甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌作為芽孢桿菌屬生防菌的新成員，具有抗逆性強、抗菌譜廣、環(huán)境友好且不易產(chǎn)生耐藥性等特點，在倡導綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的時代背景下，甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌及其制劑將具有非常廣闊的發(fā)展前景。本文主要從甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌的代謝產(chǎn)物、作用機理及在農(nóng)業(yè)上的應用論述其研究進展。
農(nóng)作物病害防治一直是困擾世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的難題，一直以來化學農(nóng)藥的大量使用給農(nóng)作物病害防治帶來了極大的便利且取得了顯著效果，但隨之而來的負面效應如病原菌耐藥性的增強、環(huán)境污染、大量農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留超標，也讓人越來越難以接受，因此，綠色、無殘留、無公害的生物防治方法應運而生。生防菌作為農(nóng)作物病害防治的有益菌，由于其能夠代謝產(chǎn)生多種抗菌物質抑制作物病原菌的生長并競生為優(yōu)勢菌群，同時還能改善土壤環(huán)境，且不會產(chǎn)生耐藥性的特點，近年來受到越來越多的關注。
目前，細菌、真菌、放線菌作為生防菌在生物防治中均有應用。其中，芽孢桿菌屬作為生防菌中的佼佼者，已有多種芽孢桿菌被研究應用于農(nóng)作物病害防治，穆常青等發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌B-332菌株對稻瘟病具有良好的防治效果，紀兆林等研究地衣芽孢桿菌對蘋果輪紋病菌和炭疽病菌具有較強的防治效果，陸燕等研究解淀粉芽孢桿菌41B-1對花生白絹病具有良好的防治效果;甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌 （Bacillus methylotrophicus） 是Munusamy Madhaiyan等人2010年報道的新種，作為芽孢桿菌屬的一員，甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌作為生防菌的研究越來越多，其在農(nóng)作物病害生物防治領域正扮演著越來越重要的角色。本文主要從甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌的抑菌代謝產(chǎn)物、作用機理及其在農(nóng)業(yè)上的應用進行綜述。
一、抑菌代謝產(chǎn)物
生防菌之所以能起到防治農(nóng)作物病害的作用，主要歸功于其自身生長繁殖所產(chǎn)生的一種或多種抑菌代謝產(chǎn)物，這些抑菌代謝產(chǎn)物起到了類似抗生素的作用，往往具有廣譜抗菌性。張龍來等研究解淀粉芽孢桿菌HN011對多種病害的病原真菌具有明顯的拮抗作用，如香蕉枯萎病、番茄莖腐根腐病、菜心炭疽病、水稻稻瘟病、水稻紋枯病，經(jīng)大量理化分析證明其發(fā)酵液的代謝產(chǎn)物主要是一些環(huán)二肽;孫啟利等研究地衣芽孢桿菌W10對油菜菌核病具有較強的防治效果，經(jīng)分析其抑菌代謝產(chǎn)物為W10抗菌蛋白。
甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌代謝產(chǎn)物多樣，經(jīng)研究具有抑菌能力的代謝產(chǎn)物主要有抗菌蛋白、抗菌肽、蛋白酶、纖維素酶、β-1，3-葡聚糖酶、嗜鐵素等，目前被報道的一些甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌抗菌試驗中，這些代謝產(chǎn)物中的幾種通常能夠被同時檢測出來，說明甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌可以從不同的途徑對相應病原菌進行抑制。采俊香等對抱莖苦荬菜內(nèi)生甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌G-5抗菌蛋白抗真菌特性進行研究，其對番茄早疫病病菌、梨黑斑病病菌和番茄灰霉病病菌均具有較好抑菌效果，抑菌率分別為88.3%、90.5%和95.4%;王洪梅等從土壤中篩選出一株對番茄青枯病病原菌具有較強抑制效果的菌株N5，經(jīng)鑒定為甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌，通過大量理化分析實驗，證明其起到抑菌效果的代謝產(chǎn)物為鐵載體、β-1，3-葡聚糖酶、纖維素酶、蛋白酶及多種脂肽類物質。呂倩等從南海深海海泥中采集的88個細菌樣品中分離出一株具有較強抗真菌活性的細菌SHB114，鑒定為甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌，其對黃瓜炭疽病菌、立枯絲核菌、黃瓜枯萎病菌等植物病原真菌具有較強的抑制活性。對其抗真菌活性物質跟蹤檢測，分離純化得到3個脂肽類化合物，經(jīng)鑒定均為bacillomycin Lc類脂肽。
二、作用機理
1、競爭作用
甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌作為芽孢桿菌屬生防菌，其主要競爭作用為營養(yǎng)競爭和位點競爭。營養(yǎng)競爭如在產(chǎn)生嗜鐵素的甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌中，其代謝產(chǎn)生的嗜鐵素可與病原菌競爭土壤中的Fe3+，由于鐵元素是微生物生長必不可少的微量元素，因而能起到抑制病原菌生長的作用;位點競爭是指其通過在植物根際、體表或體內(nèi)的定殖和繁衍占據(jù)有利靶位，來降低病原微生物侵染的機會。
2、拮抗作用
拮抗作用主要是甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌通過產(chǎn)生各種抑菌代謝產(chǎn)物，來抑制植物病原菌生長或直接將其殺死，目前以抗菌肽、蛋白酶和纖維素酶的拮抗機制研究最為常見。
（1）抗菌肽
抗菌肽是一種廣泛存在于細菌、真菌、無脊椎動物、脊椎動物、植物乃至人類中的天然小分子抗菌物質，由于其具有廣譜抗菌活性且不易產(chǎn)生耐藥性的特點，近年來在植物病害生防領域受到越來越多的研究?？咕耐ǔв幸欢康碾姾桑哂袃捎H性，按其結構一般可以分為以下幾種：α-螺旋、β -片層、環(huán)狀結構、無規(guī)卷曲、復合結構。根據(jù)目前的研究，一般認為其抑制或殺死病原菌的作用機理主要有2種，通過自身特殊的分子結構作用于細胞膜，通過破壞胞膜的完整性并形成離子通道，造成細胞內(nèi)容物外溢、胞外水分大量內(nèi)流使細胞不能維持正常的滲透壓而死亡，這一過程目前發(fā)現(xiàn)的有4種作用類型，分別是桶板模型、毯式模型、環(huán)孔模型和凝聚模型;作用于病原菌胞內(nèi)靶點，如抑制核苷酸、蛋白質的合成等。
（2）蛋白酶、纖維素酶和β-1，3-葡聚糖酶
植物病原真菌細胞壁一般是由幾丁質、β-1，3-葡聚糖、纖維素和少量的蛋白質組成，因此部分甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌產(chǎn)生的蛋白酶、纖維素酶和β-1，3-葡聚糖酶可以作用于病原真菌細胞壁，造成其細胞壁的溶解而死亡。
3、誘導抗性
植物在受到外源物質誘導后，會產(chǎn)生誘導抗性，體內(nèi)會發(fā)生一系列信號傳導和物質代謝變化，如自身防御酶水平和活性顯著增高，抗病機制得到增強。李桐在甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌NJ13對人參銹腐病的生防作用研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過NJ13菌株誘導的人參苯丙氨酸解氨酶、幾丁質酶和β-1，3-葡聚糖酶3種防御酶基因，在接種后不同時間點表達量均較無菌水對照組有不同程度的提高。
三、應用
甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌自2010年被首次發(fā)現(xiàn)并報道以來，國內(nèi)外研究人員對其生物特性進行了大量的研究和開發(fā)，目前，其在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、食品加工、環(huán)境保護、醫(yī)藥等方面的應用研究均有報道。作為生防菌芽孢桿菌屬的新成員，其在農(nóng)業(yè)生物防治領域已然成為一顆冉冉升起的新星。
由灰葡萄孢菌 （灰霉菌） Botrytis cinerea 引起的灰霉病是世界范圍內(nèi)危害最為嚴重的真菌性病害，能夠侵染包括番茄 Solanum lycopersicum、黃瓜 Cucumis sativus Linn、葡萄 Vitis spp.、草莓 Fragaria ananassa Duch 等蔬菜在內(nèi)的200多種植物。魏新艷、黃媛媛等從464株海洋細菌中分離出一株具有較強拮抗灰霉菌作用的甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌BH21，其具有產(chǎn)生多種抗菌脂肽的能力，發(fā)酵液脂肽粗提物對葡萄灰霉病菌具有較強的拮抗作用，在葡萄灰霉病生物防治中具有潛在應用價值。
我國是世界上幾個最大的棉花主產(chǎn)地之一，但每年由大麗輪枝菌 （Verticillium dahliae Kleb.） 引起的黃萎病對棉花生產(chǎn)造成了大量的損失，嚴重時可減產(chǎn)20%～60%。陳麗華等[16]從棉花植株上分離篩選出一株對大麗輪枝菌具有較強拮抗作用的甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌LH-L3，經(jīng)過室內(nèi)盆栽實驗證明，菌株LH-L3具有較好的促生長和棉花黃萎病防治的效果，具有進一步開發(fā)應用潛力。
西瓜枯萎病是由西瓜枯萎尖孢鐮刀菌引起的一種頑固性土傳病害，發(fā)病率高，造成西瓜秧苗萎蔫壞死，嚴重影響西瓜產(chǎn)量和質量。殷曉敏等從西瓜枯萎病重病園區(qū)中長勢良好的西瓜根際分離獲得一株甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌XG-1，其對西瓜枯萎病菌菌絲生長、孢子萌發(fā)具有良好抑制效果;田間小區(qū)實驗證明，經(jīng)XG-1菌液灌根處理的瓜苗植株發(fā)病率顯著降低。
王全等采用對峙法篩選得到一株對白菜黑斑病菌 Alternaria brassicae 具有強烈拮抗作用的甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌LBC-2，田間防治試驗表明，LBC-2菌劑的病指防效達到79.08%，對白菜黑斑病具有一定的防治作用。
謝學文等從連作多年的黃瓜根際土樣中篩選得到一株對黃瓜炭疽病菌 Colletotrichum orbiculare 具有較強拮抗作用的菌株WF-3，2a的田間試驗表明菌株WF-3培養(yǎng)物對黃瓜炭疽病具有良好的防治效果，防效分別達到68.14%和73.7%。
胡江春等從遼寧渤海海域的海泥樣品中篩選出一株甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌BAC-9912，其產(chǎn)生的脂肽類化合物等代謝產(chǎn)物對灰霉菌病原菌 Botrytis cinerea 具有很強的抑菌活性，且安全無公害。多年的田間試驗證明BAC-9912對黃瓜、番茄的灰霉、晚疫病，棉花黃枯萎病及蘋果樹腐爛病均具有顯著防效，是一種綠色、新型、高效的生物殺菌劑。2015年12月31日，農(nóng)業(yè)部藥檢所公示華北制藥集團愛諾有限公司甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌9912母藥和可濕性粉劑在我國首獲登記。母藥含量為40億芽孢/g，毒性微毒;制劑含量為30億芽孢/g，劑型為可濕性粉劑，毒性微毒，噴霧用于防治黃瓜灰霉病，制劑用藥量937.5～1，500g/hm2。
四、問題與展望
目前，國內(nèi)外對于甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌在農(nóng)業(yè)上的生防應用研究主要還停留在“室內(nèi)”開發(fā)、試驗階段，考慮到生防菌在大田植物根際、體內(nèi)或體表的定殖和繁衍是其防控植物病害的基礎，因此在選育優(yōu)良抗病菌株的基礎上，要根據(jù)菌株自身生長特性，并結合田間環(huán)境因素，通過適當?shù)奈锢?、化學、生物等技術手段對其進行改良，增強其田間定殖能力。甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌能夠產(chǎn)生豐富的代謝產(chǎn)物，但拮抗菌株發(fā)揮抗菌作用的具體代謝產(chǎn)物種類及其作用機制還有待進一步研究。
由于傳統(tǒng)的化學農(nóng)業(yè)在給人們帶來便利和高效的同時也造成了嚴重的水土污染、農(nóng)藥殘留超標、耐藥性等問題，因此，具有綠色生態(tài)、無公害、不易產(chǎn)生耐藥性等多項優(yōu)點的生物防治產(chǎn)業(yè)受到了世界各國研究機構的廣泛關注，擁有潛力巨大的市場應用價值。而甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌作為近年來新開發(fā)的生防菌，具有抗逆性強、代謝產(chǎn)物豐富、抑菌譜廣等多種優(yōu)良特性，在農(nóng)業(yè)植物病害生物防治領域具有廣闊的發(fā)展前景。
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