白粉寄生孢生物学特性及其生防应用研究进展

师 杨, 乔 琳, 李成伟

(周口师范学院生命科学与农学学院, 植物遗传与分子育种重点实验室, 周口 466001)

白粉寄生孢生物学特性及其生防应用研究进展

师 杨*, 乔 琳, 李成伟

(周口师范学院生命科学与农学学院, 植物遗传与分子育种重点实验室, 周口 466001)

白粉寄生孢Ampelomycesquisqualis是寄生在白粉菌上的一种重寄生菌,作为白粉菌的生防因子,一直受到人们普遍关注。本文从白粉寄生孢的生物学形态、分类、寄主范围、最佳生长条件、分离鉴定以及生防效果和应用前景等方面进行论述,提出了目前白粉寄生孢研究中存在的一些问题以及今后的研究重点,并对白粉寄生孢的生防效果及应用前景进行讨论。

重寄生菌; 白粉寄生孢; 生物防治; 应用前景

真菌中存在许多相互作用的方式,当一种真菌从另一种真菌中获取营养,且相互作用是竞争的,这种关系就称为真菌寄生作用或重寄生作用[1]。白粉寄生孢是植物上一种常见的重寄生菌,最早报道于1852年,但相关文献中许多资料和数据报道都不完整,迄今为止仍存在许多争议[2]。近年来,随着作物种植方式的改变和温室大棚推广应用,植物白粉病的暴发愈加频繁,因此,研究白粉寄生孢与白粉菌之间的相互作用机理、探讨其代谢机制、开发安全高效的生物杀菌剂,对于保证农业生产的可持续发展,维持生态平衡的稳定都具有重要的理论意义和应用价值。

1 白粉寄生孢生物学形态

PDA培养基上培养的白粉寄生孢,初期菌丝黄色,7 d后隐约在菌丝周围可见零散分布的黑色孢子,14 d后观察可见黑色孢子进一步生长,21 d时黑色孢子已经几乎覆盖住原有菌丝,在显微镜下观察可见菌丝不定形,肥大,具隔膜,顶端形成分生孢子器,分生孢子器浅黄至褐色,卵圆形或长椭圆形,膜质,表面网纹明显,基部有较短粗的柄,其分生孢子器被子囊果包含,形态多数为球形至椭圆形,颜色暗褐色[3]。Yarwood[4]、张中义等[5]在研究白粉寄生孢时描述白粉寄生孢分生孢子器无色或浅褐色,单胞、壁薄,含油球,直或略弯。蔡竹固和童伯开[6]描述了红豆白粉菌上寄生的白粉寄生孢,其寄生于寄主菌丝内,分生孢子器浅褐色,单胞棍棒形、洋梨形或柠檬形。

2 白粉寄生孢的分类及鉴定

白粉寄生孢在分类学地位上属于真菌,半知菌亚门Deuteromycotina、腔孢纲Coelomycetes、球壳目Sphaeriales、球壳孢科Annonaceae、茎点霉属Phoma[2]。据文献报道,白粉寄生孢的分生孢子器和分生孢子有多种形态,大多数分生孢子器浅褐色或暗褐色,菌丝大多不定形、肥大、具隔膜,外观有的呈球形至梨形,有的呈棍棒形、洋梨形、柠檬形或长纺锤形,菌丝直径31～62 μm不等[7]。但仅凭形态特征很难对其分类特征进行判断,近些年来分子生物学得到了飞速的发展,DNA分子标记(molecular marker)也呈现多样化,理想的分子标记应具有遗传多态性高、信息完整、在基因组中大量且分布均匀、稳定性好、检测手段简捷、成本低等优点。ITS序列分析技术由于具有这些优点已成为检测和鉴定病原菌快速、可靠的手段。采用真菌通用引物对白粉寄生孢rDNA基因区ITS片段进行PCR反应,可准确分析其遗传进化关系[8-9]。1852年,Cesati[10]首次记载了Ampelomycesquisqualis是白粉菌的一种重寄生菌,之前植物病理学家们把它看作是产生分生孢子器的Oidiumsp.或有产孢器官附属物的Erysiphesp.。1870年,De Bary[11]首次对白粉寄生孢的寄生特性做了系统性研究,又将其命名为Cicinnoboluscesatii,这个名字沿用了很长一段时间。直到1959年,Rogers[12]认为白粉寄生孢的命名较为混乱,应当统一使用最初的A.quisqualis,至此A.quisqualis作为白粉寄生孢的正式命名,并一直沿用至今。在对白粉寄生孢的早期研究中,人们认为虽然其在形态或培养性状上存在差异,但在分类学地位上应该属于同一个种。直到1979年,Kiss和Nakastone[13]从分子水平研究了白粉寄生孢,发现了其基因具有多样性并用试验证明了白粉寄生孢属于多个不同的种。1997年,Kiss[14]通过对来自世界各地的46株白粉寄生孢运用ITS测序,并用限制性片段长度多态性(RFLP)分析技术分析和证明了这些白粉寄生孢分属于7个明显不同的类群。研究还发现来自不同地域的菌株也可能属于同一类群,而相同地域相同寄主上分离得到的菌株却可能分属不同的类群。2005年,梁晨[15]对从寄生于不同植物上的15种白粉菌上分离到的26个白粉寄生孢菌株进行了ITS序列分析,将其划分为3个类群。2006年,袁巧丽[7]对分离自我国秦岭地区的白粉寄生孢进行了白粉菌与白粉寄生孢互作的系统研究,采用白粉寄生孢接种活体黄瓜上的白粉菌,初步明确了白粉寄生孢的侵染寄生过程。2007年,赵云福[16]对国内11个省的白粉寄生孢自然发生情况做了调查,运用ISSR分子标记对不同地区的白粉寄生孢进行了分子指纹分析,证实了有的ISSR引物在某些真菌遗传多态性分析中具有较高的通用性。2009年李光云[17]对秦岭地区209份白粉病标样进行了白粉寄生孢的分离鉴定并通过对分离菌株ITS序列的分析和比较,构建了系统发育树,分析其遗传类群。

3 白粉寄生孢侵染过程

白粉寄生孢寄生在白粉菌上,能在一定程度上抑制白粉病的发生,被认为是一种有效的生防菌而用于白粉病的防治。有关白粉寄生孢的重寄生机制及侵染过程报道较少,1930年,Emmons[18]详细描述了向日葵叶片上白粉寄生孢菌丝在子囊壳阶段的侵入过程并发现该重寄生菌从活细胞获得营养,一段时间后,白粉菌核膜消失、内含物解体,而白粉寄生孢仍然在寄主细胞内健康生长。De Bary[11]对白粉菌及其寄生菌之间的相互作用关系进行了研究,描述了寄生菌侵入白粉菌菌丝的过程,研究发现寄生菌在白粉菌菌丝内部继续生长,在一定程度上抑制了白粉菌的生长。1980年,Hashioka等[19]研究了白粉菌与寄生菌之间的超微结构,白粉寄生菌可以通过芽管形成附着孢,产生侵染钉侵入,并穿透菌丝隔膜从一个细胞到另一个细胞。当寄主细胞状态逐渐恶化时,寄生菌仍能够继续生长。1984年,Philipp[20]研究发现,在活体寄生阶段,白粉菌菌丝能继续生长,但分生孢子梗已停止形成分生孢子。张英昊[21]对分离到的22株白粉寄生孢菌株进行了侵染过程的初步研究,利用显微镜及扫描电镜观察发现,白粉寄生孢的分生孢子可寄生在白粉菌的菌丝、分生孢子梗及未成熟的闭囊壳内。接种4 h 后开始萌发,8 h左右芽管及菌丝开始形成,接着环绕在白粉菌的菌丝及分生孢子梗上,48 h后白粉寄生孢形成分生孢子器,渐渐成熟并从孔中释放出大量分生孢子。

4 白粉寄生孢的寄主范围及分布情况

白粉寄生孢作为一类重要的重寄生菌,通常寄生在热带或温带气候区白粉菌科真菌上,除此以外,很少在其他真菌上发现。该属真菌能自然寄生于白粉菌科9属65种以上,范围涉及十字花科、茄科、豆科、旋花科、禾本科等59科172属的256种植物,且研究发现双子叶植物上寄生的白粉寄生孢远多于单子叶植物。地域分布上主要集中在德国、印度、荷兰、韩国、中国等28个国家和地区[22-24]。自1852年Cesati[10]报道了该菌,许多国家和地区相继对此菌进行了报道。例如, Rankovic[25]在塞尔维亚发现的75种白粉病发病植物中,其中33种植物寄生有白粉寄生孢。Emmons[26]在向日葵叶片上发现白粉寄生孢。Yarwood[27]在三叶草白粉菌上分离得到了白粉寄生孢,并对其分生孢子形态特征做了描述,同时研究发现分离得到的白粉寄生孢对三叶草白粉病具有防治效果。Sztejnberg等[28]报道了以色列白粉寄生孢的自然发生情况,首次从侵染Cathaedulis的Oidiumsp.上分离到了白粉寄生孢。高立强等[29]报道了我国秦岭地区被白粉菌侵染的旋花科、伞形科、唇形科等21科植物的1 145份标样中发现白粉寄生孢菌株39个。赵云福等[30]研究并报道了白粉寄生孢在我国11个省份的自然发生状况。

5 白粉寄生孢的最佳生长条件

根据文献对白粉寄生孢不同温度、pH、碳氮源、光照及培养基的研究,该菌生长的温度范围为10～30℃,其中20℃最有利于菌丝生长,25℃有利于菌丝产孢,致死温度为45℃,10 min。菌丝生长和产孢的最适pH均为7,当pH为5～7的范围时,菌丝生长及产孢量随pH的增加而增加;pH为7～10时,菌丝生长及产孢量随pH的增加而减小。菌落生长较理想的碳氮源为乳糖、可溶性淀粉和蛋白胨。持续的光照对产孢有明显的促进作用,而黑暗则有利于菌丝的生长。白粉寄生孢在PDA、SMA、Czapek、BEA 4种培养基上均能生长,其中在PDA培养基上分生孢子萌发的最适温度为20℃,分生孢子器形成所需的最适温度为25℃,PDA培养基上菌落直径最大,BEA培养基上产孢量最多,最适培养基为PDA培养基[31]。

6 白粉寄生孢防治效果及在生防中的应用前景

尽管世界各地的研究者对取自不同地区和不同作物上的白粉菌及白粉寄生孢做了许多研究工作,但白粉病的发病状况依然十分严重,据国外研究报道,发病严重时苹果白粉病可导致苹果减产1/3,黄瓜白粉病可致黄瓜减产2/3[32],在我国由白粉病引发的农作物减产问题也相当普遍和严峻,发病严重的田地可减产20%～50%,而防治白粉病的化学杀菌剂既不环保费用也偏高,因而人们开始将目光投向无公害的生防制剂上,利用白粉寄生孢来防治白粉病已经受到人们的重视,同时,环保型无公害的生防剂和防治技术逐渐受到人们的青睐。利用白粉寄生孢防治白粉病国外已经有很多成功的例子[33-34],但由于不同种群和地域间的白粉寄生孢存在一定的遗传差异,因此在不同的环境中应用白粉寄生孢来防治白粉病存在一定的局限性[35]。1932年,Yarwood[27]首次尝试用分离得到的白粉寄生孢防治三叶草白粉病,发现其能够抑制白粉菌的生长。此后,随着人们对白粉寄生孢生物学特性的进一步了解,越来越多的研究者尝试将其作为一种生防资源,运用到植物白粉病的防治工作中去。目前,关于白粉寄生孢在生物防治中的应用性研究已取得了一定的成果,1996年,美国ECOGEN公司成功研制了一种可以防治几种白粉菌的生物杀菌剂AQ10[36],其主要有效成分就是白粉寄生孢,其孢子活性可保持一年之久。这种杀菌剂在使用时首先将其喷洒在患病植株上,然后在适宜的条件下孢子萌发进入寄主白粉菌细胞中,在侵染寄主的过程中大量扩增并杀死寄主细胞。这种杀菌剂的适用范围较广,可以作用于多种植物,对白粉菌的种属没有选择性,对寄生生活的时间也没有限制,在作物生长的整个季节周期都可以使用,但是需要空气湿度达到60%时孢子才有活力[37]。目前AQ10产品已经能够大量生产并供给市场需求。另外,近年来新上市的生物合成杀菌剂腈菌唑(myclobutanil),以及韩国研制的生物杀菌产品Q-FECT WP78等[38],其中的有效成分都是白粉寄生孢。现有研究表明,用白粉寄生孢作为生防资源防治植物白粉病具有明显的优点:1、菌种筛选简单,分离纯化后可直接测试防治效果,避免了大量前期工作。2、白粉寄生孢在寄主细胞中的生存状态稳定,避免了因外界环境影响导致的防治效果降低。3、具有较强的抗药性。重寄生菌的寄生范围一般较广,可防治多种植物病原真菌,符合现代农业要求的环境安全和持续稳定发展要求,所以其生物制剂具有广阔的市场应用前景[39-40]。

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(责任编辑：田 喆)

Review on biological characteristics ofAmpelomycesquisqualisand its application in biological control

Shi Yang, Qiao Lin, Li Chengwei

(DepartmentofLifeScienceandAgronomy,KeyLaboratoryofPlantGeneticsandMolecularBreeding,ZhoukouNormalUniversity,Zhoukou466001,China)

Ampelomycesquisqualisas a biocontrol agent of powdery mildew, has been widely concerned. This paper reviewed the morphology, classification, host range, best growth parameters, isolation and identification, biocontrol effects and application prospect ofA.quisqualis,put forward some problems in the current research and the research emphasis in the future, and discussed the biocontrol effect and application prospect.

hyperparasitic fungus;Ampelomycesquisqualis; biological control; application prospect

2016-03-21

2016-08-25

国家自然科学基金(31272168)

Q 935, S 476

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2017.01.004

* 通信作者 E-mail: shiyang623@126.com