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利用微生物防治植物病害的技术探讨

花匠小妙招
2024-09-21 10:35

利用微生物防治植物病害的技术探讨

来源：　类别：技术文章　更新时间：2014-02-20　阅读3107次

　　随着植物种类的不断增多，植物栽培方式的不断多样化，植物病害日趋严重，而传统的化学防治方法存在着许多弊端，比如：化学农药的大量使用引起了严重的环境污染、农产品的农药残留也越来越严重、病菌抗药性产生速度也越来越快等一系列对人们生活有害的影响。在当今倡导低碳经济、环保节约型社会中，寻求既能保护人类生活又可增产的新技术十分适应当今社会的发展。目前运用最广泛的应该是植物病害检测仪来检测植物病害，笔者主要介绍了利用微生物防治植物病害，这种防治方法利用生物多样性达到有害生物的可持续控制和无公害治理，符合当今社会的发展和要求，有着广阔的应用前景。
　　1 微生物防治的概念
　　1.1 生物防治
　　生物防治就是利用一种生物或其产物对付另外一种生物的方法，分为以虫治虫、以菌治虫和以菌治病三大类。它利用了生物物种间的相互关系，以一种或一类生物或其产物抑制另一种或另一类生物。生物防治的方法有很多，微生物防治就是其中一种。
　　1.2 微生物防治
　　微生物防治主要是利用有益的微生物，通过生物间的竞争作用、抗生作用、寄生作用、溶菌作用及诱导抗性等，来抑制某些病原物的存活和活动。即利用生态系统中各种生物之间相互依存、相互制约的生态学现象和某些生物学特性，以一种或一类生物或其产物抑制另一种或另一类生物。简言之：以菌治虫、以菌治病；其优越性在于资源丰富、选择性强、无残留、无污染、成本低、兼防兼治、增产增收、保持生态平衡、起到长效的作用。
　　所以开发微生物农药有广阔的应用前景，所谓微生物农药是指用于农作物抗御病虫害或调节农作物生长的微生物及其代谢物的通称。微生物农药的生产和使用，是微生物防治的重要手段。
　　2 微生物防治机制
　　微生物防治植物病害有多种机制，主要有以下几种：
　　2.1 竞争作用
　　微生物竞争作用主要包括营养竞争和位点竞争。营养和空间位点的竞争是指存在于同一微小生物环境中的两个或两个以上微生物之间争夺这一环境内的空间、营养、氧气等的现象。但在植物病害的生物防治方面，最重要的是生态位点的竞争。因为只有迅速占领植物上一切可能被病原物侵染的位点，才能在这些地方有效地发挥与病原物在氧气、水分和营养等方面的竞争作用，进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过产生代谢产物在低浓度下就能够对病原微生物的生长和代谢产生抑制作用，从而来影响病原微生物的生存和活动，即指两种微生物生活在一起，其中一种所产生的物质对另一者具有毒害作用，即成为抗生。其中一种微生物往往能够产生抗生素。在自然界中，抗生的现象很多，细菌、真菌、藻类及原生动物等 4 种微生物间的任意组合，都可产生对自身或其他微生物有抑制作用的拮抗物质。这些拮抗物质包括：抗生素、蛋白质类抗菌物质及挥发性抑菌物质、溶菌酶或蛋白酶。具有抗菌作用的如氨类、有机酸、过氧化氢酶等初始代谢途径中的副产品和其他次生代谢产物等。
　　2.3 寄生作用
　　微生物寄生作用发生在拮抗微生物与病原菌之间，如果由植物病原菌给拮抗微生物提供营养，病原菌的生长就会被抑制。拮抗微生物寄生 “ 器官” 可以是简单附着胞，也可以是菌丝口。寄生于病原菌的菌丝上可以抑制其活性，寄生于菌核上可以有效地减少感染源的数量。寄生菌靠趋化性与特异性植物凝血素的凝集作用来识别寄生，然后缠绕于病原菌的菌丝上或侵入菌丝内使菌丝死亡，进而保护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产生的次生代谢物对病原菌的菌丝或孢子的细胞壁产生溶解作用，致使病菌细胞壁穿孔、畸形、菌丝断裂、原生质溶解、外溢而丧失活力，同时造成孢子畸形、孢子萌发具抑制作用。如果真菌细胞壁溶解或者细胞壁被降解，普遍认为这是拮抗微生物已产生相应的胞壁降解酶（即使也可能同时产生抗生素）。人们已经进行大量深入的研究，已证实根围中胞壁降解酶的确存在且有活性。
　　2.5 诱导抗性
　　1933 年 Chester首次报道诱导植物产生免疫力，诱导系统抗性或系统获得性抗性，作为一种保护植物的新机制已经逐渐引起人们的重视。诱导植物产生抗性作用是指拮抗微生物不但能够抑制植物病原菌，而且还能够诱发植物自身抗病机制从而增强植物的抗病性能的作用。拮抗微生物诱导植物体内产生有益于植物抗病性增强的生理生化反应，是拮抗微生物防病的重要机理。
　　3 生防微生物的种类
　　用于生物防治的微生物主要包括真菌、细菌、放线菌和酵母菌等很多生物种群，但应用于植物真菌病害的常用生防微生物主要有酵母菌、细菌、放线菌和霉菌。
　　3.1 真菌
　　目前已报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种。主要有以下几种：
　　3.1.1 木霉菌
　　目前对生防真菌研究和应用较多的是木霉菌，广泛存在于土壤表面，可从植物病残体、种子、球茎表面分离到，主要用于防治土传真菌病害。木霉菌作为一种资源丰富的拮抗微生物，在植物病害生物防治中具有极其重要的作用。木霉菌的拮抗作用具有广谱性，据资料显示，至少对 l8 个属 29种病原真菌有拮抗作用，木霉菌对许多植物病原菌具有寄生或拮抗作用，如哈茨木霉、绿色木霉、钩状木霉、长枝木霉、康氏木霉以及新近归为粘帚霉属的绿粘帚霉等。田连声等利用木霉菌 5 菌株的培养物防治草莓灰霉病，防治效果可与常用的化学农药多菌灵相媲美，其防效均在 80％以上。赵国其等用绿色木霉处理西瓜幼苗，能有效增强瓜苗长势，促使根系生长旺盛，抑制西瓜枯萎病菌生长。唐家斌等研究表明黄绿木霉的乃菌株对水稻纹枯病菌具有很高的抑菌率。宋晓妍等发现木霉菌株 SMF5 对棉花黄萎病菌具有强烈抑制作用。黎起秦等研究表明康氏木霉、哈茨木霉、拟康氏木霉及粘帚霉对西瓜枯萎病菌、生菜菌核病菌和番茄青枯病菌均有较强的抑制作用。
　　3.1.2 毛壳菌
　　毛壳菌通常存在于土壤和有机肥中，如植物残体、草食和杂食动物及鸟类的粪便中，它可以有效降解纤维素和有机物，并对土壤中的其它微生物产生拮抗作用。因此，毛壳菌成为植物病原菌的生物防治菌并被广泛应用。
　　早在 1954 年 Martin 和 Moore发现，巴西的各品种燕麦的种子被球毛壳和螺卷毛壳侵染后，会对维多利亚长蠕孢毒素的作用产生抵抗力。毛壳菌有 300 多个种，可预防谷物秧苗的枯萎病、甘蔗猝倒病、降低番茄枯萎病、苹果斑点病的发病率，对立枯丝核菌、拟茎点霉属、甘蓝格链孢属、葡萄孢属、毛盘孢属及其交链孢属的病原菌有一定的抑制作用。
　　3.1.3 淡紫拟青霉菌及厚壁孢子轮枝菌淡紫拟青霉菌及厚壁孢子轮枝菌主要是在控制植物病原线虫方面有很好的功效。刘杏忠等用淡紫拟青霉的培养料施入土壤对大豆孢囊线虫可持续2～3 年的防效，造成大量的空孢囊。林茂松等用厚壁孢子轮枝菌防治南方根结线虫卵寄生率达90.8％。
　　3.1.4 菌根真菌菌根真菌
　　主要是促进植物对氮、磷等营养元素的吸收，尤其在逆境条件下，能够提高植物的抗病能力。对菌根真菌的接种显示：接种株叶片光合速率显着提高，植株干物质量有所增加，或者土壤中微生物的数量有所增加，根区土壤的微生态环境得到改善，为下一代作物生长积累了养分。
　　3.2 细菌
　　在生防细菌中研究较多的是芽孢杆菌，此外还有放射性农杆菌、荧光假单胞杆菌和某些病原细菌的无毒性突变体等。
　　3.2.1 芽孢杆菌
　　芽孢杆菌的抑菌范围很广，包括根部病害，枝干病害、叶花部病害和收获后果品病害。如棉花枯萎病、黄萎病、立枯病、小麦赤霉病、番茄青枯病、苹果红腐病及其他一些土传和地上部病害。由于其具内生芽孢，抗逆性强，营养要求简单，繁殖速度快并在植物根圈易于定殖，所以被广泛应用于植物病害的生物防治中。目前应用于生防的芽孢杆菌种类主要有枯草芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌和短小芽孢杆菌等。国外利用枯草芽孢杆菌防治丝核菌、腐霉菌、镰刀霉等引起的病害，均取得较好的效果。
　　3.2.2 假单胞菌
　　假单孢菌属细菌大量存在于植物的根围，许多菌株对植物有抑制病害、促进生长的作用，其中荧光假单孢杆菌是报道最多、在防治土传病害方面应用效果较好的一类生防菌，对马铃薯、黄瓜、甜菜、豌豆、胡萝卜、小麦等常见土传病害如猝倒病、枯萎病、软腐病、小麦全蚀病等皆有不同程度的防治效果，且该菌附着在植物根际，兼有对病原菌的拮抗作用和对其根际主要微生物直接或间接作用的综合效果。
　　3.2.3 土壤放射杆菌
　　20 世纪 70 年代，澳大利亚 Kerr 等从土壤中分离得到土壤放射杆菌，该菌可以产生含核苷类物质的细菌素 Agrocin 84，在生产中利用活体菌剂或该菌的次生代谢物 Agroein 84 均可有效地防治由根瘤土壤杆菌引起的桃、樱桃、葡萄、玫瑰等植物的根癌病。近年来，我国分离出对葡萄根癌病有显着防效的土壤放射杆菌 HLB2， E26 和 M 115，经大田试验防效为 85％～100％。
　　3.3 放线菌
　　用在植物病害生防中的放线菌主要是链霉菌属及其相关类群，目前已有许多的成型制剂广泛应用于农业、工业和医学领域。如我国研制开发的井冈霉素、农用链霉素和多效霉素等生物农药已被大量使用，取得了良好的经济效益、生态效益和社会效益。但由于井冈霉素只对病菌有抑菌作用，而无杀菌作用，因此无法根治纹枯病。所以，又相继开发了梧宁霉素、内疗素、 768、 S-921、农抗120 等，近年来都得到了广泛的应用。
　　其中农用链霉素可以有效控制杨树腐烂病、十字花科软腐病、黄瓜黑星病、辣椒疫病、棉花枯萎病、番茄早疫病、灰霉病及番茄溃疡病菌等多种植物细菌性病害。
　　3.4 酵母菌
　　酵母菌常用于果蔬生物防治，其最大的优点在于它能在较干燥的果蔬表面生存，能迅速利用营养进行繁殖，且受杀虫剂的影响小；不产生抗菌素，可以避免病菌对抗菌素产生抗性而降低生防效果。
　　近几年来筛选了大量的酵母菌，如防治苹果灰霉病的 Kloeckera apiculata 和 Candida tenuis 等；防治柑橘绿霉病的 Candida famata；还有防治苹果、梨、草莓、猕猴桃、葡萄灰霉病、青霉病、软腐病和黑斑病等多种病害的 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时存在的问题及其对策
　　4.1 生防微生物在植物病害防治中存在的问题
　　4.1.1 在田间自然条件下生防微生物定殖能力差
　　由于大多数生防微生物是在试验条件下筛选鉴定的，实验条件与田间自然条件区别较大，所以这些生防微生物在田间施用后往往因定殖能力弱，形不成足够的生物群体而降低防效，影响防治效果。
　　4.1.2 生防微生物的抗药能力差
　　实验室条件下筛选的生防微生物，在田间由于残留的农药或施用农药的影响，种群数量迅速下降，影响其生防效果。
　　4.1.3 菌株稳定性问题
　　目前生防微生物制剂多为活菌制剂，田间施用时常受到温度、湿度、土壤 pH 值等外界因素的影响，因此防治效果也不稳定。
　　4.2 解决生防微生物在植物病害防治中存在问题的对策
　　解决生防微生物在植物病害防治中存在问题的对策主要有：
　　1）向土壤中添加刺激生防微生物产生抗菌素或诱导生防微生物种群增加的物质，如壳聚糖等；
　　2）进行菌株改良。利用诱变育种、转化技术及原生质融合进行菌株改良；
　　3）培育抗性转基因植物，经多代选择，获得稳定的抗病植物；
　　4）研发新型生物农药；将菌株的抗性基因应用于农药生产，生产出新一代生物农药。
　　5 利用微生物防治植物病害的展望
　　大多数生防微生物 20 多年来的应用实践证明，生防微生物农药不污染环境，对人畜安全，病菌产生抗药性的速度缓慢，经济效益相当可观。随着人们的生态环境意识的不断提高，研究和开发更多更安全的微生物农药势在必行。
　　目前，我国微生物防治虽已位于世界先进行列，检疫工具箱的应用也得到了较好的普及，但是基础研究欠缺，深入的理论研究常受条件限制，尤其是在较活跃的领域，开展的工作较少，与国外相比，在生防微生物研究及应用的技术手段多样性方面差距较大。生防微生物对农药的反应敏感、种类比较单一，抗菌谱较窄、生防菌在植株上定殖较难、生防效果不稳定，对有益基因的克隆仅限于一些抗虫基因、拮抗和促生的结合比较困难、微生物防治措施不够完善、可利用的拮抗微生物资源太少，还需进一步挖掘与应用。