植物内生真菌防治线虫机制研究进展

姚玉荣　霍建飞

摘 要：植物内生真菌应用于线虫生物防治具有安全、高效、低毒等优点。文章从植物内生真菌及其在线虫防治中应用概况、防线虫机制等方面进行综述，分析了防治线虫机制存在的问题并展望了植物内生真菌在线虫生物防治领域的应用前景。

关键词：内生真菌；线虫；生防

中图分类号：Q939 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.09.017

Advances in the Mechanism of Plant Endophytic Fungi on Nematode Controlling

YAO Yurong， HUO Jianfei， GAO Wei， LIU Chunyan， HAO Yongjuan， WANG Wanli

（Tianjin Plant Protection Institute， Tianjin 300384， China）

Abstract： The plant endophytic fungi， which were applied in the biological control to nematode， had many advantages such as safety， high efficiency， low toxicity， etc. In this paper， the general situation of plant endophytes and its mechanism on nematode biocontrol were summarized， the problems existing in the mechanism studying were analyzed， and the application of endophytes on nematode biological control in the future was prospected.

Key words： endophytic fungi； nematode； biocontrol

植物寄生线虫（plant parasitic nematode）是一类世界性分布的重要植物病原物，据估计每年给全球农业造成1 570亿美元的经济损失[1]。根结线虫是对作物危害最为严重的植物寄生线虫之一，几乎侵染所有的栽培植物，寄主超过3 000种植物，其危害遍及粮食作物和蔬菜等经济作物，尤其以茄科、葫芦科、十字花科等最为严重。根结线虫病害的危害程度仅次于真菌，已经超过细菌、病毒成为第二大植物病害[2]。蔬菜根结线虫病害在我国保护地栽培中造成减产达20%～30%，严重时可达70%，甚至绝产，如番茄及黄瓜根结线虫病害在华北。西北等保护地和华南露地泛滥成灾[3-4]，已成为保护地发展的主要限制因素之一，防控形势相当严峻。因此，研究环境友好型的根结线虫防控技术是一项十分迫切和艰巨的任务。

目前，化学农药是治理线虫病害重要措施之一，其中应用最多的是土壤熏蒸剂和触杀性杀线剂。化学防治方法见效快，效果显著，但是由于化学农药的选择性差导致农药残留高且难降解，存在破坏生态平衡、产生社会公害等系列问题。鉴于此，国家农业部提出“到2020 年农药使用量零增长行动方案”，引导农业“绿色化”发展。在这个大环境下，生物防治成为治理植物寄生线虫病害最有潜力的方法之一，重点研发高效低毒低残留农药以及生物农药等新型产品，最有可能实现持续安全有效的防治植物寄生线虫的目标。

植物寄生线虫的生物防治是指利用线虫在自然界的天敌生物来进行防治[5]，主要包括食线虫真菌、专性寄生细菌、病毒、捕食性线虫等，其中研究最多的是食线虫真菌。生产上食线虫真菌如厚垣孢普可尼亚菌Pochonia chlamydospora[6]以及淡紫拟青霉Paecilomyces lilacinus[7]制成的商品制剂应用较多。近些年，植物内生真菌作为新兴待开发的微生物源农药资源，已经成为国内外研究的热点。

1 植物内生真菌及其在线虫防治中的应用概况

植物内生真菌是指其生活史的某一階段或者全部阶段生活在健康植物组织内部，但是并不引起宿主植物病害症状的一类真菌[8]。相比于其他生物防治微生物，利用内生真菌防治植物寄生线虫具有明显的优势：内生真菌的大部分生活史在植物体内完成，其生存和繁殖受外部环境的影响小并且避免了与土壤中其他微生物间的强烈竞争[9-11]；内生真菌与根结线虫具有相似的生态位，与根结线虫直接接触并发挥作用的机率增大[12]，能够最大程度的发挥对根结线虫的防治作用。由此可见，植物内生真菌的优点弥补了常规生物防治微生物防治线虫的缺陷，大大提高了生物防治微生物的靶向性和高效性。

同时，植物内生真菌在植物体内的分布具有普遍性和多样性等特点，因此植物内生真菌可作为开发线虫生物防治真菌的优质资源。目前已经报道的防治线虫的内生真菌有枝顶孢霉（Acremonium coenophilalium）[13-14]，球毛壳菌（Chaetomium globosum）[15]，尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）[16-18]，地丝菌属真菌（Geotrichum sp. AL4）[19]，黑盘孢属真菌（Melanconium betulinum）[20]，菜豆拟茎点霉（Phomopsis phaseoli）[20]，青霉菌（Penicillium simplicissimum）[21]等。

2 植物内生真菌防线虫机制

鉴于内生真菌可用于防治线虫的优势，近年来，相关研究报道越来越多，但主要集中在从植物内生真菌次级代谢产物中开发杀线虫活性物质方面[22-23]，有关其作用机理的报道主要表现在以下几个方面。

2.1 产生具有杀线虫活性的次级代谢产物

线虫体内存在大量的氧化还原酶和水解酶等，大多数内生真菌对线虫的影响是通过产生次级代谢产物作用于线虫体内的酶系统或者代谢反应，从而抑制并杀死线虫[24]，故内生真菌次级代谢产物被视为第二代线虫生物防治因子。与第一代生防因子——活菌制剂相比较，次级代谢产物能够直接作用于线虫，有靶标性强、药效快、环境相容性好且不易造成二次污染等優点，成为目前国内外研究的热门领域[25-26]。植物内生真菌代谢产物繁多，已经发现的具有生物活性的代谢物质主要包括有机酸、生物碱、醌类、酮类、萜类、环丙烷类以及多肽和环肽类等[27-30]。

植物内生真菌杀线虫活性次级代谢产物的应用研究详见表1。Hallmann等[21]发现内生尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）的发酵液对根结线虫有毒杀作用，镰刀菌Fo162菌株发酵液处理线虫60 min后，90%的线虫丧失活力，处理24 h，线虫死亡率高达100%。Kopcke等[31]发现内生子囊菌次级代谢产生的内酯类化合物对南方根结线虫具有致死活性。Schwarz等[20]报道一些植物内生真菌代谢产生的3-羟基丙酸（3-Hydroxypropionic acid）对南方根结线虫有抑制活性，LE50值为（12.5～15） μg·mL-1。曹宇恒等[32]在番茄内生真菌交枝顶孢（A. implicatum）中分离到吲哚-3-甲醛（Indole-3-carboxaldehyde），对秀丽杆线虫具有一定的致死活性。苇状羊茅内生真菌（Neotyphodium coenophialum）的代谢产物对斯氏短体线虫（Pratylenchus scribneri）具有致死活性[22]。

2.2 降低根系以及根围土壤对线虫的吸引

美国学者West等[13]首次发现分离于高羊茅的内生真菌枝顶孢霉（Acremonium coenophilalium）能够显著降低斯氏短体线虫（Pratylenchus scribneri）以及矮化线虫（Tylenchorhynchus acutus）的种群密度；在盆栽试验中枝顶孢霉（A. coenophilalium）不仅降低了线虫密度，并且提高了高羊茅草产量。2000年，Elmi等[14]报道了枝顶孢霉（A. coenophilalium）能够显著降低根结线虫（Meloidogyne marylandi）和（M. graminis）的种群数量。Dababat等[17]研究发现，番茄被内生真菌尖孢镰刀菌（F. oxysporum） Fo162定殖以后，对南方根结线虫（M. incognita）的吸引力比对照降低56%；根系分泌物测定结果也显示80%的二龄幼虫移向对照根系的分泌物中，这表明定殖在植物根部的Fo162对线虫的吸引力降低或者说对线虫具有排斥力。

2.3 诱导植物对根结线虫的系统抗性

研究发现内生真菌能够提高寄主植物抗性[33]，这种抗性不同于寄主植物本身所具有的系统获得性抗性SAR，被称为诱导系统抗性ISR[34]。内生真菌能帮助寄主植物获得诱导系统抗性，诱导关键酶—过氧化物酶（PO）、多酚氧化酶（PPO）、苯丙氨酸氨裂解酶（PAL）、木质-硫乙醇酸lignothioglycolic acid（LTGA）、β-几丁质酶和1，3-葡聚糖酶等活性升高[35-36]。根部内生真菌印度梨形孢（Piriformospora indica）不仅能够显著降低大豆胞囊线虫的种群密度，此外还能提高寄主植物生物和非生物抗性[37]。Vu等[18]利用裂根法研究了几株内生非致病镰刀菌在香蕉上对穿孔线虫（Radopholus similis）的诱导系统抗性，结果表明，与对照相比较，接种内生真菌的香蕉线虫的入侵率降低了22%～41%。Dababat[17]用相同的研究方法研究了内生镰刀菌Fo162在番茄上诱导南方根结线虫的抗性，相比对照，菌株定殖的根系南方根结线虫的侵染率降低了45%。

2.4 营养竞争

植物内生真菌对植物寄生线虫的作用机制可能与线虫竞争空间和营养有关[38]。有研究发现内生真菌和植物寄生线虫都能够从膨大细胞中吸收糖类物质来获取营养[39-40]，而糖类营养物质的竞争降低线虫的繁殖率[41]。

3 植物内生真菌防线虫机制存在的问题与展望

近20年来，植物内生真菌的研究受到科研工作者的广泛重视，在内生真菌的生态学、资源开发等方面开展了系列研究，但多停留于应用研究阶段，作用机理方面研究相对较少。植物内生真菌在线虫防治机制研究中存在的问题主要包括以下几个方面：（1）次级代谢产物物质不明确、合成途径未知；（2）由于寄主基因型、内生真菌种类和环境条件对内生关系的影响极为复杂，内生真菌与寄主植物相互作用原理尚不明确。

随着各项技术的迅速发展，使得利用分子生物学手段来阐明作用机制成为可能。如植物内生真菌尖孢镰刀菌Fo162已经完成全基因组测序[22]，这对明确其代谢产生的杀线虫活性物质合成途径具有重要的意义。通过比较基因组学分析，挖掘内生真菌次级代谢产物合成基因从而解析内生真菌防线虫机制。

虽植物内生真菌防治线虫机制仍不够清晰，但是可以肯定的是充分开发植物内生真菌资源，能够促进线虫生物防治及相关研究的发展，值得广泛研究。

参考文献：

[1]ABAD P， GOUZY J， AURY J M， et al. Genome sequence of the metazoan plant-parasitic nematode Meloidogyne incognita[J]. Nature biotechnology， 2008， 26（8）：909-915.

[2]路雪君，廖晓兰，成飞雪，刘勇.根结线虫的生物防治研究进展[J]. 中国农业科技导报， 2010，12（4）：44-48.

[3]彭德良. 蔬菜线虫病害的发生和防治[J].中国蔬菜， 1998（4）：57-58.

[4]赵鸿， 彭德良， 朱建兰. 根结线虫的研究现状[J].植物保护，2003，29（6）：6-9.

[5]刘杏忠，张克勤，李天飞.植物寄生线虫生物防治[M].北京： 中国科学技术出版社，2004.

[6]祝明亮，张克勤，李天飛，等.三种生物制剂对烟草根结线虫病防效研究[J].云南大学学报（自然科学版），2000（5）：369-372.

[7]孙曙华， 周黎， 夏振远，等. 微生物制剂灭线宁防治烟草根结线虫病的研究与应用[J]. 中国烟草学报， 2002， 8（1）： 30-33.

[8]STROBEL G A. Harnessing endophytes for industrial microbiology[J]. Current opinion in microbiology， 2006， 9：240-244.

[9]RAMAMOORTHY V， VISWANATHAN R， RAGUCHANDER T，et al. Induction of systemic resistance by plant growth promoting rhizobacteria in crop plants against pests and diseases[J]. Crop protection， 2001， 20（1）： 1-11.

[10]SIKORA R A， SCJFER K， DABABAT A A. Modes of action associated with microbially induced in planta suppression of plant-parasitic nematodes[J]. Australasian plant pathology， 2007， 36（2）： 124-134.

[11]VOSA C， SCHOUTEDENA N， TUINEN D V， et al. Mycorrhiza-induced resistance against the root knot nematode Meloidogyne incognita involves priming of defense gene responses in tomato[J]. Soil biology and biochemistry，2013，60： 45-54.

[12]MOOSAVI M R， ZARE R. Fungi as biological control agents of plant-parasitic nematodes plant defence： biological control[J]. Springer netherlands， 2012， 12： 67-107.

[13]WEST C P， IZEKOR E， OSTERHUIS D M， et al. The effect of Acremonium coenophialum on the growth and nematode infestation of tall fescue[J]. Plant and soil， 1988， 112（1）： 3-6.

[14]ELMI A A， WEST C P， ROBBINS R T， et al. Endophyte effects on reproduction of a root-knot nematode （Meloidogyne marylandi） and osmotic adjustment in tall fescue[J]. Grass and forage science， 2000， 55（2）： 166-172.

[15]HU Y， ZHANG W， ZHANG P， et al. Nematicidal activity of chaetoglobosin A poduced by Chaetomium globosum NK102 against Meloidogyne incognita[J]. Journal of agricultural and food chemistry， 2012， 61（1）： 41-46.

[16]HALLMANN J， SIKORA R A. Toxicity of fungal endophyte secondary metabolites to plant parasitic nematodes and soil-borne plant pathogenic fungi[J]. European journal of plant pathology， 1996， 102（2）： 155-162.

[17]DABABAT A A， SIKORA R A. Induced resistance by the mutualistic endophyte， Fusarium oxysporum strain 162， toward Meloidoyne incognita on tomato[J]. Biocontrol science and technology， 2007， 17：969-975.

[18]VU TT， HAUSCHILD R， SIKORA RA. Fusarium oxysporum endophytes induced systemic resistance against Radopholus similis on banana[J]. Nematology， 2006， 8：847-852.

[19]LI GH， YU ZF， LI X， et al. Nematicidal metabolites produced by the endophytic fungus Geotrichum sp. AL4[J]. Chemistry & biodiversity， 2007， 4（7）： 1520-1524.

[20]SCHWARA M， KPCKE B， WEBER R W S， et al. 3-Hydroxypropionic acid as a nematicidal principle in endophytic fungi[J]. Phytochemistry， 2004， 65（15）： 2239-2245.

[21]郑喜， 李国红，王芯， 等.昆明山海棠内生真菌ThF-11化学成抗菌杀线虫作用的研究[J]. 2014， 30（12）：1709-1713.

[22]BACETTY A A， SNOOK M E， GLENN A E， et al. Toxicity of endophyte-infected tall fescue alkaloids and grass metabolites on Pratylenchus scribneri[J]. Phytopathology， 2009， 99（12）： 1336-1345.

[23]张鑫，孟国庆，刘新利.内生菌的分离方法及其次级代谢产物研究[J].山东轻工业学院学报（自然科学版），2011，25（2）：23-26，34.

[24]SCHOUTEN A. Mechanisms involved in nematode control by endophytic fungi[J]. Annu. rev. phytopathol， 2016，54：121-142.

[25]OYEKANMI E O， COYNE D L， FAGADE O E， et al. Improving root-knot nematode management on two soybean genotypes through the application of Bradyrhizobium japonicum， Trichoderma pseudokoningii and Glomus mosseae in full factorial combinations[J]. Crop protection， 2007， 26（7）： 1006-1012.

[26]El-NAGDI W M A， YOUSSEF M M A. Soaking faba bean seed in some bio-agents as prophylactic treatment for controlling Meloidogyne incognita root-knot nematode infection[J]. Journal of pest science， 2004， 77（2）： 75-78.

[27]孫剑秋，郭良栋，臧威，迟德富.药用植物内生真菌及活性物质多样性研究进展[J].西北植物学报，2006（7）：1505-1519.

[28]周松林，陈双林，谭光宏，等.内生真菌天然活性产物的研究进展[J].菌物研究，2008，6（4）：234-239，244.

[29]STROBEL G A. Endophytes as sources of bioactive products[J]. Microbes and infection， 2003， 5（6）： 535-544.

[30]袁志辉，蒋琼凤，何福林.植物内生微生物及其“暗物质”开发技术的研究进展[J].天然产物研究与开发，2016，28（7）：1156-1163，1169.

[31]KOPCKE B， JOHANSSON M， STEMER O. Biologically active secondary metabolites from the Ascomycete A111-95.1 production， isolation and biological activities[J]. The journal of antibiotics， 2002， 55（1）： 36-40.

[32]曹宇恒， 张子豪， 林锋科， 等. 内生真菌交织枝顶孢次生代谢产物及其生物活性 （英文）[J]. 天然产物研究与开发， 2016， 2： 003.

[33]SIKORA R A， POCASANGRE L， FELDE A. Mutualistic endophytic fungi and in-planta suppressiveness to plant parasitic nematodes[J]. Biological control， 2008， 46： 15-23.

[34] PAUL A B， SIKORA R A. Endophytes： an emerging tool for biological control[J]. Biological control， 2008， 46： 1-3.

[35]TING A S Y， MEON S， KADIR J， et al. Induction of host defence enzymes by the endophytic bacterium Serratia marcescens， in banana plantlets[J]. International journal of pest management， 2010， 56（2）： 183-188.

[36]FISHAL E M M， MEON S， YUN W M. Induction of tolerance to Fusarium wilt and defense-related mechanisms in the plantlets of susceptible berangan banana pre-inoculated with Pseudomonas sp.（UPMP3） and Burkholderia sp.（UPMB3） [J]. Agricultural sciences in China， 2010， 9（8）： 1140-1149.

[37]BAJAJ R， CHEN S， HU W， et al. Protocol for biocontrol of soybean cyst nematode with root endophytic fungi. modern tools and techniques to understand microbes[M]. Springer International Publishing， 2017： 401-412.

[38]江绪文， 李賀勤. 植物内生菌防治植物寄生线虫的研究进展[J]. 生物技术通报， 2014， 9： 003.

[39]HOFMANN J， HESS P H， SZAKASITS D， et al. Diversity and activity of sugar transporters in nematode-induced root syncytia[J]. Journal of experimental botany， 2009， 60（11）： 3085-3095.

[40]HOFMANN J， KOLEV P， KOLEV N， et al. The Arabidopsis thaliana sucrose transporter gene AtSUC4 is expressed in Meloidogyne incognita induced root galls[J]. Journal of phytopathology， 2009b， 157（4）： 256-261.

[41]LE H T T， PADGHAM J L， HAGEMANN M H， et al. Developmental and behavioural effects of the endophytic Fusarium moniliforme Fe14 towards Meloidogyne graminicola in rice[J]. Annals of applied biology， 2016， 169（1）： 134-143.