细菌防治水稻稻瘟病研究进展

杨华 雷平 郭照辉

摘要：稻瘟病是对水稻最具破坏性的疾病之一，寻找有效的稻瘟病防治途径对实现水稻产业可持续发展具有重要意义。细菌在水稻稻瘟病防治中的作用越来越多地引起人们的关注。介绍国内外生防细菌防治稻瘟病的研究进展，讨论研究、应用中的主要问题并进行展望，旨在挖掘对稻瘟病具有良好抑制效果的高效拮抗细菌，并对其应用方法进行综述。

关键词：生防细菌;水稻;稻瘟病;研究进展

中图分类号： S435.111.4+1  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）07-0099-05

  水稻是全球超过30亿人口的主食。然而，水稻易受到各种病害的危害，其中最具破坏性的是稻瘟病。水稻稻瘟病是由真菌稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）引起的，在水稻发育的3～4叶期、分蘖盛期和抽穗初期尤易受到稻瘟病菌侵染。稻瘟病每年造成水稻产量损失10%～30%，在疾病流行期间产量损失可达到50%[1-2]。采用抗病品种和化学农药通常能有效控制稻瘟病，但选育抗病品种时间长、抗病能力容易丧失，化学杀菌剂也会导致严重的环境和健康问题。因此，通过生物防治等替代措施来防治水稻稻瘟病逐步成为人们研究的重点。

自20世纪50年代以来，国内外已有大量利用细菌、放线菌和酵母菌对稻瘟病进行生物防治的相关报道。细菌因种类多、范围广、繁殖快、易培养、抗逆性强等优点[3]，被认为是最具生物防治潜力和应用价值的一类生防菌[4-5]。多种生防细菌作为稻瘟病的生物防治制剂已经在实验室、温室和田间条件下被广泛研究。目前研究发现对稻瘟病有显著抑制作用的生防细菌有两大类：芽孢杆菌属（Bacillus）和假单胞菌属（Pseudomonas）。本文对近年来国内外的研究发现进行整理，综述对稻瘟病具有生物防治潜力的细菌。

1 芽孢杆菌

芽孢杆菌属是一类在自然界广泛分布的革兰氏阳性杆状细菌，能分泌抗菌物质，抑制病原菌的生长，同时诱导作物防御系统抵御病原菌的侵袭[6-7];还可产生植物激素、植酸酶或嗜铁素等物质促进植物对营养的吸收，对作物生长发育有一定的促进作用。由于其大多对人畜无毒无害，不易造成环境污染，且药剂生产适于产业化，发酵生产成本低，产品储存期长，因此被认为是防治稻瘟病较理想的生防微生物[8-9]并大范围应用于生物防治[10-11]。目前用于防治稻瘟病的芽孢杆菌主要种类有枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloquefaciens）、蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）、短小芽孢杆菌（Bacillus pumilus）、短短芽孢杆菌（Brevibacillus brevis）、侧孢短芽孢杆菌（Brevibacillus laterosporus）、坚强芽孢杆菌（Bacillus firmus）、地衣芽孢杆菌（Bacillus lincheniformis）、巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）、多黏类芽孢杆菌（Paenibacillus polymyxa）、甲基营养型芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus）等。国内外研究者在实验室以及温室或田间条件下，对不同芽孢杆菌属的生物防治效果进行了研究（表1、表2）。

在用于防治稻瘟病的生防菌株中，枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌是研究和报道最多的芽孢杆菌，如枯草芽孢杆菌A30、T61、HW-14、J215、G87、B-332、SYX04、SYX20等和解淀粉芽孢杆菌T429、WH1G、RL263等（表1）。沙月霞等分离获得的2株枯草芽孢杆菌SYX04和SYX20，在大田防效试验中顯示出对穗颈瘟的最高防效分别为83.8%和85.6%[16] 。部分解淀粉芽孢杆菌的发酵滤液对稻瘟病菌的生长有明显抑制作用，谷春艳等分离到1株解淀粉芽孢杆菌 WH1G，经平板拮抗试验发现，其对稻瘟病菌抑制活性较强，抑制率可达91.79%[22];湖南省微生物研究院王玉双等分离获得1株解淀粉芽孢杆菌CWJ2，其无菌发酵滤液对稻瘟病菌抑制率可达100%[38]。游春平等发现，短小芽孢杆菌能显著抑制稻瘟病菌分生孢子萌发及附着胞形成，抑制率达到100 %;其发酵液稀释100倍后对稻瘟病菌的孢子萌发抑制率仍高达97%[25]。侧孢短芽孢杆菌对稻瘟病防效达到30%～67%，可挽回水稻产量损失35.0%～56.5%[26]。蜡状芽孢杆菌Ma-32对稻瘟病抑制作用较强，平板抑菌试验发现，其抑菌圈半径可达40 mm，连续2年在室内和田间进行稻瘟病防效测定，其防效均达50%以上[34] 。坚强芽孢杆菌无菌培养滤液对稻瘟病的防治效果可达70%以上[27]。另外还有巨大芽孢杆菌、多黏类芽孢杆菌、甲基营养型芽孢杆菌等生防细菌对稻瘟病有显著防治效果的报道。Kanjanamaneesathian等分离筛选到的巨大芽孢杆菌， 在作物浸种后，苗期、分蘖期和花期持续喷施菌剂，并结合使用适量的氮肥，结果发现该菌对穗颈瘟有非常显著的防治效果[35]。周华强分离到的多黏类芽孢杆菌 LM-3 菌株将其制备成微生源农药，该农药对水稻苗瘟的田间防治效果达80.73%[37]。Shan等自陕西秦岭分离到1株甲基营养型芽孢杆菌BC79，其发酵滤液对稻瘟病的温室和田间防效分别达到89.87%和84.8%[36] 。

基于这些发现，枯草芽孢杆菌B-332、SYX20，解淀粉芽孢杆菌WH1G、CWJ2，多黏类芽孢杆菌LM-3，还有甲基营养型芽孢杆菌 BC79，都是比较高效的稻瘟病生防芽孢杆菌，对稻瘟病菌具有很强的抑制活性。然而，还需要进一步在离体叶片上以及温室或田间试验中进行防治效果测定，以更准确地评估这些芽孢杆菌对稻瘟病菌的生防潜力。

2 假单胞菌

假单胞菌属于革兰氏阴性菌，是植物根际最常见的优势微生物类群之一。假单胞菌中的部分种类可以产生多种具有防病或促生作用的代谢产物，如抗生素、嗜铁素、酶、抗菌蛋白、胺类等物质，这些物质能直接抑制病原菌的侵染，对植物起保护作用[39]，因此在植物病害的生防领域已有大量研究与应用。该类细菌筛选相对简单，培养时间短，易于成活，产生的活性物质具有多样性，抗病能力强，而且有些菌种已经获国家专利，并开始逐步商业化应用。应用于防治水稻稻瘟病的假单胞菌种类主要有荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、恶臭假单胞杆菌（Pseudomonas putida）等（表3、表4）。

近年来国外对荧光假单胞菌进行了较为深入的研究，Chatterjee等选育出既能强烈抑制稻瘟病菌，又对其他多种病害有防效的荧光假单胞菌菌株Pf7-14，并通过构建突变体，发现该菌株防治稻瘟病的主要机制依赖于其产生的抗真菌抗生素phenazine-1-carboxylic acid（PCA）[44]。使用利福平抗性标记的Pf7-14突变菌株对水稻叶瘟的防效为47%，且对穗颈瘟也有一定的防效[49] 。西北农林科技大学的李爱荣等从番茄根际土壤中筛选出荧光假单胞杆菌AbⅢ745-6和AbⅢ763-1，它们对稻瘟病病原菌菌丝的抑制率分别达96.88%和78.57%[40]。章茂林从稻鸭生态系统中筛选出1株铜绿假单胞菌SU 8，对稻瘟病菌的抑菌带宽达45.3 mm，其发酵滤液对稻瘟病菌的抑菌活性较弱，但发酵液的乙酸乙酯萃取物对稻瘟病菌的抑菌带宽为20.8 mm[42]。

3 其他种类的细菌

除芽孢杆菌和假单胞菌外，对稻瘟病具有防治效果的其他细菌种类还有肠杆菌属、葡萄球菌、欧文氏菌等（表5）。

杨海莲等发现，在温室条件下使用阴沟肠杆菌Enterobacter cloacae MR 12对水稻进行喷雾处理，能达到60.5%的防治效果[51]。Yu等从海水中分离得到的葡萄球菌菌株Staphylococcus sp. LZ16，研究发现，其培养滤液和菌体细胞均能明显抑制稻瘟病菌的生长;用LZ16菌株细胞裂解液处理稻瘟病菌，对病菌的分生孢子萌发、芽管伸长、附着胞形成有显著抑制效果;该菌对稻瘟病菌的田间防效试验也显示了较好的拮抗活性[53]。Fillippi 等从水稻根际土壤分离到2株细菌Rizo-46和Rizo-55，对稻瘟病防效最高可达到 90%～95%[54]。Someya 等利用遗传转化技术构建了一个新的可以在水稻叶片有效定殖的水稻稻瘟病生防菌株Erwinia ananas，转化后的Erwinia ananas NR-1对病菌的菌丝生长和分生孢子萌发有显著抑制作用;转化菌株与野生型菌株相比，在温室试验中经叶面喷雾能够显著降低叶瘟发病率[52]。张芬等从水稻根系土壤样品中分离到的伯克霍尔德菌属Burkholderia T392，其发酵液对稻瘟病的室内防效达61.1%[11]。伯克霍尔德菌是一类在土壤、水和植物根际中广泛存在的革兰氏阴性细菌，但目前国内外尚无利用该菌研制和生产稻瘟病菌生防制剂的报道，其生防机制也尚不明确，所以还须进一步深入研究。

4 细菌次级代谢产物

研究表明，细菌能产生多种对稻瘟病菌具有抗菌活性的化合物。自1945年Johnson等首次报道枯草芽孢杆菌能产生抗菌物质[4]后，人们从不同生防细菌中陆续发现的抗生素达60多种。这些抗菌活性物质主要是小分子抗菌素、多肽类物质和蛋白类拮抗物。例如，王法国等通过有机溶剂萃取得到解淀粉芽孢杆菌干悬浮剂中的脂肽类物质，该物质对稻瘟病表现出较强的抑菌作用，田间试验结果显示，对穗颈瘟有较好的防治效果，与三环唑的防治效果相当[21]，而且脂肽类物质性质比较稳定，可以开发成农用抗生素。周华强通过加热纯化法从多黏类芽孢杆菌LM-3菌株中提取出的次级代谢产物P2蛋白，对稻瘟病菌具有较强的拮抗活性;通过对LM-3菌株的發酵液进行分离纯化，得到一种不同于P2蛋白的极端嗜热小分子多肽APPLM3，对稻瘟病菌抑制率高达89.6%[37]。许煜泉等从稻茬中分离得到假单胞杆菌JD-2，该菌经稻草培养基诱导后能分泌一种胞外蛋白，对病原菌具有拮抗作用[46];他还对菌株在不同的铁环境下分泌铁载体与抑菌活性的关系进行了研究，结果发现，该菌株能在低铁条件下，分泌一类与铁高亲和的铁载体，并转移至微生物体内满足其生长需要，同时通过竞争性地与铁结合，从而抑制了稻瘟病菌的生长[55] 。细菌产生的这些生物活性化合物是天然的，通常可被生物降解，因此可发展成具有更多病原体特异性且对环境具有最小副作用的农业杀真菌剂，替代合成杀真菌剂用于稻瘟病的防治。

5 问题与展望

植物病害的生物防治通常具备廉价、持久，对环境和生物体安全、环保等优势，因此有必要提倡并大力推广，利用拮抗细菌及其抗菌物质来防治水稻稻瘟病为人们提供了一条既经济有效又无副作用的防治途径。虽然目前国内外对稻瘟病主要拮抗细菌的一些研究已比较深入，但总体上看还存在很多问题，仍需进一步加强系统和深入的研究。

第一，高效且防效稳定的生防菌资源还有待进一步挖掘。尽管能抑制或拮抗稻瘟病的生防细菌种类繁多，但主要来源比较集中。通过广泛地筛选不同生境下的有益微生物资源，如从资源丰富的海洋微生物、极端环境等筛选到具有高效拮抗作用的菌株，开发应用到农业生产中;还可通过基因工程、遗传工程等手段改造生防细菌或对生防细菌产生的抗菌活性化合物进行改良，形成具有稳定性能的生产菌株，使拮抗细菌能产生更多的拮抗物质，这对于解决高效且防效稳定的生防菌来源不足的问题，具有重要的开发作用。

第二，目前生防制剂研究大多还集中在实验室，缺少成型的产品制剂和剂型。一些在离体试验或实验室中表现出防效优势的生物防治剂，受自然条件、气候等外界条件影响，在温室或田间试验条件下对植物病害可能很难表现出高的防效。因此，对于表现优良的生防菌株，进行大量的田间试验以确定其在不同环境条件下的防病效果，研究能促进制剂防效提高和稳定的助剂，摸索制剂的最佳使用方法和作用条件，是生防制剂能广泛应用的必备条件。

第三，生防制剂产品的开发应用。目前农民对生物农药的认知较滞后，开展产品田间示范试验和组织田间观摩会，将产品和使用技术送到农民手中，让农民亲身体会到产品实际效果;同时通过技术创新，深层次地研究优良生防菌具备的功能特点和生防机制，优化分离、配制和施用方法，通过筛选潜力较大的高效生防细菌，与低毒农药混合配制，以替代或部分替代传统化学农药，达到减少化学农药施放量的目的，对于实现农业的可持续发展具有重大的现实意义。

总而言之，生物防治可能是一个缓慢的过程，寻找合适的生物防治剂也需要相当多的时间和精力。随着人们对粮食安全的要求越来越高，生物防治在农业生产中也越来越被重视，生防细菌的研究与开发利用会越来越多，稻瘟病的生物防治研究工作会得到新的发展。

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