浅谈白僵菌的分类

魏万勇, 蒲 涛, 陈 雪, 刘渝铃

(四川省蚕丝学校,四川 南充 637000)

白僵菌[Beauveriabassiana]是我国研究时间最长、应用面积最大的微生物杀虫剂,也是目前农林业上防治食叶害虫非常有效的生物农药,其致病性强,杀虫范围广,作用于松毛虫、玉米螟、大豆食心虫、甘薯象鼻虫、马铃薯甲虫、高粱条螟、小菜蛾、茶叶毒蛾、松针毒蛾、棉铃虫、稻叶蝉、稻苞虫、稻飞虱等多种农林害虫[1],特别是对玉米螟和松毛虫,已经作为常规手段连年使用。另外白僵菌也应用于僵蚕人工饲养,传统的中药材僵蚕特指蚕蛾科昆虫家蚕4～5龄的幼虫感染(或人工接种)白僵菌[Beauveriabassiana]而致死的干燥体[2]。白僵菌应用如此广泛,但在众多微生物教材和研究文献中,关于白僵菌的分类,实际上并不统一,甚至有些混乱,本文将针对白僵菌的分类进行探讨。

白僵菌的研究,最先始于意大利昆虫学家Bassi,迄今已有两百多年的历史。1807年蚕丝成为意大利的主要纺织品之后,当时白僵病作为一种流行性蚕病,导致养蚕业大幅减产,这种蚕病被称为calcinetto或calcinaccio,也称蚕硬化病或者钙化病calcino,其后Bassi对此进行了长达30多年不间断的研究。1816年,Bassi首次观察到该病原真菌并且对病害症状进行了描述。1835年,该菌被归入葡萄孢属(BotrytisbassianaBalsamo),而后作为一种侧孢霉(Sporotrichumglobuliferumspegazzini),1895年作为棒束孢(Isariavexans)。1911年,部分学者提出其应归于尚未描述的一个新属,1912年最终命名为白僵菌属(Beauveria),这是微生物学历史上第一次建立白僵菌属[3]。白僵菌属建立之后,其属下种的分类经历了较长时间的争论:1926年白僵菌属被分为球孢白僵菌[Beauveriabassiana]和致密白僵菌[Beauveriadensa]两类,这一划分持续到1954年,虽然还是分成两类,但不同的是纤细白僵菌[Beauveriatenella]代替了致密白僵菌。至1972年白僵菌属被重新划分球孢白僵菌(Beauveriabassiana)、白色白僵菌[Beauveriaalba]和布氏白僵菌[Beauveriabrongniartii]3类,其中白色白僵菌无昆虫寄生性另被分属(侧齿霉属),布氏白僵菌也叫卵孢白僵菌。1975年,蠕孢白僵菌(Beauveriavermiconia)被分离出来,1982年相继发现了多形白僵菌(Beauveriaamorpha)以及黏孢白僵菌(Beauveriavelata),1988年苏格兰白僵菌(Beauveriacaledonica)被分离出来,并为中国学者所证实。迄今为止,比较一致的观点是:白僵菌共有6个代表种即球孢白僵菌(Beauveriabassiana)、布氏白僵菌(Beauveriabrongniartii)、多形白僵菌(Beauveriaamorpha)、苏格兰白僵菌(Beauveriacaledonica)、黏孢白僵菌(Beauveriavelata)和蠕孢白僵菌(Beauveriavermiconia)[3]。6个代表种在不同发育阶段都有着相同或相似的形态特征,但也存在一定的差异(见表1)。在我国,以球孢白僵菌和布氏白僵菌两种最为常见。

微生物分类学是研究微生物分类理论和技术方法的学科,按微生物亲缘关系,把众多微生物安排成条理清楚的各种分类单元,建立理想的自然分类系统,反映微生物进化的规律,担负着分类、鉴定和命名三大任务。微生物的分类单位则跟动植物一样,按顺序排列为界(Kingdom)→门(Phylum)→纲(Class)→目(Order)→科(Family)→属(Genus)→种(Species),种以下还可分为变种、亚种和菌株等。微生物的命名,除病毒外,均采用国际上通用的双名法。微生物分类学是一门综合性很强的学科,从古老的形态学到现代分子生物学的新成果,都可以吸收作为分类的依据,随着微生物分类学的发展,进一步产生了许多的分支学科,如以细胞染色体为依据的细胞分类学,以血清反应为依据的血清分类学,以化学组分为依据的化学分类学等。白僵菌的分类实际上就是有关真菌分类依据和分类系统的一个问题。

白僵菌是一类真菌,有着真菌的共同特征:有细胞壁和成形的细胞核,无根、茎、叶分化,不含叶绿素,营腐生或寄生生活。到目前为止,人类发现的真菌有10多万种,如何对如此庞大的真菌进行分类,迄今尚未统一。有的是从应用角度,把真菌分为3类:单细胞的真菌简称酵母菌(Yeast)、丝状的真菌俗称霉菌(Mould)以及在生活史过程中能形成大型子实体的真菌则称为蕈菌(Mushroom)。特别需要指出的是,这种分类只是为了应用的方便,不能反映白僵菌的系统进化,也不是微生物分类系统的单元。但是目前大部分农林类职业院校微生物学教材以及在日常生活中,我们通常采用这样的分类和描述方法。按照这样的描述方法,白僵菌当属霉菌类。因为霉菌是一类丝状真菌的统称,由菌丝组成,菌丝有隔或无隔,在基质上呈绒毛状、絮状或蜘蛛网状,常产生不同颜色及形态各异的无性和有性孢子,白僵菌所有的形态学特征都与此相符。

而具体在分类学上,特别是传统的真菌分类学上,主要采用的依据之一就是真菌的形态学特征。有的学者采用了恩斯特·贝西(ErnstBessey)的分类系统,它主要根据有性繁殖特点,把真菌分为三纲一类:即有性繁殖产生卵孢子和接合孢子的藻状菌纲(Phycomycetes)、产生子囊和子囊孢子的子囊菌纲(Ascomycetes)、产生担子和担孢子的担子菌纲(Basidiomycetes)以及没有发现有性生殖、只有无性繁殖的半知菌类(Deuteromycota)。而目前各种教材和研究文献普遍采用的是安斯沃斯 (Ainsworth)等人所著《真菌学词典》所介绍的分类系统,该系统认为真菌属于单独成立的真菌界(Fungi),界以下分为粘菌门(Myxomycota)和真菌门(Eumycota),它在三纲一类的基础上做出了调整,增减了部分分类单位,取消了藻状菌纲,将相应的纲升级为亚门,即目前普遍采用的5个亚门系统,包括:无性繁殖产生具有鞭毛的游动孢子、有性繁殖产生卵孢子或休眠孢子囊的鞭毛菌亚门(Mastigomycotina);菌丝无隔、无性繁殖产生孢囊孢子、有性生殖产生接合孢子的接合菌亚门(Zygomycotina);无性繁殖产生分生孢子、有性生殖产生子囊孢子的子囊菌亚门(Ascomycotina);无性繁殖不发达、有性生殖产生担孢子的担子菌亚门(Basidiomycotina);以及无性繁殖产生分生孢子、没有有性生殖的半知菌亚门 (Deuteromycotina)[5]。此外,也有采用其他如亚历克索普洛斯(Alexopoulus)和唐纳德.J.S.巴尔(Donald J.S.Barr)等的分类系统。综合这些分类系统,它们对于真菌的分类,一般是依据菌丝、孢子、菌落和子实体的大小、形状和结构等真菌的形态学特征,属于古老的传统真菌分类体系。

自1912年建立白僵菌属以来,白僵菌属下种水平的分类一直比较混乱,缺乏统一认识。部分种的归属,学界甚至存在很大的分歧[7]。白僵菌寄主繁多,生长环境各不相同,常常导致其形态特征的多样性变化。我国对该属的分类基本沿用了Macloed的分类方法,按分生孢子的形态不同来进行分类,由此分为球孢白僵菌和卵孢白僵菌两个种类。但是这种分类明显可见的问题是:卵孢白僵菌卵形孢子比例极高,球孢白僵菌仅有一半的球形孢子,因此,仅仅依据无性孢子—分生孢子的形态来进行分类,明显缺乏说服力。总之,对白僵菌属的分类不仅需要综合多种形态指标,还必须引入生理如营养指标、生化如代谢指标、核酸指标或其他指标。从形态特征来说,白僵菌菌丝有隔,菌落平坦,呈绒毛状,能产生分生孢子,孢子形成后菌落呈粉状,表面白色至淡黄色,分生孢子梗瓶状,单生或分枝,分生孢子着生在小梗上,孢子呈球形至卵形。对其生活史了解不完全:未发现有性阶段或有性阶段不清楚,只有无性繁殖阶段,而称为半知菌。因此,依据安斯沃斯 (Ainsworth)的真菌分类系统,白僵菌传统的分类为:半知菌亚门(Deuteromycontina) →丝孢纲(Hyphomycetales) →丛梗孢目(Moniliales) →丛梗孢科(Moniliaceae) →白僵菌属(Beauveria)[6],在此分类系统下,白僵菌属归于半知菌类。

由于半知菌在整个菌物系统中的特殊性,形态学指针只能来源于无性阶段。部分学者提出了不同的观点:由于微生物形态学特征常会因营养成分、培养条件、培养时间和寄主的不同而发生变异[3],形态学特征不能作为真实种的鉴定依据,只可作为形式种被接受[4]。因此,白僵菌属并非真实属,只能被当作形式属,其属下各种的形态特征较为一致,实际上并无亲缘关系(或亲缘关系不清)。总之,形态学特征无疑是白僵菌属分类的重要指标,但对白僵菌属种的鉴定,除了形态学指标以外,更应当兼顾其他指标,才能使分类更准确更科学。因此,在传统分类研究的基础上,现代微生物分类学引入了分子生物学技术,应用较多的主要有核糖体脱氧核糖核酸(rDNA)序列测定、线粒体DNA限制性片段多态性(RFLP)分析、随机扩增多态性(RAPD)分析及脉冲场凝胶电泳(PFGE)分析等等。

微生物分类学是一门不断发展的学科。近代科学的迅速发展和新技术的不断渗透,特别是在分子生物学和生物工程深入发展的今天,人们对微生物的认识不断深化,以形态为主的传统分类方法已不能满足现代分类鉴定的需要,现代分类方法不断深化,鉴定指标不断革新。如从传统的分类学方法到数值分类法、从简单形态指标、生理生化指标到遗传学、分子生物学、细胞化学组分等指标,极大地促进了微生物分类学的发展。应用分子生物学技术,从遗传进化角度阐明真菌种群之间和种间内的亲缘关系,是当前真菌分类学的研究热点,较之前传统分类方法更全面也更准确,更能体现真菌种属间亲缘关系。随着对白僵菌研究的不断深入,特别是分子进化和系统发育的研究,将白僵菌重新进行了归类组合。新版《真菌词典》中的分类系统对原先的分类系统进行了修订并作出了很大调整[8]。美国国家生物技术信息中心(NCBI)将白僵菌归类为:真菌界(Fungi)→双核亚界(Dikarya)→子囊菌门(Ascomycota)→盘菌亚门(Pezizomycotina)→粪壳菌纲(Sordariomycetes)→肉座菌亚纲(Hypocreomycetidae)→肉座菌目(Hypocreales)虫草菌科→(Cordycipitaceae)→虫草属(Cordyceps)。目前,越来越多的文献和研究采用了NCBI的分类标准,为了避免名称混乱,方便学术交流,为科学分类和检索奠定基础,建议统一为美国国家生物技术信息中心NCBI的分类标准。