放线菌生物防治棉花黄萎病研究进展

穆凯热姆·阿卜来提，来娜娜，王晓东（石河子大学绿洲农作物病害防控重点实验室，新疆　石河子　832000）



放线菌生物防治棉花黄萎病研究进展

穆凯热姆·阿卜来提，来娜娜，王晓东*
（石河子大学绿洲农作物病害防控重点实验室，新疆石河子832000）

摘要：基于国内外拮抗微生物生物防治棉花黄萎病的研究，综述了棉花黄萎病的危害症状及致病机理、棉花黄萎病生物防治研究现状及拮抗放线菌在棉花黄萎病防治中的实践应用，并对放线菌的生防优势及作用机理等做了简要论述。

关键词：棉花黄萎病；生物防治；放线菌

棉花黄萎病是一种毁灭性的土传维管束病害，由半知菌亚门丛梗孢目轮枝菌属真菌（Verticillium dahliae Kleb）所引起［1］。最早由Carpenter在1914于美国弗吉尼亚州的陆地棉上发现，随后在密西西比、阿肯色、得克萨斯、新墨西哥和加利福尼亚等州陆续报道了黄萎病的发生和危害情况［1］。我国棉花黄萎病自1935年由引进美国棉花品种传入，后因分发给部分地区未经消毒处理的种子而引起爆发，现已遍布我国各大棉区。进入20世纪90年代后，随着棉花枯萎病的为害得以控制，黄萎病的发生为害已经慢性地、严重地影响着棉花的单位产量。棉花黄萎病的微菌核能在土壤中存活多年，导致该病防治极为困难，尤其是“落叶型”棉花黄萎病在局部棉区发生后，对棉花生产更是存在着潜伏性的灾害。棉花黄萎病在学术界被称为植物病害中的癌症，长期以来人类与此病经历了艰苦的斗争，目前针对此病防治主要采用选育抗病作物品种、农业防治、化学防治和生物防治等方法相结合的综合防治策略［2-3］，生物防治是目前研究的热点，已报道应用于棉花黄萎病拮抗微生物类群主要包括真菌、细菌、病毒和放线菌，其中放线菌是研究最早的生防微生物，也是农业病害具有巨大生防潜质的微生物资源。

放线菌（Actinomycetes）在自然界分布广泛，种类庞杂，代谢功能各异，因气生菌丝呈放射状而得名，典型丝状放线菌主要属于链霉菌属（Streptomyces）和小单孢菌属（Micromonospora）两类［4］。土壤放线菌资源丰富，为抗生素工业的建立和发展发挥了巨大作用，在已知的放线菌种有半数以上有拮抗活性，迄今为止已报道的具有生物活性的次级代谢物共有22 500余种，其中具有拮抗活性的16 500种，在这些拮抗物质当中有10 100（45%）产自于放线菌，7630种源自于链霉菌，其余来自稀有放线菌［5］。因此，以放线菌为抗生菌，防治土传病害的成功事例不胜枚举，这给棉花黄萎病的防治带来了新的曙光。

1　棉花黄萎病的危害症状及致病机理

1.1棉花黄萎病的危害症状

棉花黄萎病能在棉花整个生长期间侵染为害，自然环境下幼苗期不发病或很少发病，一般3～5片真叶期开始显症状，现蕾期病株由下部叶片向上发展，病叶边缘向上卷曲，叶脉间出现淡黄色失水萎蔫不规则的病斑，病斑逐渐扩大，呈褐色、“花西瓜皮”状，后期整个叶片枯焦；病株纵剖茎秆可见维管束变淡褐色，发病严重的病株枝条和叶柄的维管束变色；结铃期棉叶呈水烫样，继而突然萎垂，逐渐脱落成光秆，几乎不结铃；发病严重时病株死亡，造成严重减产［6］。

1.2棉花黄萎病的致病机理

研究指出，引起棉花黄萎病的病原菌有大丽轮枝菌（Vercitillium dahliae Kleb）和黑白轮枝菌（Vercitillium alboatrum Reinke & Berthold）2种［7］，且大丽轮枝菌是引起我国棉花黄萎病的主要病原菌［8］。大丽轮枝菌寄主范围广泛，病原菌具有遗传多样性，田间致病性易发生变异出现强致病力类型，是典型的土传病害。关于黄萎病病原菌的致病机制，目前最有影响力的是堵塞学说和毒素学说。（1）堵塞作用。在土壤中越冬的棉花黄萎病病原菌直接侵染根系，定殖时会分泌包括纤维素酶和果胶酶在内的多种细胞壁降解酶，这些酶能降解植物细胞壁，并产生大量的菌丝体，菌丝体可直接穿透皮层破坏植物体的保护屏障，进而穿破内皮层到达木质部［7］，随后在里面产生大量的分生孢子，分生孢子又刺激邻近的薄壁细胞产生胶状物质和其它物质堵塞导管，阻断水分和营养物质的正常运输，且自身可随蒸腾作用侵染植物的上部，使植株出现萎蔫、褪绿等症状［9］。（2）致病毒素。大丽轮枝菌（V. dahliae）能分泌轮枝素，该毒素是引起棉花黄萎病的关键因子。毒素可破坏感病棉花品种的叶片和根组织细胞膜，改变细胞膜透性，使细胞内钾离子大量渗漏而减少，导致棉株萎蔫［10］。

2　放线菌在棉花黄萎病防治中的应用

2.1放线菌的生防优势

放线菌是广泛分布于土壤中的优势微生物类群，比较其他拮抗微生物而言，对土传植物病害的防治有着先天性优势，其取自于土壤最终还原于土壤，具有良好的适应能力和稳定性，并产生多种抗生素和具有菌剂保藏时间长及诱导寄主植物产生系统抗性等优点［11］，这些使放线菌在实际生产应用中更加简便、经济。1989年芬兰研究者Kenica推出放线菌杀菌剂Streptomyces griseovirdis，商品名Mycostop，是由灰绿链霉菌（S. griseovidis）的孢子和菌丝制成的，其分离自泥煤，该制剂主要防治土传病原菌，如腐霉菌（Pythium spp.）、镰刀菌（Fusarium spp.）、疫霉菌（Phytophthora spp.）和丝核菌（Rhizoctonia spp.）等，且防效稳定［12］。自Wakksman和Umezwa发现放线菌用途的多样性后，人们陆续发现放线菌可作为抗生素、维生素、酶和酶抑制剂的产生菌，因此放线菌已被认为是抗生素产生菌的主要来源。我国目前生产上应用的抗生素主要有浏阳霉素、赤霉素春雷霉素、井冈霉素、农抗120、农抗5102、武夷霉素、中生霉素等。据统计，已发现的大约4 000余种抗生素，有90%的抗生素是由放线菌产生的，且此类抗生素具有活性强、抑菌范围广的优良特征［14］，因此，筛选和利用放线菌进行土传病害方面的防治具有较好的应用前景。

2.2放线菌生防机制

放线菌主要通过抗生作用、重寄生酶解作用、空间竞争和营养竞争、诱导抗性等方式影响植物病原菌的生长和繁殖。

拮抗微生物在寄主植物组织内定殖后产生非酶类物质和其他抑菌物质［15］，这些物质破坏病原菌的生存环境，直接导致病原菌的死亡或抑制生长；放线菌通过营养竞争，产生嗜铁素，并利用土壤中的铁离子（Fe3+），限定病原菌对铁离子的需求，从而强烈抑制病原菌的生长［1］；放线菌对土壤或植物根际环境中生态位点的竞争，直接阻止病原菌对植物的侵染，并通过空间竞争和抗生作用降低病原菌的数量［16］；研究发现，放线菌可以分泌多种胞外水解酶，通过水解酶的作用，破坏病原真菌的细胞壁及细胞膜，能够降低病原菌的致病力及其种群密度，直接抑制病原菌的正常生长［14］。

目前国内外研究报道，Baharlouei等人［17］研究发现Streptomyces plicatus 101通过分泌胞外几丁质酶抑制有些病原真菌菌丝的生长。Khamna等人［18］研究表明，部分放线菌通过产生吲哚乙酸，有效促进植物生长。梁军锋等人［19］通过研究发现生防放线菌诱导辣椒叶片苯丙氨酸解氨酶与多酚氧化酶活性物质的提高，抑制辣椒疫霉发生。许英俊［20］研究发现接种放线菌剂后可对草莓产生促生作用，并影响作物的多酚氧化活性，抑制草莓病害发生。段春梅等人［21］发现链霉菌Act12菌株接种处理黄瓜叶片PPO活性增加54.4%，诱导抗病性明显提高。因此，放线菌还通过提高植物防御酶活性等方式，增强植物整体防御功能。

2.3放线菌在棉花黄萎病防治中的应用

放线菌是人们研究最早并广泛应用于农业生产中的生防微生物，具有无毒、无残留、无伤害、防病效果持效时间长等优点［22］，且放线菌可直接作用于土传病害，因此放线菌作为生防因子吸引了许多研究者。前苏联研究者在20世纪50年代就曾经研究过放线菌对棉花枯、黄萎病的防治［23-24］。我国研究者在20世纪50年代分离筛选出对棉花黄萎病病原菌拮抗活性较强的放线菌菌株G4和5406（细黄链霉菌，Streptomyces microflavus），这2株菌对棉花黄萎病具有良好的防治效果和增产的作用［25-26］。刘大群［27］、孟庆芳［28］分离获取1株链霉菌S23，其对不同棉花黄萎病菌菌株均表现抑菌作用，并在温室和小区试验中具有良好的防效。Thongchai等人［29］从36种不同植物组织内分离了330株植物内生放线菌，其中5株放线菌（Streptomyce ssp.）对棉花枯萎病有强烈抑制作用。薛磊等人［30］采用菌丝生长速率法、微菌核萌发法研究了B49、D148、Act12等菌株对大丽轮枝菌的抑菌机制，并筛选获取1株链霉菌发酵液对病原菌菌丝生长、微菌核形成与萌发均具有较强的抑制作用，该菌株5倍稀释发酵液对微菌核形成的抑制率达100%。张武岗等人［31］分离筛选出1株编号为19G - 317的黄色类群链霉菌（Streptomyce ssp.）菌株，经研究表明该菌抑菌谱广泛，其中发酵液和菌丝提取物对棉花黄萎病（Verticillium dahliae）的抑菌率分别为50%和90%左右。筛选和利用拮抗放线菌防治棉花黄萎病越来越受到国内外学者的青睐，也是目前研究的热点。放线菌作为拮抗菌的一个重要来源，不仅具有种类多、数量大、抑菌机理多样化等特点，而且可产生功能多样性丰富的抗生素及多种次生代谢物质，这些活性物质在农作物病虫害的生物防治方面具有举足轻重的作用，筛选生防放线菌对新疆地区微生物资源的开发利用具有重要的意义。

3　展望

放线菌是一类具有广泛实际用途和巨大经济价值的微生物类群，在棉花黄萎病的防治过程中具有重要作用。根据利用拮抗放线菌防治棉花黄萎病的研究报道，目前大量具有生防潜力的拮抗放线菌被研究报道，但是大部分停留在研究开发阶段，只有少数拮抗菌株作为生防制剂推广利用。棉花黄萎病病原菌致病性容易变异、遗传特性复杂、缺乏放线菌生防机制的了解等因素是生物防治研究进程中的主要障碍。因此，利用生物化学、遗传学和分子生物学等手段了解病原菌和拮抗放线菌的生防机制，确定理化性质、生理生化和生防机制同时经过物理、化学和分子生物学等方法改良拮抗放线菌的培育环境，并提高抗逆性、繁殖能力和对病原菌的抑菌活性，最终通过加强拮抗放线菌生产工艺、优化发酵工程技术等来提高活性物质产率，在今后的农业生产中发挥更重要的作用。

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收稿日期：2016—03—09

*通讯作者：王晓东（1975-），副教授，博士，主要研究方向为植物病害生物防治。Email: wxd_agr@shzu.edu.cn。