链霉菌生物防治研究进展

毛良居 毛赫

摘要 介绍了链霉菌的活体制剂和代谢产物在植物病害生物防治中的应用；综述了链霉菌的生防机制，包括拮抗作用、竞争作用、重寄生作用、诱导作用和抗生作用；指出了链霉菌在植物病害防治中存在的问题并提出了对策；展望了链霉菌生物防治今后的研究方向。

关键词 链霉菌；应用；生防机制；存在问题；展望

中图分类号 S476 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）01-0145-03

Advances on Biological Control of Streptomyces

MAO Liangju1， MAO He2*

（1.Forestry Department of Jilin Province， Changchun，Jilin 130022；2.Jilin Provincial Academy of Forestry Science，Changchun， Jilin 130033）

Abstract We introduced the application of living preparation and metabolites of Streptomyces in the biological control of plant diseases， summarized the biocontrol mechanism of Streptomyces， including antagonism， competition， mycoparasitism， entrainment and antibiotic effect， pointed the existing problems of biological control of Streptomyces， put forward some solution， and prospected the research direction of biological control of Streptomyces in future.

Key words Streptomyces；Application；Biocontrol mechanism；Existing problem；Expectation

在提倡绿色生态、安全生态的今天，农业生产也越来越重视无公害、无污染。传统的化学农药防治农业灾害已不能满足当今社会加强环境保护、坚持农业可持续发展的理念，因此，寻找健康、安全、有效的农业生物灾害防治手段成为当务之急。利用一种或一类有益生物来抑制或杀死有害生物的生物防治方法应运而生，为今后的农药工业发展提供了方向。放线菌作为生防菌对很多病原菌有明显的拮抗效果。随着农用抗生素的应用，作为抗生素产生菌的放线菌越来越被广泛研究。链霉菌是高等放线菌，是种类和数量较多的放线菌之一，在防治植物病害中起重要作用。笔者综述了链霉菌生物防治研究现状，以期为链霉菌的生防作用研究提供参考。

1 链霉菌介绍

链霉菌的研究开始较早，但人们一直无法准确地对链霉菌进行分类，直到1943年，Waksman和Henrici才首次提出了链霉菌属[1]。1962年数值分类法开始应用，1983年Williams等[2]对链霉菌及相关属的473个菌株的139项特征进行了测定，Kmpfer等[3]对链霉菌属和链轮丝菌属821个菌株的329个特征进行了测定。Lechevalier等[4]在1976年又提出了化学分类研究，以化学与形态特征相结合，而随着质谱、色谱等技术的不断发展，其在分类中的应用，使得分类研究更快速、准确。

到20世纪80年代，Stackebrandt等[5]又发展了分子分类研究，利用16S rRNA 相似性构建系统发育树。近年来，利用16S rRNA 序列分析的方法，确定了许多链霉菌的新种。此外，还有基于传统的表型分类、数值分类和分子分类等方法的综合应用的多相分类研究。

我国对链霉菌的研究相较于国际水平还存在一定差距，国际上不认可我国发表的许多链霉菌新种，从而增大了我国对链霉菌开发和利用的难度。因此，对链霉菌分类单位的研究，以及如何建立更快速、准确的链霉菌鉴定方法成为目前链霉菌研究的重要课题，也是研究链霉菌生防作用的前提。

2 链霉菌在植物病害生物防治中的应用

2.1 利用链霉菌的活体制剂来防治植物病害

灰绿链霉菌（Streptomyces griseovidis）的活体制剂Mycostop可用来防治一些由丝核菌（Rhizoctonia spp.）、腐霉菌（Pythium spp.）、镰刀菌（Fusariwn spp.）、疫霉菌（Phytophthora spp.）等引起的土传植物病害[6]，在抑菌的同时还能促进植物生长、提高产量，而且对植株本身无毒副作用[7]。我国自产的“5406”细黄链霉菌（Streptomyces microflavus）活体制剂，其生长过程中可分泌多种能够抑制不同种植物病原真菌和细菌生长的抗生素，而且可分泌促进植物自身细胞分裂和伸长的激素[8]。但在实际应用中链霉菌活体制剂的抗菌活性受环境因素影响较大，应用时要选择合适的剂型。内生链霉菌是很有前景的防治黄瓜炭疽病的放线菌[9]。

2.2 利用链霉菌的代谢产物来防治植物病害

链霉菌可产生多种抗生素，其产量约占微生物抗生素产生总量的90%[10]。它们对有害生物具有很高的选择性，且易被分解，是一类无公害、无残留的绿色农药。产生的抗生素种类繁多，如纳他霉素、春雷霉素[11]、多氧霉素[12]、金真菌素、庆丰霉素、井冈霉素[13]、武夷霉素和农抗120[14]等。 除抗生素外，链霉菌亦可产生其他具有生防效果的物质，如各种酶制剂，目前几丁质酶和β-l，3-葡聚糖酶的研究最广泛。几丁质酶为诱导酶，其抑制病原菌生长的机理为破坏菌丝新生的几丁质结构。1986年，Schlumbaum等[15]首次报道了菜豆几丁质酶的抗真菌活性，通过进一步研究发现除菜豆外，烟草、马铃薯、甜菜、水稻、大麦和玉米等的几丁质酶也可抑制如立枯丝核菌（Fusariurn solani）等20多种病原真菌和非病原真菌的菌丝生长或孢子萌发。Baharlouei等[16]研究表明，Streptomyces plicatus 101能够通过分泌胞外几丁质酶抑制部分病原真菌菌絲生长。Valois等[17]发现链霉菌菌株EF-14（Streptomyces sp.EF-14）能够通过分泌β-1，3-葡聚糖酶、β-1，4-葡聚糖酶和β-1，6-葡聚糖酶抑制Phytophthora fragariae var.rubi的生长，从而防止悬钩子根腐病的发生。其他的活性物质还包括核苷酸、嗜铁素、维生素和甾体化合物等。它们通过影响病原菌的膜通透性、阻碍病原菌细胞壁的合成、与病原菌核糖体或其反应底物相互作用抑制蛋白质的合成、阻碍病原菌DNA的复制和转录等方式防治植物病害。

3 链霉菌生防机制

链霉菌的生防机制研究表明，链霉菌主要通过拮抗作用、竞争作用、重寄生作用、诱导作用和抗生作用等抗病机制来防治植物病害、土传病害，且链霉菌不仅仅通过1种方式单独发挥生防作用，通常都是几种方式联合作用的共同效果，不同的生防机制间也存在协同作用。

3.1 拮抗作用

拮抗作用在生物界中普遍存在。通常链霉菌产生一些次生代谢产物或生物活性物质通过拮抗作用来抑制其他植物病原微生物。于冰等[18]研究表明淀粉酶产色链霉菌（Streptomyces diastatochromogenes）的胞外代谢产物丰加霉素对黄瓜立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）的菌丝生长和菌核形成都有明显的拮抗作用。王清海等[19]研究发现土壤拮抗菌R5对棉花枯萎病、烟草赤星病、烟草炭疽病有抑制作用，它产生的β-l，3-葡聚糖酶对小麦纹枯病有很好的拮抗作用。产水链霉菌（Streptomyces hydrogenans）和球孢链霉菌（Streptomyces globisporus）是从盐碱地中分离出来的，可明显抑制由核盘菌引起的油菜菌核病，球孢链霉菌的防治机理可能是产生几丁质酶部分分解油菜菌核[20]。

3.2 竞争作用

生防菌发挥作用的一种主要机制是利用生物之间的竞争作用，包括空间竞争和营养竞争。生防链霉菌通过对土壤或植物根际的空间竞争阻止病原菌的生长，减少根际病原菌数量，从而降低病原菌对植物的侵染[21]。球孢链霉菌在油菜种植前期对油菜菌核病的抑制作用更好，就是因为可以定殖在油菜菌核上从而寄生分解菌核[22]。这是不同作用方式综合防治的结果。营养竞争就是生防菌对其生存环境中其他病原菌的营养成分的抢夺，包括水分、养分和空间等。如某些链霉菌通过分泌嗜铁素使土壤中铁离子（Fe3+）的利用速率加快，从而限制了病原菌对铁离子的需求，抑制其生长，减少病害发生。

3.3 重寄生作用

链霉菌可产生多种胞外水解酶，由它们介导重寄生作用防治植物病害，并和抗真菌蛋白与抗生素协同作用。该方法很早就有报道，1986年Tu[23]报道了白色链霉菌（Streptomyces albus）对Nectria inventa的重寄生作用。王清海等[19]在用土壤链霉菌R5处理辣椒疫霉病菌和烟草黑胫病菌试验时发现菌丝扭曲、畸变、菌丝壁消解，该现象即R5通过菌丝缠绕、紧贴、穿透的方式重寄生于病原菌菌丝上，使病菌因无法正常生长而死亡。

3.4 诱导作用

链霉菌在抑制病原菌的同时，也会对其寄生的植物产生作用，而这种诱导作用通常是植物启动防御反应的导火索，即诱导植物的抗性反应，增强植物整体防御机能。链霉菌诱导的抗性反应通常是系统获得抗性。张穗[22]发现，吸水链霉菌在产生井冈霉素的同时，亦促使水稻叶片中的过氧化物酶和苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性增强，使植株产生抗性防御反应，防御纹枯病的发生。段春梅等[24]发现接种密旋链霉菌Act12后， 黄瓜抗病性明显提高，叶片中多酚氧化酶（PPO）活性增加54.4%。梁军锋等[25]研究发现拮抗放线菌可提高辣椒顶端叶片PAL与PPO活性，降低辣椒疫霉发生。许英俊等[26]对草莓接种3株放线菌剂后，产生了促生作用并影响草莓PPO的活性，降低了草莓病害的发生概率。

3.5 抗生作用

通过分泌一些生长激素物质促进植物自身生长，间接提高植物抗病性。一些植物根际放线菌，如链霉菌链霉菌属（Streptomyces）、马杜拉放线菌属（Actinomadura）、小单孢菌属（Micromonospora）、诺卡氏菌属（Nocardia）等可通过分泌生长激素类物质增加玉米、番茄、黄瓜等植物干重[27]。Khamna等[28]发现来自植物根系的放线菌可产生有效促进植物生长的IAA。Igarashi等[29]也发现链霉菌 Streptomyces hygroscopicus 可产生多种激素类似物促进植物生长。

4 链霉菌在植物病害防治中存在的问题及解决方案

尽管链霉菌防治植物病害的研究屡见报道，也取得成效，但还存在许多问题。农用抗生素的大量使用增强了病原菌的耐药性，并且在生产实践中存在作用不稳定的问题；微生物菌制剂的防效不仅受其自身的性质影响，也受环境因素影响，不易控制；大多数链霉菌的生物防治研究只是进行了实验室试验，没有田间试验，不能确定其生防能力是否有效；生产、存储条件较严格，对突发性或流行性的植物病害防治有一定的滞后性；链霉菌在植物表面或土壤中的繁殖、定殖能力受环境中温度、湿度等变化影响；链霉菌生防机制研究不成熟，影响其发挥作用。此外，植物根际是生物和物理特性受到根系影响的紧密环绕根的区域，虽然微生物群丰富，但因为环境复杂，给确定链霉菌如何发挥作用增加了难度。

针对上述问题，要从2个方面入手解决。一要加强理论研究。建立筛选高效生防菌的筛选方法；全面系统地研究生防微生物的生态特征、竞争能力及其代谢产物，掌握其生长周期规律及生防作用方式；深入探索生防菌的功能基因、链霉菌对靶标病原菌的作用机理及其与靶标菌和寄主植物间的相互关系等，真正推动生防微生物在植物病害防治中的实际应用和生防制剂的商业化应用进程[31]。二是在应用方面。首先要解决生防菌剂的大规模发酵生产及有效保藏的问题，提高生防菌的利用率。还要确定生防菌定殖规律，使其快速定殖到寄主植物上，从而抑制病原菌的侵入。与此同时，利用四大工程（细胞工程、基因工程、发酵工程、酶工程）和生物技术的日臻完善，研发新的生防制剂，满足生物防治需求。借助现代分子生物学方法对直接从自然界获得的生防菌进行遗传改造，以提高生防菌的竞争存活能力和病害控制效果[31]。

5 展望

链霉菌是生物防治中的重点，要在现有的基础上，加快、加深对链霉菌生防效果的研究。在得到高效生防菌后，通过现代发酵工艺和代谢工程技术定向调控发酵工艺，优化发酵、增值生产工艺，提高生防菌有效活性物质产量。通过物理、化学、生物手段对自然链霉菌进行改造，提高抑制植物病害病原菌能力，培育可高抗农药、广泛适应环境、对病原菌控制能力強、繁殖能力高的品种，扩大抑菌谱，提高对寄主植物的定殖能力，提高抗病性。同时，利用快速发展的现代生物技术通过宏观、微观相结合的方法深入研究生防菌的抗病机理及规律，获得其功能基因。生物防治的一个特点就是会出现几种作用方式协同作用的结果，掌握它们作用方式规律以配合使用可达到最佳效果。此外，几种拮抗菌混合使用会提高病害防治能力[32-33]，可配合使用不同防治优势的生防菌，以提高生防效果。随着生物技术的持续发展，链霉菌的研究与开发利用会越来越多，链霉菌会得到新的发展。

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