植物病害生物防治概述

李 凯，袁 鹤

（山西舜天农业微生物科学技术研究院，山西阳泉045000）

植物病害是影响农业生产的自然灾害之一。化学防治是控制植物病害的有效方法，具有见效快、杀菌谱广、成本低、使用简便等优点[1]，但化学杀菌剂的长期大量使用会造成土壤、大气等环境污染、破坏生态平衡。随着近年来人们对食品安全及环境污染问题的关注，一些化学杀菌剂在许多发达国家和地区已被严格限制使用[2]。人们开始寻找一种对人类和环境无害并具有良好防治效果的新的植物病害防治策略。生物防治高效且无毒、无害、无污染、不产生抗药性，不仅符合人们对绿色食品的需求，而且为农业的可持续发展提供了保障，因此，植物病害生物防治的研究越来越受到重视。

1 植物病害生物防治的概念及作用机理

植物病害生物防治是指利用有益微生物或微生物代谢产物对植物病害进行有效防治的技术与方法[3]，其实质就是利用微生物种间或种内的抗生、竞争、重寄生、溶菌作用，或者通过微生物代谢产物诱导植物抗病性等，来抑制某些病原物的存活和活动。我国植物病理学家陈延熙根据多年实践和国际上生物防治的方向，提出了比较符合自然情况的生防概念[4]。他指出：“植物病害的生物防治是在农业生态系统中调节寄主植物的微生物环境，使其利于寄主而不利于病原物或者使其对寄主与病原物的相互作用发生有利于寄主而不利于病原物的影响，从而达到防治病害的目的。”

用于植物病害防治的微生物种类主要有细菌、真菌、放线菌。这些生防微生物控制植物病害的机制主要有：（1）通过占领病原菌在植物上的侵染位点，与病原物竞争水分、营养而达到防治病害的目的；（2）通过产生代谢产物抑制病原物的生长和代谢；（3）通过寄生在病原菌上，利用病原菌获得营养，从而抑制病原菌的生长；（4）诱导植物对病原菌产生系统获得性抗性，增强植物的抗病性；（5）对植物的生长环境进行微生态调控，促进植物生长，增强其对病害的抵御能力；（6）通过多种生防机制对病原菌起协同拮抗作用。

2 生防微生物的种类

2.1 生防细菌

细菌具有种类多、繁殖力高、代谢活动复杂且产物多、对病原菌的作用方式多样[5]、生活周期短、易于人工培养等特点，在自然发生的生物防治和人类应用生物防治的活动中，拮抗细菌及其代谢产物都起到了重要作用[6]。目前，应用较多的生防细菌主要有芽孢杆菌（Bacillus）、假单胞杆菌（Pseudan onas）、土壤放射杆菌（Agrobacterium radiobacter）和巴氏杆菌（Pasteurella）等[7]。

2.1.1 芽孢杆菌 芽孢杆菌能够产生耐热、耐旱、抗紫外线和有机溶剂的内生孢子，并且对许多病原物及它们引起的病害具有抑制作用或防治效果，因此，它是理想的生防菌筛选对象[8]。目前，广泛用于防治植物病害的芽孢杆菌主要有：枯草芽孢杆菌（B.subtilis）、蜡状芽孢杆菌（B.cereus）、多粘芽孢杆菌（B.polymyxa）、巨大芽孢杆菌（B.megaterium）以及短小芽孢杆菌（B.pumilis）等[9]。芽孢杆菌通过成功定殖于植物根际、体表或体内，同病原菌竞争植物周围的营养，分泌抗菌物质抑制病原菌生长，同时诱导植物防御系统抵御病原菌入侵，从而达到生防的目的[10]。

2.1.2 假单胞杆菌 假单胞杆菌广泛存在于植物根周围，具有突出的防病增产作用，是植物病害生物防治的一个重要类群，尤其是防治植物根部病害。假单胞杆菌属细菌，其具有生长速度快、易培养、易遗传改良、容易产生大量的次生代谢产物的优点，这使其有利于生防应用[11]。目前，研究较多的有荧光假单胞杆菌、丁香假单胞杆菌、洋葱假单胞杆菌、恶臭假单胞菌等。

2.1.3 巴氏杆菌 巴氏杆菌因其具有抗性内生孢子，易于附着在线虫体壁和侵染线虫，寄生后又可产生大量的孢子，再次实现侵染并且性能稳定而受到植物病害学家的青睐，成为线虫防治的又一生防菌[12]。

2.2 生防真菌

目前，用于植物病害防治的生防真菌主要有木霉菌、毛壳菌、淡紫拟青霉菌、粘帚霉、头状茎点霉等。

2.2.1 木霉菌 1932年，Weindling[13]发现木素木霉（T.lignorum）能够寄生于多种植物病原真菌中，并且在土壤中增加木霉菌数量能够防治某些植物病害，由此人们才开始关注木霉菌的生防功能。木霉菌是应用非常普遍的生防真菌，应用较多的木霉菌有哈茨木霉、康宁木霉、木素木霉、具钩木霉、长柄木霉、多孢木霉等，至少对18个属20余种病原真菌和多种病原细菌有拮抗作用[9]。目前，世界上有60多个国家使用100多种含有木霉菌成分的生物制剂产品。木霉菌不仅能防病，还具有促进植物生长、提高营养利用效率、增强植物抗逆性和修复农化污染环境等功能[14]。

2.2.2 毛壳属真菌 毛壳菌有300多个种，可以预防谷物秧苗的枯萎病、甘蔗猝倒病，能够降低番茄枯萎病、苹果斑点病的发病率，对立枯丝核菌、甘蓝格链孢属、毛盘孢属、葡糖孢属以及交链孢属的病原菌也有一定的抑制作用[15]。

2.2.3 淡紫拟青霉菌 淡紫拟青霉（Paecilomyces liacnus）是土壤中植物线虫的一种兼性寄生真菌[16]。淡紫拟青霉对南方根结线虫（Meloidogyne incognita）、孢囊线虫（Heteridera）、白色球胞囊线虫（Globoder pallida）、穿刺线虫（Tylenchulus）、金色线虫、异皮线虫和珍珠线虫（Nacobbus）有很强的寄生能力[17]。淡紫拟青霉可用于小麦、玉米、大豆、甘蔗、高粱、马铃薯、甘薯、烟草、甜菜、花生、香蕉、葡萄、菠萝、杨梅、草莓、甜瓜、西瓜、黄瓜、南瓜、辣椒、番茄、茄子、菊花、茶苗等多种作物线虫的防治[18]。

2.3 生防放线菌

放线菌是土壤中一类重要的微生物，也是人们研究最早并广泛应用于农业生产的生防微生物。目前，用于病虫害生物防治的放线菌主要是链霉菌属（Stretonyces）及其相关类群[19]。放线菌在生长过程中可以产生多种次生代谢物，在已经发现的近10 000种微生物来源的生物活性物质中，大约有2/3是由放线菌的各种次生代谢过程产生。

经过不断的探索研究，目前已筛选出10多种最具有生防价值的链霉菌，这些种类在植物病害的生物防治中起了巨大的作用。在我国现登记注册的抗生素品种有23种，产品170个，生产厂家达253家，年制剂产量超过8万t，其中，正式登记的杀菌剂品种有井冈霉素、农抗120和多种抗霉素等9种，临时登记的杀菌剂品种有生菌素、宁南霉素等4种，这些杀菌剂的使用已经取得了巨大的社会效益、经济效益和生态效益[20]。井冈霉素是我国开发的一种最成功的生物农药，它是由吸水链霉菌井冈变种产生的，对水稻纹枯病的防效高、持效期长，能够有效控制病害的发生，现已广泛用于水稻纹枯病的防治[21]。

2.4 植物内生菌

植物内生菌是指能定殖在植物细胞内或细胞间隙，与寄主植物共生的一类微生物[22]。植物体内普遍存在有内生菌，其具有种类多、分布广、活性强的特点，一般在一种植物上就可以分离到数种至数10种内生菌[23]。作为植物微生态系统的一部分，内生菌长期生活于植物体内，对植物自身的防卫反应具有适应性，在植物体内能够正常存活[24]，并与寄主植物协同进化，二者间形成了互相作用的生活关系。

2.4.1 植物内生菌的种类 植物内生菌主要包括内生细菌、内生真菌、内生放线菌3大类。目前已报道的植物内生细菌已超过129种，分布在54个属，主要有假单胞杆菌属（Pseudomomas）、肠杆菌属（Enterobacter）、芽孢杆菌属（Bacillus）、土壤杆菌属（Agrobacterium）、克雷伯氏菌属（K lebsiella）、泛菌属（Pantoea）、甲基杆菌属（Methylobacterium）等。植物内生真菌主要在药用植物、羊茅属植物、热带树木中研究较多，现在发现的内生真菌主要为子囊菌类（Ascomyet）及其无性型，包括核菌纲（Pyrenomyetes）、盘菌纲（Discomyetes）和腔菌纲（Loculoascomyetes）等[20]。大多数的植物内生放线菌是链霉菌属（Streptomyces）、链轮丝菌属（Streptovetricillum）、游动放线菌属（Antinoplanes），除链霉菌外，还分离到很多稀有放线菌：诺卡氏菌属（Nocardia）、小单胞菌属（Micromonospora）、短小杆菌属（Curtobacterium）、分枝杆菌属（Mycobacterium）等[25]。

2.4.2 植物内生菌的作用机理 内生菌可以防治植物细菌、真菌引起的病害，主要通过产生抗菌物质、与病原菌竞争营养、诱导植物抗病性等达到抗病作用[26-27]。已报道内生细菌产生的抗菌物质主要有脂肽、藤黄绿脓素、吡咯菌素、几丁质酶及葡聚糖酶等，这些抗菌物质产生于植物体内，可以在体内运转，对入侵的病原菌有直接抑制作用[28]。

2.4.3 植物内生菌的开发利用 Cottyn等[29]发现，水稻种子中4%的内生细菌对稻纹枯病菌和稻瘟病菌有拮抗作用，其存在加强了水稻的抗病性。江曙等[30]从药用植物海金沙中筛选内生真菌，并以小麦赤霉病菌、番茄早疫霉菌、番茄灰霉病菌为病原菌，结果表明，80%以上的内生真菌对这3种农作物病原真菌具有较强的抗菌活性；其中，116（1）号菌株对小麦赤霉菌菌丝生长和孢子萌发的抑制率分别为99.7%，65.8%；活性物质检测表明，抗作物病原真菌的内生真菌种类及其次生代谢产物都具有广泛的生物多样性。Vijay等[31]从印糠中分离内生放线菌，通过抑菌试验得出，分离的放线菌中60%的菌株对植物致病性的细菌和真菌都有抑制作用。

3 植物病害生防中存在的问题及解决途径

3.1 生防菌在应用中存在的问题

目前，应用生物防治控制植物病害已经越来越受到世界各国的重视，对生防微生物的研究较多，但能够实际应用到植物病害防治上的还很少。在实验室分离的具有较好生防作用的微生物，当其在田间应用到病原植物上时，效果往往很差，可能是因为生防微生物自身种群的繁殖及作用效果易受到环境等诸多因素的影响，药效反应慢，因此，生防的效果大多不明显甚至无效[32]。目前，生防微生物多为活菌制剂，在田间施用时常受到温度、湿度、土壤pH值等外界因素的影响，因此，防治效果也不稳定[33]。

3.2 理论研究方面的解决途径

为了解决生防菌在应用中的问题，在理论研究方面，需要加强对生防菌生态适应性、生防微生物的代谢产物及其功能基因、生防微生物在寄主植物上的定殖规律、生防微生物对病原菌的作用机理以及二者间的相互关系等进行深入研究，加快生防微生物作为生防制剂在植物病害防治中的应用。

3.3 应用研究方面的解决途径

在应用研究方面，可以通过基因工程方法对生防菌进行改造或者对生防菌产生的抗菌物质进行改良，拓宽新型高效生防菌的来源，提高生防菌产生拮抗物质的能力和生防效果。另外，还可以通过构建遗传工程菌提高生防菌的生防能力，引入抗菌物质基因、裂殖基因、耐杀菌剂基因等，使生防菌在植物体系中具有更强的增殖、定殖能力和更强的适应性[11]。在具体应用上，可以通过物理或化学的方法人为地为生防微生物创造良好的竞争生存条件，同时还可以配合使用生物肥料增加生防微生物的防病能力。

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