植物内生放线菌生物防治农业病害的研究进展

夏蕾+邹晓威+王娜+姜兆远+李莉+郑岩

摘要：指出了近些年来，植物内生放线菌因其能产生多种多样的活性物质而受到广泛关注。针对植物内生放线菌的种类、代谢物质多样性，及在农业生产与病害防治上的应用综合论述了国内外的研究进展。

关键词：内生放线菌；代谢产物；生物防治；农业病害

中图分类号：S7

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）23-0116-03

1 引言

植物内生放线菌是内生菌群落中的重要组成部分，该类物种不仅宿主分布广泛，且生物多样性丰富，可通過自身及产生代谢产物作用于植物，促进宿主植物生长发育，提高植物对环境压力的耐受能力，协助宿主植物抵御或杀死病虫害的威胁，具有极大的生防意义^[1，2]。在农业生产、医药等领域都显示出广泛的应用前景。

2 植物内生放线菌的主要种类

从 Cohn（1872） 发现放线菌至今，己经报道了170多个属。其中弗兰克氏菌属（Frankia）是最早被发现的内生放线菌，能形成根瘤并具有固氮能力，人工接种不仅能提高植物的存活率，而且可以增加植物生长速度。红球菌属（Rhodococcus）是近些年研究较详细的内生放线菌，其中R.erythropolis 具有固氮能力。应用于植物病害生物防治中的主要是链霉菌属（Streptomyces），链霉菌宿主植物广泛，是目前研究最多的植物内生放线菌。链霉菌因其产孢量大、孢子存活时间长、易于制成活细胞制剂如孢子粉剂、种衣剂、菌丝体培养物等优点被广泛应用于农业病害防治中。如利用灰绿链霉菌（S.griscoviridis）的孢子和菌丝制成的制剂Mycostop，通过对种子等的处理，可在植物根部定殖、生长、繁殖，进而阻止病原微生物的入侵，促进寄主植物生长。黎巴嫩链霉菌（S.libani）可产生抗生素As1A，对番茄灰霉病（Botrytis cinerea）、黄瓜叶霉病（Fulvia fulva）有很好的控制效果。除了链霉菌以外，还包括链孢囊菌属（Streptosporangium）、小双孢菌属（Microbispora）、诺卡式菌属（Nocardia）、小单孢菌属（Micromonospora）等也在植物病害的生物防治方面发挥了积极作用，近年来受到科研工作者的关注。其中备受关注的是由棘孢小单孢菌（Micromonospora echinospora）和绛红小单孢菌（Micromonospora purpurea）发酵产生的庆大霉素（Gentamicin），它是一种氨基糖苷类的广谱抗生素，具有使用量小、毒性低、稳定性强、水溶性好等优点被广泛应用于临床治疗。而诺卡菌属产生的抗生素多数具有抗细菌活性，少数具有抗真菌、抗肿瘤活性。

3 内生放线菌在植物病害防治中的应用

内生放线菌广泛分布于植物的根、茎、叶、果实及种子中。近些年的研究成果可看出，从植物体内分离的放线菌具有潜在的应用价值。

澳大利亚 Coombs^[3]（2003）研究小组从小麦根部分离出60多株放线菌，筛选得到防治小麦全蚀病（Gaeu-mannomyces graminis var.tritici）的菌株，经温室试验使小麦全蚀病的危害降低70%。梁亚萍等人^[4]（2007）从野生植物中分离得到29株内生放线菌，其中SG2和SF4菌株对温室番茄早疫病（Alternaria solani）和黄瓜白粉病（Sphaerotheca cucurbitae）的防治效果分别达到89.72%和89.61%。涂璇等人^[5]（2008）分离自黄瓜的内生放线菌淡紫灰链霉菌（S.fradiae）对番茄早疫病（Alternaria solani）、灰霉病、玉米弯孢病（Curvularia lunata）、辣椒疫霉病（Phytophthora capsici）等抑菌效果明显。陈红兵等人^[6]（2011）从辣椒体内分离出一株放线菌菌株Lj20，经温室对抗试验，对黄瓜灰霉病（Botrytis cinerea）有较强的抑制作用。王靖^[7]（2011）从白菜、油菜及银杏树的根际土壤及根、茎、叶等材料中分离拮抗放线菌，来自白菜根际土壤的A316及红豆树根部的A10经盆栽和大田试验，对白菜和油菜根肿病菌（Plasuwdiophora brassicae）有很好的抑制作用。李庆蒙等人^[8]（2013）从江西庐山珙桐树中分离筛选出拮抗放线菌奈良链霉菌（S.naraensis），对稻瘟病菌（Pyricularia oryzae）、烟草黑胫病菌（Phytophthora parasitica var.nicotianae）等植物病原真菌的相对抑制率高达90%以上。沈玥^[9]（2014）从健康玉米植株中分离出拮抗放线菌菌株NEAU-M89，对玉米大斑病（Exserohilum turcicum）、玉米小斑病（Helminthosporium maydis）抑制效果最好。张志斌等人^[10]（2015）从东乡野生稻内分离放线菌共11株，其中8株具有抗菌活性，并从高抑菌活性菌株S123中分离到化合物Nigericin，对枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）及水稻纹枯病菌（Thanatephorus cucumeris）均有抑制活性。王相晶^[11]（2015）对7种植物的根部及根部土壤进行放线菌分离，其中内生菌菌株 gq1和gq12 对大豆疫霉病菌（Phytophthora sojae）有很好的抑制活性。大量的研究表明，放线菌中存在很多有价值的菌种资源，可以为杀菌剂的开发奠定基础。

4 植物内生放线菌活性代谢产物的种类

1941年，美国放线菌专家Waksman从放线菌培养液中找到紫放线菌素，开启了对放线菌代谢产物的研究。放线菌产生的活性代谢产物包括抗生素类物质、各种酶类物质、酶抑制剂及免疫调节剂等。酶是放线菌产生的，仅次于抗生素的最重要产物。酶类物质包括水解酶、氧化还原酶、转移酶、裂解酶、合成酶等，其中由生氢链霉菌和紫色链霉菌等产生的胆甾醇氧化酶和胆碱氧化酶、由壮观链霉菌产生的酰基转移酶、由灰色链霉菌等产生的磷脂酶和由堆孢链霉菌产生的多聚半乳糖醛酸外裂酶等在食品加工、去污剂生产、纺织和制药工业、生物有机化学和分子生物学领域都有较大的应用价值。1969年，Umezawa^[12]首次报道了由一株链霉菌产生的低分子量酶抑制剂，但是，研究表明，微生物来源的大部分酶抑制剂没有明显的抗微生物活性。微生物还能产生各种各样的小分子的免疫调节剂，他们多数存在于放线菌的培养液中，与酶抑制剂结合，增强植物的免疫反应。从抗生素和酶的产生可以看出放线菌的确是化学结构不同和药理各异的有机物的宝库。endprint

5 内生菌次级代谢产物的应用

20世纪40年代初，瓦克斯曼用链霉菌系统筛选新抗生素，至今发现的天然抗生素中，约有2/3是由放线菌产生，其中许多具有重要的应用价值。

2000年，从杜鹃花中分离出的链霉菌所产生的抗真菌物质fistupyrone对甘蓝黑斑交链孢霉菌（Alternaria brassicae）有抑制作用^[13]。Igarashi等人^[14]（2002）从韭菜中分离得到的鏈霉菌，其发酵后可产生生物碱类活性化合物6-Prenylindole，能有效控制尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）的生长。Pullen等人^[15]（2002）从卫茅科植物中分离出西唐链霉菌（S.setonii）和桑氏链霉菌（S.sampsonii），其产生的抗生素氯吡咯对耐药细菌抗性明显。Strobe等人^[16]（2003）从来自蕨类植物的内生放线菌中得到一种新型抗生素kakadumycins，它对炭疽芽孢杆菌（Bacillus anthraci）有很强的抑杀活性。David等人^[17]（2004）从Monstera sp.的茎中分离出链霉菌菌株MSU-2110能够产生多种多肽类抗生素。Yang等人^[18]（2004）从内生菌小单孢菌中发现了一种蒽环类抗生素，它具有较好抗细菌活性。Taechowisan等人^[19]（2006）从高良姜的根部分离得到一株放线菌，其发酵液可产生化合物 Actinomycin D，它能有效抑制香蕉炭疽病（Colletotrichum musae）和白色念珠菌（Candida albicans）。Taechowisan等人^[20]（2007）从生姜中分离出内生链霉菌（S.aureofaciens），其发酵产物中分离得到新的天然活性物质5，7-dimethoxy-4-p-methoxylphenylcoumarin和5，7-dimethoxy-4-phenylcoumarin，具有抗真菌和抗肿瘤活性。Shirokikh等人^[21]（2010）从冬小麦中分离得到的内生链霉菌可产生indolyl-3-acetic酸性化合物，能促进冬季小麦的生长发育。

我国从20世纪 50 年代开始研究农用抗生素，目前，我国登记注册的抗生素品种有几十种，此外还有大量杀菌剂如：井冈霉素、多抗霉素、中生菌素、浏阳霉素和阿维菌素等应用于农田病害防治。这些农用抗生素的应用在我国取得了巨大的经济效益和生态效益。

近些年，我国对生物农药的研究和开发不断取得新进展。上海农药研究所陶黎明等人^[22]（2002）研发的具有大环内酯结构的长川霉素，对黄瓜灰霉病（Botrytis cinerea）、玉米小斑病（Helminthosporium maydis）、白粉病（Erysiphe graminis）等多种真菌病害有较好的防治效果，经大田试验，防治效果优于当前的常规药剂速克灵和多菌灵。韩巨才等人^[23～25]在2005至2011年期间从辣椒根茎结合部位分离出内生娄彻氏链霉菌（S.rochei），其发酵液中活性物质对黄瓜灰霉病菌、番茄灰霉病菌和番茄早疫病菌都有很好的抑制作用。由吸水链霉菌井冈变种（S.hygroscopicus var.jinggangensis）产生的井冈霉素，对水稻纹枯病病菌防效高、持续时间长，使病菌失去扩展的能力，进而控制病害。农用链霉素可以有效的防治黄瓜角斑病（Pseudomonas syringae pv.lachrymans）、番茄溃疡病（Clavibacter michiganense subsp.michiganense）等多种植物性细菌病害。在我国大面积推广使用的5406抗生菌细黄链霉菌（S.microflavus）能够分泌多种抗生素，抑制病原菌生长，并且还可以分泌激素促进植物生长。

6 结语

农作物病虫害是我国的主要农业灾害之一，它具有种类多、影响大、时常暴发成灾的特点，其发生范围和严重程度对我国国民经济、特别是农业生产常造成重大损失。

放线菌作为一种具有丰富资源的微生物类群，在农业病害生物防治中有广阔的开发应用前景，其产生的活性物质为我国农业的丰产、丰收提供了保障。与土壤内生放线菌相比，植物内生放线菌作为生防制剂具有定殖能力强，与宿主植物易融合的优势。 从目前的研究结果来看，对植物内生放线菌的研究将有利于寻找新的放线菌菌种，发现新的代谢物与新特征的酶，从其中的一些次生代谢产物中可能发现具有新的分子结构或对有害生物有新作用靶标的化合物，从而开发出新的生物源农药产品，这些将对未来的农业病虫害防治具有重要意义。

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