水稻纹枯病研究进展

李雪婷 (长江大学农学院，湖北 荆州434025；农业部农业微生物资源收集与保藏重点实验室，北京 10081)

徐梦亚，郑少兵，孙正祥，周燚 (长江大学农学院，湖北 荆州434025)

水稻纹枯病研究进展

李雪婷 (长江大学农学院，湖北 荆州434025；农业部农业微生物资源收集与保藏重点实验室，北京 10081)

徐梦亚，郑少兵，孙正祥，周燚 (长江大学农学院，湖北 荆州434025)

由立枯丝核菌(RhizoctoniasolaniKühn)侵染引起的纹枯病是水稻的重要病害之一，危害严重、防治困难。从水稻纹枯病的发生、病原菌的致病性、生防菌株种类及其作用机制4个方面对其研究进展进行了综述。

水稻纹枯病；生物防治；生防菌

由立枯丝核菌(RhizoctoniasolaniKühn)侵染引起的纹枯病是水稻的重要病害之一，危害严重、防治困难。长期以来，国内外学者对水稻纹枯病进行了多方面的研究，并取得了一些进展。笔者着重从水稻纹枯病的发生、病原菌的致病性、生防菌株种类及其作用机制等方面进行了综述，以期为水稻纹枯病的防治提供参考。

1 水稻纹枯病概况

水稻纹枯病是一种世界性病害，为水稻的三大病害之一，最早于1910年由宫宅在日本发现，随后在菲律宾、美国、斯里兰卡等国家相继报道，1934年植物病理学家魏景超在我国发现此病，1975年成为全国防治对象[1]。该病害在水稻整个生育期均可发生，主要危害叶鞘、叶片，危害大、流行性强、寄主范围广，其产生的菌核能抗逆和忍耐极端环境，对水稻高产稳产造成重大影响。随着矮杆、多孽良种的推广应用以及栽培密度、氮肥使用量的增加，其危害程度日益严重，在我国尤其是南方造成了严重的经济损失。

在我国没有抗病品种的情况下，主要依赖于化学药剂来防治水稻纹枯病，尤其是井冈霉素、噻呋酰胺，虽然防治简便、效果迅速，但长期大规模使用单一药剂会导致病原物抗性增强，防治效果逐渐降低，而剂量不断加大后污染环境，造成恶性循环。因考虑环境及人体健康等问题，欧盟早已于2002年提议禁止用井冈霉素，因此亟待新型的生物农药防治水稻纹枯病。近些年来，科研工作者们通过分离筛选效果显著的生防菌株防治水稻纹枯病，并取得了初步的研究成果。

2 病原菌的致病性

2.1 降解酶

病原菌在致病过程中会产生降解酶，降解植物细胞质内的物质与细胞壁成分，损伤水稻组织，对病原菌的侵染和扩展有重要的作用。细胞壁降解酶可降解植物细胞壁的木质素、纤维素、糖蛋白和多糖等多种成分，使植物细胞壁软化、分解，从而有利于病原菌的侵入。水稻纹枯病菌主要通过产生细胞壁降解酶，软化和降解植物细胞壁，致病力越强的菌株分泌的酶活力越高，已报道的水稻纹枯病菌细胞壁降解酶主要包括7种:多聚半乳糖醛酸酶(PG)、β-1,4内切葡聚糖酶(Cx)、果胶甲基半乳糖醛酸酶(PMG)、果胶甲基酯酶(PE)、滤纸酶(FPA)、多聚半乳糖醛酸反式消除酶(PGTE)和果胶甲基反式消除酶(PMTE)，其中PG、PMG、Cx属于纤维素酶，PME、FPA属于水解酶，而PGTE和PMTE属于裂解酶[2]。

张红等[3]证实细胞壁降解酶中含有果胶酶和纤维素酶，且降解酶会崩解、破裂水稻愈伤组织细胞和叶鞘结构。杨媚等[4]测定水稻的渗透性还原单糖与电导率，发现细胞壁降解酶不仅损伤水稻叶片组织，并且酶的浓度增大后损伤程度也会加重。陈夕军等[5]发现纹枯病菌能在水稻叶鞘内产生5种胞壁降解酶，即PG、Cx、PMG、PGTE和PMTE，这几种降解酶不论单独还是混合使用都会对水稻叶鞘细胞膜造成明显的损伤。

2.2 毒素

植物病原菌在植物体内或通过人工培养大多数会产生毒素，能在低的浓度范围内破环寄主植物的一系列正常生理功能，使植物产生病变。自从菊池链格孢菌毒素在1993年被首次报道以来，植物病原真菌产生的毒素越来越受到关注。水稻纹枯病菌毒素作用于水稻植株后，水稻组织也表现出一系列细微的变化，如电解质外渗、细胞膜部分破裂、叶绿体损伤等。这些变化使水稻组织受到损伤，从而表现出典型的症状。

黄文文等[6]将纹枯病菌毒素接种在水稻离体叶片上，发现叶片上可产生病斑，证明毒素具有致病性。徐敬友等[7]发现病原菌粗毒素不仅可诱发产生纹枯病类似的病斑，且毒素稀释液对胚根有明显的抑制作用，致病力随浓度增高而增强。陈夕军等[8]通过薄层色谱和高效液相色谱仪分析发现毒素主要成分为糖类，不含酚、氨基酸和有机酸类物质。李路等[9]发现毒素粗提物对水稻种子发芽、胚芽和胚根的伸长有不同程度的抑制作用，抑制率随着毒素浓度的提高而增大。

3 生防菌的种类

3.1 生防真菌

通过平板对峙、温室和大田试验表明木霉菌可广泛用于植物病害生物防治中，对水稻纹枯病的防治较为理想，其中黄绿木霉和哈茨木霉对水稻纹枯病的防治率可达52.54%～83.09%[10]。植物的内生真菌也是生防真菌的一个重要类群，可保护寄主植株免受病原物的侵染，表现良好的抗性。王国平等[11]从南方红豆杉分离筛选得到1株与井冈霉素A防效相当的内生真菌紫杉木霉。除木霉菌外，青霉菌在水稻纹枯病的生防中也有应用，1995年曾金凤[12]从土壤中分离出青霉Z88，不仅使纹枯病菌菌核失活，还能提高水稻种子发芽率，促进水稻根系分枝。

3.2 生防细菌

利用生防细菌来防治水稻纹枯病的报道非常多，其中发现最多的是芽孢杆菌。目前，用于防治水稻病害的芽孢杆菌大致有7类，如枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)、多粘类芽孢杆菌(Paenibacilluspolymyxa)，其中应用最多的是枯草芽孢杆菌。陈刘军等[13]从番茄根系土壤中分离筛选的蜡质芽抱杆菌AR156在抑制水稻纹枯病菌菌丝生长、菌核萌发的同时诱导内源抗病基因的表达。周荣金等[14]从植株茎秆中分离的巨大芽孢杆菌(B.megaterium)能分泌脂肽类化合物Iturin A2，对水稻纹枯病有显著防治作用且随着浓度的增加而提高。何爱莲等[15]发现于PD营养液中培养枯草芽孢杆菌F2，其发酵液对水稻纹枯病的抑菌率高达82%。陈志谊等[16]分离获得的枯草芽孢杆菌B-916发酵液在田间的防治率可达50.0%～81.0%。高玲玲等[17]分离的125株内生固氮菌中有2株多粘类芽孢杆菌NR-18和NR-79对水稻病害抑菌带宽均大于4mm。陈敏等[18]发现喷雾接种后芽孢杆菌Drt-11在水稻叶面和叶鞘稳定定殖并能有效阻止病原菌侵入。朱晓飞等[19]分离筛选到1株具有广谱、高效性的解淀粉芽胞杆菌YB-3。黎起秦等[20]从西瓜与柑桔等根系中分离到4种芽孢杆菌对立枯丝核菌菌丝的生长和菌核的萌发均有明显抑制作用。除了从植物内部和陆地上分离生防细菌外，聂亚锋等[21]从海水和海泥中分离出了海洋细菌PY-sw-1，其菌液和胞外物质对水稻纹枯病的田间防治率可达50%以上。

3.3 生防放线菌

放线菌是土壤中的优势微生物类群之一，种类十分丰富，是大多数抗生素的重要来源[22,23]，在植物病害防治中具有举足轻重的作用。陈丹等[24]在国内首次发现极暗黄链霉菌CZB40，其10倍无菌稀释液对水稻纹枯菌丝生长抑制率高达94.85%。曹琦琦等[25]从不同土壤、植物和纹枯病菌菌核样品中分离筛选到放线菌菌株对病原菌均具有较强的拮抗作用。彭卫福等[26]获得的链霉菌C2对水稻纹枯病菌、水稻稻瘟病菌、西瓜枯萎病菌等多种植物病原真菌有明显的抑制作用。

4 生防机制

4.1 拮抗作用

生防菌株分泌抑菌物质阻碍病原物的代谢与合成，抑制细胞壁和蛋白质的合成、干扰细胞膜的半透性、阻碍能量代谢系统。病原菌菌丝出现变形扭曲、褶皱、局部肿胀而不能正常生长或抑制菌核的萌发。谢宗华等[27]用分离到的假紫色色杆菌kwkjT4上清液以1︰30比例与PDA培养基混匀，处理后发现菌丝明显变形扭曲、萎缩、局部肿胀。袁梦思等[28]发现不动杆菌A2无菌液处理水稻纹枯病菌，不仅菌丝扭曲膨大，且原生质外渗。魏赛金等[29]用稠李链霉菌代谢产物多烯类大环内酯抗生素DZP8使水稻纹枯菌菌丝干瘪、皱缩，其抑制活性比井冈霉素还高。刘路宁等[30]发现绿木霉TY009代谢产物对水稻纹枯病菌菌丝生长具有明显的抑制作用，其主要成份为胶霉毒素。

4.2 竞争作用

竞争作用分为空间竞争和营养竞争2种，空间竞争表现为大量的生防菌在植物体内稳定定殖，占领最具优势的位置从而阻隔了病原菌的侵入位点[31]。营养竞争通过产生嗜铁素或优先定殖于植株中掠夺病原菌所需的营养物质，使病原菌缺铁、碳、氮等，导致其不能正常的生长和繁殖，从而达到防治病害的目的[32]。杨帆等[33]分离的2株解淀粉芽孢杆菌均可分泌嗜铁素，对纹枯病具有较好的防效。陈思宇[34]分离得到的对纹枯病有良好防效的11株生防菌均可产生嗜铁素。卢钰升等[35]采用Biolog GenIII微孔板对菌种进行碳源利用试验，可发现利用的碳源物质有46种，这表明生防细菌GB58具有广泛的碳源利用谱，有利于在不同营养水平的环境中生长繁殖和营养竞争。

4.3 诱导抗性

防御酶活性与植物的抗病性相关，例如，超氧化物歧化酶(SOD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)，过氧化氢酶(CAT)等防御酶[36～38]。大量研究结果表明，经生防菌株处理后，水稻植株的防御性酶活性会大幅度提高、持续时间较长，提高了水稻系统防御能力[39]。陈刘军等[13]发现菌株 AR156 处理水稻叶片后水稻植株体内防御酶活升高，增强防卫基因的表达，提高植株的抗病性。刘永锋等[40]从蔬菜和麦田分离筛选出的生防菌YD4-6和NV11-4能诱导水稻防御酶活性显著增加。杜亚楠等[41]利用新农抗702处理水稻叶片，叶片表现较明显的抗纹枯病作用，处理12h后，稻苗体内POD、PPO、PAL、CAT酶活性升高，而SOD酶活性无显著影响。

5 展望

目前，科研工作者们在室内分离和筛选了许多对水稻纹枯病有生防作用的菌株，但真正能大面积推广和应用的较少。生防菌株在田间的防治效果和存活情况远不如室内盆栽试验效果，究其原因是生防菌在田间的防治受到诸多因素的影响，例如宿主种类、温度、湿度、施用方法、生防菌定殖力等，导致生防效果不稳定或不能充分发挥。王奎萍等[42]认为水稻叶片的表面张力、蜡质层等作用使施用的新鲜菌液无法长期定殖在植株中与病原菌互作用而降低了防效，因此生防菌株能否在植株体内长期稳定的定殖对生物防治纹枯病具有重要的意义。

传统的研究是通过平板对峙来筛选抑菌活性显著的拮抗菌，决定是否进一步做田间试验，鉴于生防菌株有竞争作用和诱导作用的生防机制，在平板上抑菌活性不明显的生防菌株容易被忽视。此外，人们对于生防菌株防治效果的认识存在一定的主观性，笔者认为生防菌株存在环保、对环境友好、不容易形成抗性等优点，不能用化学防治的标准来评判。生物防治的前景十分广阔，除了不断丰富生防菌资源，今后更要加强生防菌作用机理的研究，深入挖掘重要活性物质的编码和调控功能基因，以期实现生物防治研究的快速发展。

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[编辑] 余文斌

2017-05-10

农业部农业微生物资源收集与保藏重点实验室开放基金项目(2015KF03)。

李雪婷(1993- )，女，硕士生，研究方向为植物病害生物防治。通信作者:孙正祥，sunzhengxiang9904@126.com；周燚，zhouyi@yangtzeu.edu.cn。

S435.111.4+2

A

1673-1409(2017)14-0015-04

[引著格式]李雪婷，徐梦亚，郑少兵，等.水稻纹枯病研究进展[J].长江大学学报(自科版) ，2017，14(14)：15～18,77.