用逐漸增強,發(fā)酵液體積分數(shù)為100%時的抑制率最高;其中以立枯絲核菌發(fā)酵液的抑制作用最強(抑菌率為90.42%),而靜止孢的萌發(fā)率僅為2.41%,附著胞及侵入絲均未見形成.
1.4青霉菌
青霉屬(Penicillium)真菌在自然界廣泛存在,其中由青霉屬的產(chǎn)黃青霉(P.chrysogenum)產(chǎn)生的青霉素(penicillin)是最早用于治療人類疾病的抗生素,迄今仍在廣泛應用.因而,利用這一類真菌抑制致病疫霉似乎比其他拮抗真菌更有潛力.趙明剛[34]報道圓弧青霉(P.cyclopium)能產(chǎn)生抗生素圓弧菌醇,對致病疫霉菌絲生長的抑制率能達到95.00%,認為是一種特異的天然殺卵菌劑;Arora[22]在篩選致病疫霉拮抗菌中發(fā)現(xiàn),P.viridicatum和P.aurantiogriseum均能夠阻止致病疫霉的孢子囊萌發(fā),并抑制馬鈴薯葉片受致病疫霉侵染后壞死斑的形成,顯微觀察表明P.viridicatum能使致病疫霉形成大量敗育的孢子囊,從而阻止其危害.從心黎等[35]研究了一種廣譜性昆蟲寄生真菌YX 擬青霉菌(Paecilomycesfarinosus)的發(fā)酵液濃縮物對致病疫霉的抑制作用,結果顯示2 g/L的發(fā)酵液濃縮物(YFC)對菌絲生長具有較強的抑制作用,抑制率達63.00%,而用4 g/L的YFC在盆栽實驗中對馬鈴薯晚疫病的預防和治療效果分別為83.35%和35.63%.
1.5其他真菌
Nagaoka等[36]從動物堆肥中分離出了1株對多種植物病原菌均有較強抑制作用的蘑菇輪枝菌(Verticilliumpsalliotae),并明確了該菌株產(chǎn)生的抗生素oosporein對致病疫霉菌絲生長和孢子囊萌發(fā)的抑制活性遠高于對其他病原真菌的作用,該oosporein有希望開發(fā)成為抑制致病疫霉等卵菌的特效生物農(nóng)藥.Eschen-Lippold等[37]從象牙白蠟傘(Hygrophoruseburneus)真菌中提取的活性物質γ-Oxocrotonate脂肪酸對致病疫霉(P.infestans)、黃瓜黑星病菌(Cladosporiumcucumerinum)和馬鈴薯炭疽病菌(Colletotrichumcoccodes)等多種病菌孢子萌發(fā)和菌絲生長均有一定抑制作用,且發(fā)現(xiàn)該不飽和脂肪酸無毒副作用,提前噴霧馬鈴薯植株可有效防治馬鈴薯晚疫病和炭疽病,具有廣闊的商業(yè)開發(fā)前景.劉曉蕓等[38]發(fā)現(xiàn)半知菌附球菌屬黑附球菌(Epicoccumnigrum)的3個菌株(XF1,XF2,XF3)對致病疫霉均有較強的拮抗作用,在對峙培養(yǎng)中的抑菌帶寬度均可達16 mm,且抑菌帶寬度不隨時間的推移而顯著改變,尤其以XF1的抑菌作用最為明顯,并明確了XF1菌株產(chǎn)生的蛋白和多糖無明顯抑菌作用,分泌至胞外的物質經(jīng)去除多糖后對孢子囊和菌絲生長的抑制中質量濃度(EC50)分別為576.3 μg/mL和850.1 μg/mL,而粗脂肪對孢子囊萌發(fā)的抑制中質量濃度為1 301.1 μg/mL,同時發(fā)現(xiàn)該抑菌物質能耐受100 ℃的高溫處理.
許多研究表明,將不同種的微生物或同種內(nèi)不同菌株進行混合發(fā)酵,借助于發(fā)酵過程使不同種的微生物或不同菌株以及所產(chǎn)生的發(fā)酵產(chǎn)物之間發(fā)生互補、協(xié)同、增效或減少反饋抑制,可以事半功倍,獲得更高產(chǎn)量或更強活性的目標產(chǎn)物,這在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保、食品、酶制劑[39]等方面均有廣泛應用,但在抑制植物病原微生物方面的報道還不多見[40].本實驗室郭會婧等[31]將36個單一菌株的發(fā)酵液兩兩復合后,發(fā)現(xiàn)部分復合發(fā)酵液表現(xiàn)出了明顯的增效作用,其中增效作用最顯著的是A.alternataLH-03和A.brassicaeBH-09質量濃度為10 mg/mL的復合發(fā)酵液,抑菌率最高(90.38%),而2種發(fā)酵液單一使用時的抑菌率分別為80.51%和70.21%.蔣繼志等[41]在通過對峙培養(yǎng)明確了A.alternataLH-03和A.brassicaeBH-09相互之間無拮抗作用的基礎上,對這2個菌株進行了混合發(fā)酵,并明確了其混合發(fā)酵的條件,在pH 6.29,25 ℃靜置中黑暗培養(yǎng)4 d后所得混合發(fā)酵液在較低濃度下(7 mg/mL)就顯示出對致病疫霉很強的抑制作用,抑菌率可達92.15%.李莎等[42]進一步優(yōu)化了這2株菌的混合發(fā)酵條件,在降低接種量,將A.brassicaeBH-09先培養(yǎng)24 h后再以等接種量(菌餅數(shù)相同)接入A.alternataLH-03,所得混合發(fā)酵液對致病疫霉的抑制率可以達到87%以上.桂春爽等[43]將A.alternataLH-03和放線菌NB-8先進行單獨發(fā)酵,再將獲得的發(fā)酵液按不同比例進行復配,發(fā)現(xiàn)2者以2∶1體積比復配后對致病疫霉的抑制作用最強(抑菌率96.81%),顯著優(yōu)于單獨發(fā)酵的抑菌率.這些結果均顯示出不同菌株發(fā)酵液復配或進行混合發(fā)酵明顯優(yōu)于單獨發(fā)酵.
拮抗真菌可通過多種機制對植物病原微生物發(fā)揮抑制作用,主要包括對病原菌的抗生、競爭、重寄生以及誘導植物的抗病性或促進植物生長而增強對病菌的抵抗能力[15]等.從心黎等[35]研究表明,用YX 擬青霉菌(P.farinosus)的發(fā)酵液濃縮物(2 g/L)處理后,不僅顯著抑制致病疫霉菌絲生長,且使大部分菌絲體發(fā)生扭曲,分枝增多或局部膨大、變形甚至斷裂,但對孢子囊釋放游動孢子和游動孢子的萌發(fā)幾乎沒有抑制作用;當提高發(fā)酵液濃縮物的質量濃度(4 g/L)后能明顯抑制游動孢子的釋放(抑制率達93.36%).本研究室經(jīng)過反復研究[31,42,44]也證實A.alternataLH-03和A.brassicaeBH-09 2種拮抗真菌的發(fā)酵液(4~6 mg/mL)、或2者的復配發(fā)酵液、以及由A.alternataLH-03和放線菌NB-8的復配發(fā)酵液,均能使致病疫霉菌絲細胞內(nèi)的原生質濃縮,菌絲表面凹凸不平,扭曲、膨大成節(jié)節(jié)狀或斷裂等,同時可使游動孢子的釋放率明顯降低或完全不能釋放游動孢子,有些孢子囊的內(nèi)含物向四周擴散而中央形成空腔——類似“大眼睛”結構,有些孢子囊則變形扭曲甚至破裂.桂春爽等[44]、朱琳等[45]進一步研究表明受A.alternataLH-03、A.brassicaeBH-09、放線菌NB-8和核桃細菌等拮抗菌的單獨發(fā)酵液或復配發(fā)酵液抑制后,緊靠抑菌帶邊緣(0 mm)的致病疫霉菌絲轉接培養(yǎng)后通常不能恢復生長,而遠離抑菌帶邊緣(20 mm)的菌絲約在轉接后第3天開始恢復生長,到第7天時的生長速率接近對照,而介于這2者之間(10 mm)的菌絲轉接后,約在第5天開始恢復生長,至第10天時的生長速率接近對照.這些結果說明,拮抗菌發(fā)酵液對致病疫霉的作用方式主要是抑制其生長,而不是將其完全殺死.朱琳等[45]還檢測了受上述拮抗菌發(fā)酵液抑制后又恢復生長的致病疫霉體內(nèi)多酚氧化酶(PPO)、過氧化物酶(POD)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的變化,發(fā)現(xiàn)3種酶活均顯著下降,與對照相比,分別下降了56.50%,42.50%和85.00%.
植物病害的生物防治已有百余年的歷史,研究報道的拮抗菌也已有很多,但真正被開發(fā)成為生產(chǎn)中可大規(guī)模應用并形成產(chǎn)業(yè)化的生防制劑卻為數(shù)很少,遠遠不能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的需求.篩選獲得的許多拮抗菌,在平板上能完全抑制病菌的生長(抑菌率100%)[30],其防病效果在離體組織上可達到95%以上,盆栽試驗中可達到90%以上,溫室中也能達到80%以上[35],但在大田中的防病效果則急劇下降甚至完全無效,致使許多原本性狀優(yōu)良的菌株中途夭折,不得不放棄,在致病疫霉拮抗菌的篩選和晚疫病的生防試驗中也是如此.造成這種現(xiàn)狀的原因是多方面的,但筆者認為其中最根本的一個原因是傳統(tǒng)的拮抗菌篩選方法存在一定缺陷.傳統(tǒng)的篩選方法是通過對峙培養(yǎng)將待篩選菌株與靶標菌置于一對一的無菌培養(yǎng)體系中,由此獲得抑菌作用顯著的拮抗菌,再進行其發(fā)酵液的抑菌活性測試以及更深入的研究工作.但在實際生產(chǎn)中這種拮抗菌與靶標病原菌的一對一無菌關系是根本不存在的,而依照這樣的思路篩選獲得的單一拮抗菌又如何能充分抑制靶標病原菌呢?因此,在篩選拮抗菌過程中,改變思路和更新觀念就顯得十分必要和迫切,尤其是對傳統(tǒng)的拮抗菌篩選模式進行改進,甚至開創(chuàng)一種全新的拮抗菌篩選體系勢在必行.例如同時在一個平板中篩選多種待測試菌株,或模擬自然土壤條件而非無菌條件進行篩選或將2種及2種以上待篩選菌株混合,或將其單獨發(fā)酵后再將發(fā)酵液按一定比例混合[43],或直接進行混合發(fā)酵[41]等,均有可能對穩(wěn)定拮抗菌在自然條件下的抑菌效果和防病能力發(fā)揮積極作用.
隨著人類社會的進步和經(jīng)濟文化生活水平的提高,無公害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正日益受到人們的重視,微生物制劑因其無毒、無害、無污染、病菌不產(chǎn)生抗藥性且防效高,無疑是解決當前因大量化肥、農(nóng)藥使用造成的環(huán)境污染日益突出最具潛力的途徑之一,尤其是微生物資源十分豐富,種類多、分布廣,是獲得高效生物農(nóng)藥的巨大天然寶庫,盡管在針對包括致病疫霉在內(nèi)的植物病原菌的拮抗微生物的篩選中還存在許多亟待解決的問題,但已有的部分研究結果已經(jīng)顯示出了非常誘人的前景[21,25,28,35-37],尤其是隨著研究思路的不斷更新和新方法、新技術的不斷涌現(xiàn),可以預料在不久的將來,生防制劑可以大幅度減少或大部分代替農(nóng)藥和化肥的使用,以真正實現(xiàn)高效益、低成本、環(huán)境安全、產(chǎn)品優(yōu)良的可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn).
[1] 李明春,魏東盛,邢來君.關于卵菌綱分類地位演變的教學體會[J].菌物研究,2006,4(3):70-74.
LI Mingchun, WEI Dongsheng, XING Laijun.Teaching feeling about the change of the position of Oomycetes classification[J].Journal of Fungal Research, 2006, 4(3):70-74.
[2] 宋伯符,謝開云.CIP的全球晚疫病防治倡議與我國的參與[J].馬鈴薯雜志,1997,11(1):51-55.
SONG Bofu, XIE Kaiyun.Global initiative on late blight from CIP and Chinese participation[J].Chinese Potato Journal, 1997, 11(1): 51-55.
[3] 桂春爽,蔣繼志.中國重要馬鈴薯產(chǎn)區(qū)致病疫霉生理小種研究進展[C]//彭友良,王振中.中國植物病理學會2008年學術年會論文集.北京:中國農(nóng)業(yè)科學技術出版社,2008:96-100.
GUI Chunshuang, JIANG Jizhi.Advances ofPhytophthorainfestansphysiological races in important potato producing areas in China [C].//PENG Youliang, WANG Zhenzhong.Proceedings of the annual meeting of Chinese society for plant pathology ( 2008).Beijing: Chinese Agricultural Science and Technology Press, 2008: 96-100.
[4] WANG Shutong, HU Tongle, ZHANG Fengqiao, et al.Screening for plant extracts to control potato late blight[J].Frontiers of Agriculture in China, 2007, 1(1):43-46.
[5] 郝志敏,蔣繼志,楊波,等.幾種植物組織提取物對致病疫霉的影響[J].河北大學學報:自然科學版,2005,25(增刊):92-96.
HAO Zhimin, JIANG Jizhi, YANG Bo, et al.Influences of several kinds of plant extracts onPhytophthorainfestans[J].Journal of Hebei University: Natural Science Edition, 2005, 25(S):92-96.
[6] 蔣繼志,鄭小波,陸家云,等.馬鈴薯和洋蔥的水溶性成分對致病疫霉游動孢子萌發(fā)和附著胞形成的影響[J].南京農(nóng)業(yè)大學學報,1996,19(4):105-108.
JIANG Jizhi, ZHENG Xiaobo, LU Jiayun, et al.Effects of water soluble components of potato and onion on zoospore germination and appressorium formation ofPhytophthorainfestans[J].Journal of Nanjing Agricultural University, 1996, 19(4): 105-108.
[7] 蔣繼志,道家紀志,鄭小波,等.用纖維素膜技術研究致病疫霉侵入前與植物相互作用的新方法[J].植物病理學報,1996,26(3):269-276.
JIANG Jizhi, DOKE Noriyuki, ZHENG Xiaobo, et al.A new method to study interaction between preinvasion ofPhytophthorainfestansand plants with cellulose membrane[J].Acta Phytopathologica Sinica, 1996, 26(3):269-276.
[8] 蔣繼志.植物病原真菌分子核型及致病疫霉侵入前與幾種植物相互作用的研究[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學植物保護學院,1996.
JIANG Jizhi.Molecular karyotypes of several species of phytophthogenic fungi and interaction betweenPhytophthorainfestansand plants[D].Nanjing: College of Plant Protection, Nanjing Agricultural University, 1996.
[9] 蔣繼志,史娟,吳靜,等.天然植物成分對幾種植物病原真菌的抑制作用[J].河北大學學報:自然科學版,1999,19(2):184-188.
JIANG Jizhi, SHI Juan, WU Jing, et al.Inhibition of natural plant compounds against plant pathogenic fungi[J].Journal of Hebei University: Natural Science Edition,1999,19(2):184-188.
[10] WEINERT N,REMO M,GOTTWALD C,et al.Effects of genetically modified potatoes with increased zeaxanthin content on the abundance and diversity of rhizobacteria with in vitro antagonistic activity do not exceed natural variability among cultivars[J].Plant and Soil, 2010, 326(1-2):437-452.
[11] JIANG Jizhi, SHI Juan, ZHAO Likun, et al.Resistance toPhytophthorainfestansin potato induced with plant extracts [J].Acta Phytopathologica Sinica, 2001, 31(2):144-151.
[12] 蔣繼志,孫琳琳,郭會婧,等.幾種微生物提取物誘導馬鈴薯抗晚疫病及機理的初步研究[J].植物病理學報,2010,40(2): 173-179.
JIANG Jizhi, SUN Linlin, GUO Huijing, et al.Resistance and its mechanisms in potato against late blight induced by some microbial extracts[J].Acta Phytopathologica Sinica, 2010, 40(2):173-179.
[13] 蔣繼志,劉洋,楊發(fā)茂,等.非生物因素誘導馬鈴薯抗真菌病害研究的新進展[J].生物技術通報,2006(增刊): 79-82.
JIANG Jizhi, LIU Yang, YANG Famao, et al.Advances of resistance induced in potato against fungi diseases by abiotic factors[J].Biotechnology Bullet, 2006 (S): 79-82.
[14] AN Y J,KANG S C,KI-DEOK K,et al.Enhanced defense responses of tomato plants against late blight pathogenPhytophthorainfestansby pre-inoculation with rhizobacteria[J].Crop Protection,2010,29(12):1406-1412.
[15] EL-HASAN A,WALKER F,SCH?NE J,et al.Detection of viridiofungin A and other antifungal metabolites excreted byTrichodermaharzianumactive against different plant pathogens[J].European Journal of Plant Pathology,2009,124(3):457-470.
[16] HULTBERG M,BENGTSSON T,LILJEROTH E.Late blight on potato is suppressed by the biosurfactant-producing strainPseudomonaskoreensis2.74 and its biosurfactant[J].BioControl,2010,55(4):543-550.
[17] 惠嬌,蔣繼志,鮑雪,等.致病疫霉拮抗放線菌NB8發(fā)酵條件的優(yōu)化[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報,2011,34(2):86-89.
HUI Jiao, JIANG Jizhi, BAO Xue, et al.Optimization of fermentation conditions ofStreptomycesalbusNB8 against the growth ofPhytophthorainfestans[J].Journal of Agricultural University of Hebei, 2011, 34(2):86-89.
[18] CAI G H,MYERS K,BRADLEY I H,et al.A novel virus of the late blight pathogen,Phytophthorainfestans,with two RNA segments and a supergroup 1 RNA-dependent RNA polymerase[J].Virology, 2009, 392(1):52-61.
[19] SINGH A,ISLAM M N.In vitro evoluation ofTrichodermaspp.againstPhytophthoranicotianae[J].Int J Expt Agric, 2010,1(1):20-25.
[20] LACEY J.The infectivity of soils containingPhytophthorainfestans[J].Annals of Applied Biology, 1965, 56(3): 363-380.
[21] MCBEATH J H.Trichodermaatroviride(cold tolerantTrichoderma)[J/OL].(2011-02-25).[2011-08-10].http://www.ampacbiotech.net/Articles%20amp;%20Pubs/trich.html.
[22] 曹克強,胡同樂,張鳳華,等.中國馬鈴薯晚疫病預警系統(tǒng)的建立[C]//中國植物保護學會.面向21世紀的植物保護戰(zhàn)略發(fā)展論文集.北京:中國科技出版社,2001: 1166-1169.
CAO Keqiang, HU Tongle, ZHANG Fenghua, et al.Establishment of warning system on potato late blight in China [C] //China Society of Plant Protection.Symposium of strategic development of plant protection for the twenty-first century.Beijing: China Science and Technology Press, 2001:1166-1169.
[23] 孟艷,臺蓮梅,靳學慧,等.木霉菌T115D發(fā)酵濾液對馬鈴薯晚疫病菌的抑制作用[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學學報,2009,21(4): 30-33.
MENG Yan, TAI Lianmei, JIN Xuehui, et al.Inhibition of fermentation filtrate fromTrichodermasp.T115D onPhytophthorainfestans[J].Journal of Heilongjiang Bayi Agricultural University, 2009,21(4):30-33.
[24] PICARD K,TIRILLY Y,BENHAMOU N.Cytological effects of cellulases in the parasitism ofPhytophthoraparasiticabyPythiumoligandrum[J].Applied and Environmental Microbiology,2000,66(10):4305 -4314.
[26] FU Jing,ZHOU Yang,LI Haifeng,et al.Antifungal metabolites fromPhomopsissp.By254,an endophytic fungus inGossypiumhirsutum[J].African Journal of Microbiology Research,2011,5(10):1231-1236.
[27] KIM H Y,CHOI G J,LEE H B,et al.Some fungal endophytes from vegetable crops and their anti-oomycete activities against tomato late blight[J].Letters in Applied Microbiology,2007,44(3):332-337.
[28] SON S W,KIM H Y,CHOI G J,et al.Bikaverin and fusaric acid fromFusariumoxysporumshow antioomycete activity againstPhytophthorainfestans[J].Journal of Applied Microbiology,2008,104(3):692-698.
[30] 蘇珍珠,羅文富,楊艷麗,等.植物內(nèi)生真菌鐮刀菌對致病疫霉的抑制研究[J].云南農(nóng)業(yè)大學學報,2009, 24(5): 667-671,683.
SU Zhenzhu, LUO Wenfu, YANG Yanli, et al.Inhibition effect of plant endophyticFusariumspp.onPhytophthorainfestans[J].Journal of Yunnan Agricultural University, 2009, 24(5):667-671,683.
[31] 郭會婧,蔣繼志,李向彬,等.致病疫霉拮抗菌篩選及復合發(fā)酵液的抑菌作用研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報,2008,31(4): 86-90.
GUO Huijing, JIANG Jizhi, LI Xiangbin, et al.Screening of antagonistic strains and inhibition of combination fermentation againstPhytophthorainfestans[J].Journal of Agricultural University of Hebei, 2008, 31(4):86-90.
[32] 劉海珍,蔣繼志,王會仙.致病疫霉拮抗菌梨黑斑病菌發(fā)酵條件的優(yōu)化[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報,2010,33(1): 66-69.
LIU Haizhen, JIANG Jizhi, WANG Huixian.Optimization of fermentation conditions ofAlternariakikuchianaagainst the growth ofPhytophthorainfestans[J].Journal of Agricultural University of Hebei, 2010, 33 (1):66-69.
[33] 蔣繼志,趙麗坤,史娟,等.幾種真菌發(fā)酵液對致病疫霉的抑制作用[J].微生物學通報,2001,28(2):55-59.
JIANG Jizhi, ZHAO Likun, SHI Juan, et al.Inhibition of fungal fermented filtrates onPhytophthorainfestans[J].Microbiology, 2001, 28(2):55-59.
[34] 趙明剛.真菌——未來安全化學藥物的重要來源[J].世界農(nóng)業(yè),1988(11):62.
ZHAO Minggang.Fungi―the important sources of chemical drugs in future[J].World Agriculture, 1988(11):62.
[35] 從心黎,李燦輝,楊明摯,等.YX擬青霉菌發(fā)酵濃縮物對致病疫霉的抑制作用[J].云南大學學報:自然科學版,2005,27(5): 446-450.
CONG Xinli, LI Canhui, YANG Mingzhi, et al.Inhibition of the concentrate of fermentation liquid from YXPaecilomycesfarinosusonPhytophthorainfestans[J].Journal of Yunnan University: Natural Science Edition, 2005, 27(5):446-450.
[36] NAGAOKA T,NAKATA K,KOUNO K, et al.Antifungal activity of oosporein from an antagonistic fungus againstPhytophthorainfestans[J].Zeitschrift fur Natureforschung,2004,59(3-4):302-304.
[37] ESCHEN-LIPPOLD L,DRAEGER T,TEICHERT A,et al.Antioomycete activity ofγ-Oxocrotonate fatty acids againstP.infestans[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2009,57(20):9607-9612.
[38] LIU Xiaoyun, HU Tongle,CAO Keqiang.Biological characteristics of strain F603 ofEpicoccomsp.,an antagonistic fungus for controllingPhytophthorainfestans[J].Frontiers of Agriculture in China,2007,1(2):175-178.
[39] 張建強,王艷坤,李勇.纖維素高效降解混合菌的篩選及其發(fā)酵條件[J].西南交通大學學報,2008,43(4):549-554.
ZHANG Jianqiang, WANG Yankun, LI Yong.Selection and fermentation of mixed cellulolytic strains[J].Journal of Southwest Jiaotong University, 2008, 43(4):549-554.
[40] 田黎,張久明,黃樂平,等.混合發(fā)酵提高2株海洋微生物菌株抑菌活性的研究[J].微生物學報, 2005, 45(6):871-875.
TIAN Li, ZHANG Jiuming, HUANG Leping, et al.Study on increasing anti-fungi activity of marine microbes by mixed culture[J].Acta Microbiologica Sinica, 2005, 45(6):871-875.
[41] 蔣繼志,王興哲,王會仙.兩種致病疫霉拮抗真菌混合發(fā)酵及抗菌物質穩(wěn)定性研究[J].河北大學學報:自然科學版,2011,31(5): 515-521.
JIANG Jizhi, WANG Xingzhe, WANG Huixian.Optimization for mixed fermentation conditions of two antagonistic fungi againstPhytophthorainfestansand stability of anti-fungi substances[J].Journal of Hebei University: Natural Science Edition, 2011, 31(5):515-521.
[42] 李莎.致病疫霉拮抗菌混合發(fā)酵條件優(yōu)化及其發(fā)酵液性質的初步研究[D].保定:河北大學生命科學學院, 2010.
LI Sha.Optimization of microorganisms mixed fermentation againstPhytophthorainfestansand characteristics of fermented liquids[D].Baoding: College of Life Sciences, Hebei University, 2010.
[43] 桂春爽,梁寧,蔣繼志.拮抗真菌和放線菌復配發(fā)酵產(chǎn)物對馬鈴薯晚疫病的防病作用[J].河北大學學報:自然科學版,2009,29(4):416-420.
GUI Chunshuang, LIANG Ning, JIANG Jizhi.Disease prevention of compound fermentation of antagonistic fungi and actinomyces on potato late blight[J].Journal of Hebei University: Natural Science Edition, 2009, 29(4):416-420.
[44] 桂春爽.北方四省致病疫霉致病型及拮抗菌復合發(fā)酵抑菌作用的研究[D].保定:河北大學生命科學學院,2010.
GUI Chunshuang.Pathogenic types ofPhytophthorainfestansfrom four provinces in north China and antifungal effect by complex fermentation of antagonistic microbes[D].Baoding: College of Life Sciences, Hebei University, 2010.
[45] 朱琳,蔣繼志,王會仙,等.拮抗菌對致病疫霉生長及抗性酶活性的影響[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報,2010,33(2):70-73.
ZHU Lin, JIANG Jizhi, WANG Huixian, et al.Effects of antagonistic microorganisms on growth and resistance enzymes activities ofPhytophthorainfestans[J].Journal of Agricultural University of Hebei, 2010, 33(2):70-73.
(責任編輯:趙藏賞)
AdvancesofantagonisticfungiagainstPhytophthorainfestans
JIANGJi-zhi,GUOJun-ting,LILi-yan
(College of Life Sciences, Hebei University, Baoding 071002, China)
Phytophthorainfestans(Mont.) de Bary causes late blight of potato and tomato, and is the first important factor limiting sustainability for potato and tomato production all over the world.Current resistant varieties, agricultural cultivations, and chemical fungicides could not completely and effectively control the late blight sinceP.infestanshas evident physiological differentiation and quick hereditary variation.To explore antagonistic fungi and develop safe and high effective microbial pesticide againstP.infestansis one of the main study fields at present.In order to carry out biological control of potato and tomato late blight, the progress on antagonistic fungi toP.infestansin recent years were reviewed, and some problems existing in this field and research highlight were pointed out.
antagonistic fungi;Phytophthorainfestans; potato; tomato
Q945.8
A
1000-1565(2012)01-0105-08
2011-08-12
河北省自然科學基金資助項目(C2011201003)
蔣繼志(1960-),男,寧夏中寧人,河北大學教授,主要從事生物化學與分子生物學研究.
E-mail: jiangjizhi@yahoo.com