水稻紋枯病生物防控研究進程范文

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水稻紋枯病是世界性的病害，是水稻三大病害之一，由立枯絲核菌(Rhzioeotniasoalni)引起。該病早在1910年初由龔齋在日本發現，后來在菲律賓、美國、斯里蘭卡等國家被相繼發現。1934年，植物病理學家魏京超在中國發現了這種病害，到了1975年，對這種病害的防治上升到了國家層面(萬明國,2008)。水稻紋枯病波及華南地區的高溫高濕地區，導致稻米不育率增加。這種病害導致米粒不飽滿，也可能導致植物倒伏、干燥缺水，使得水稻產量減產10%~30%，在病害嚴重區域，水稻甚至減產50%。水稻紋枯病現在已成為中國南方地區最嚴重的水稻病害(孟慶忠等,2001)。據研究，該菌通過產生一種含α-葡萄糖和甘露糖的碳水化合物，名為RS毒素，來侵染植物機體(Srirametal.,2000)。其侵染過程大致有：1、菌核或菌絲在植物碎屑、土壤或寄主植物中越冬；2、幼菌絲出現并產生菌絲體；3、菌絲在植物表面上降落，并將相關的酶分泌到植物表面，從而入侵寄主植物；4、菌絲成功侵入宿主后，在感染組織內部以及四周形成壞死，并產生菌核，從而導致與病害相關的各種癥狀，如腐爛、莖腐病、猝倒病等；5、最后整個過程又重新循環開始(周而勛等,2002)。水稻抗紋枯病育種至今尚未發現免疫或高抗品種(劉薇等,2009)。目前，對于防治水稻紋枯病主要通過化學藥物與農藥，但是化學藥物污染較大，對環境具有很明顯的破壞作用，病菌抗藥性問題日益突出。近年來，有關實驗均表明，采用生防菌來進行生物防治具有明顯的效果，如生防真菌、放線菌，本綜述將針對這些生防菌進行討論。

1紋枯病生物防治的歷程

根據目前研究，水稻紋枯病的生物防治歷程主要伴隨著從抗病種質資源的篩選和抗病品種的選育和利用以及利用化學藥物進行防治，最后通過生物進行防治。20世紀70年代初，國際水稻研究所從全球各地收集與鑒定篩選水稻紋枯病的抗病品種，中國湖南省從70年代中期開始，彭紹裘和范坤成(1986,湖南農業科學,(4):1-6)就連續8年鑒定和篩選有沒有明顯抗性的品種，但是很遺憾，僅找到少數中抗材料。近年來，隨著水稻光敏核不育資源的發現和鑒定，朱立宏等(1990)用核不育材料為受體親本，通過與一些中抗樣本建立輪回選擇體系，得到一些具有明顯抗性品系的作物。隨著化學藥物的合成，研究發現利用化學藥物可以有效抑制紋枯病的產生，自從1968年日本研究人員發現用于控制水稻紋枯病的井岡霉素后，由于井岡霉素的高效性，沈寅初(1996,植物保護,22(4):44-45)分離出一種能產生井岡霉素(Validamycin)的真菌，從而進行大規模培養。獲得井岡霉素，用于水稻紋枯病的防治，每年治理面積可高達8.7×106hm2。井崗霉素具有高效、耐用、低毒、對環境安全等諸多優點。然而，隨著水稻耐藥水平的提高，控制病害所需的井崗霉素的濃度也逐漸升高，控制效果卻越來越差，這就意味著為了保護水稻高產穩產，尋找新的生物防治方法來控制水稻紋枯病變得至關重要。

2生防菌種類

2.1生防真菌

據曾金鳳(1995)的研究，在福建進行考察的時候，她從永泰的土壤中分離出一種廣譜抗菌性的真菌菌絲，且通過后續種屬鑒定屬于青霉菌屬。它們可引起水稻紋枯病細胞質濃縮和質壁分離，對水稻紋枯病具有很強的抑制作用。Sriram等(2000)從綠色木霉的菌株中分離出一種抗真菌蛋白，這種抗真菌蛋白可以使RS毒素引起的癥狀和電解質滲漏現象消失，還可以滅活RS毒素以治愈紋枯病。第二年，Shanmugam等(2001)發現抗真菌蛋白質是一種全新的α-葡萄糖苷酶，通過測試該酶與RS毒素之間的相互作用效果，結果發現全新的α-葡萄糖苷酶可以與RS毒素結合，從而使RS毒素失活。Wang等(2013)鑒定并分析了一種根際真菌菌株MF-91，該菌株對稻瘟病菌和水稻紋枯病病原體R.solani有拮抗作用。菌株MF-91被鑒定為金色毛殼菌，其代謝產物可以使得溫室大棚中的水稻減少35.02%的水稻紋枯病，田間的水稻減少57.81%的水稻紋枯病。這是第一次證明金色毛殼菌可能是水稻紋枯病的潛在殺菌劑。

2.1.1哈茨木霉菌

哈茨木霉菌(Trichodermaharzianum)作為一種生防菌可以用來預防由腐霉菌、立枯絲核菌、鐮刀菌、黑根霉、柱孢霉、核盤菌、齊整小核菌等病原菌引起的植物病害。李松鵬等(2018)通過從湖北黃岡分離的兩株哈茨木霉菌株3S1-13和4S2-46，其發酵液對水稻紋枯病的菌絲生長及菌核形成有較強抑制作用，具有明顯防治水稻紋枯病潛力。沙莎等(2013)則通過高速逆流色譜法(HSCCC)直接從哈茨木霉菌發酵液的乙酸乙酯提取液中分離出對立枯絲核菌有明顯抑制作用的主要活性成分，經FTICR質譜及核磁共振鑒定為木霉菌素。而木霉菌生防作用的生化機制主要包括代謝幾丁質酶、β-1,3-葡聚糖酶、蛋白酶等多種胞外酶，為一些抗菌蛋白，其可以強烈水解植物病原真菌的細胞壁，或使真菌細胞壁釋放出誘導物，從而啟動植物的防御反應。

2.2生防細菌

2.2.1芽孢桿菌科

陳志誼等(2000)從某些與水稻紋枯病有關的樣品中分離出B-916細菌(枯草芽孢桿菌)，其發酵液能夠有效地控制紋枯病，B-916培養液對水稻紋枯病的防治效果達到81.9%(50.0%~81.9%)。陳劉軍等(2014)發現了一種針對多種土傳病原菌的生防細菌，這種細菌可在田間有效防治水稻紋枯病，經鑒定，為蠟狀芽孢桿菌AR156。此外，AR156菌株對水稻紋枯病菌的控制率可達73.06%，AR156菌株能抑制水稻紋枯病菌的生長，直接降低病害傳播的可能性，能增強水稻保護性酶SOD，PAL，POD和CAT活性，增加水稻對紋枯病的抵抗力。Peng等(2014)發現，對許多細菌和真菌具有廣泛的抗微生物活性的枯草芽孢桿菌NJ-18對于水稻紋枯病菌的防治特別有效。并且把NJ-18和井岡霉素進行混合用以防治水稻紋枯病，達到了很好的效果，這是對這種病害的進一步抑制。Padaria等(2016)鑒定出短小芽孢桿菌MTCC7615的吩嗪-1-羧酸基因(phcCD)，它對水稻紋枯病菌有拮抗作用，并分析了芽孢桿菌屬物種和假單胞菌屬物種的phcCD序列，發現它們之間有98%的相似性，這表明這兩個細菌家族都具有控制水稻紋枯病的能力。

2.2.2假單胞菌科

在過去研究中，通常圍繞芽孢桿菌家族對水稻紋枯病的拮抗作用進行。雖然在小麥病害的防治領域，有關假單胞菌家族抗病害的報道很多，但合理利用假單胞菌家族治療紋枯病，對研究人員來說是一個新的發現，也是一個新的領域(Zhang等,1996)。鄭愛萍等(2002)發現了從水稻中篩選到的一株金色假單胞菌菌株B34，它可以抵抗紋枯病菌，其粗提物可以使得紋枯病菌菌核的發芽率降至69%，體外抑菌圈寬度可以達到超過10.3mm。Nagarajkumar等(2005)發現，在紋枯病菌的分離株中，強毒株比毒性較弱的分離株分離出更多的草酸，而且他們分離出可分解草酸的螢光假單胞菌的菌株PfMDU2，而該菌株對紋枯病菌菌絲的生長有強烈的抑制作用。根據他們的實驗，與對照組相比，熒光假單胞菌菌株PfMDU2使得水稻紋枯病的病害程度降低了75%。任小平等(2005)研究表明，他們從3種不同的水稻栽培模式中篩選出13株針對紋枯病菌的強拮抗細菌，它們來自對1000株細菌的離體篩選。直接播種的水稻細菌數量明顯高于直播種植和移栽的水稻細菌數量。在盆栽和田間試驗中，他們獲得了三種在控制水稻紋枯病方面表現較好的菌株，分別鑒定為沙門氏菌G亞型，銅綠假單胞菌和假單胞菌屬。Mathivanan等(2005)測試了熒光假單胞菌和綠色木霉菌的滑石制劑的作用。單獨或混合施用于水稻，已了解其對水稻紋枯病的防治效果。結果發現，混合使用這兩種細菌，水稻紋枯病的抑制效果略有改善。同時，熒光假單胞菌M18經生物培養分泌的一種抗菌素申嗪霉素，是一種廣譜抑制植物病原菌殺菌劑，具有廣譜、高效的特點。錢艷杰等(2018)通過多次重復田間藥效試驗，探究申嗪霉素對水稻紋枯病的田間防治效果，結果表明了申嗪霉素對水稻紋枯病具有良好的防治效果，通過施加申嗪霉素后，7d的防治效果達88.64%，而15d的防治效果高達100%，說明申嗪霉素有明顯抑制效果。聶亞鋒等(2007)從連云港海域采集的海泥和海水中分離出643株海洋細菌，篩選鑒定后得到PYsw-1(假單胞菌屬)菌株，其粗培養物對水稻紋枯病的抑制效果最好。田間試驗表明，噴施PYsw-17d后，防治效果可達53.9%~63.2%。Shanmugaiah等(2010)、Padaria等(2016)先后發現了由銅綠假單胞菌MML2212產生的吩嗪-1-甲酰胺的抗菌活性。他們揭示了PCN的晶體結構以及關于結構化學的一些額外信息，這些信息可以作為將來開發控制水稻紋枯病的農用化學品的備選信息。

2.2.3放線菌屬

放線菌屬是土壤中的主要微生物群之一，種類豐富，是大多數抗生素的重要來源(Yangetal.,2009;Harikrishnan等,2014)。陳丹等(2015)首先在中國發現了極其黑暗的鏈霉菌CZB40，其10倍的無菌稀釋液對水稻紋狀體菌絲體的生長抑制率達了94.85%。曹琦琦等(2013)從不同土壤、植物和立枯絲核菌菌絲體中得到325株細菌和86株放線菌，并對其進行了分離。通過采用瓊脂平板雙重培養和發酵濾液修正培養基篩選方法，篩選出對紋枯病菌有較強拮抗活性的一株細菌和一個放線菌菌株。它們對紋枯病菌的菌絲體生長的抑制率分別為75.56%和84.07%。從不同土壤，植物和細菌核心樣本中分離篩選出放線菌，發現放線菌對致病菌有較強的拮抗作用。彭衛福等(2016)獲得了鏈霉菌C2，其對多種植物病原真菌(例如水稻紋枯病菌,稻瘟病菌,西瓜枯萎病菌等)具有明顯的抑制作用。但在水稻紋枯病的生物防治中，因不同的生防菌種類有不同的特點(表1)，難以篩選出拮抗微生物。研究人員通常需要篩選數百種菌株，才能獲得一種具有高效率抗菌性的菌株。但同時，控制效果并不穩定，一般徘徊在50%左右。另外，拮抗細菌的廣泛使用也導致了紋枯病菌的抗性，降低了拮抗細菌控制能力。因此，應迫切尋求更穩定、更有效的防治方法。或許計算機輔助設計可以用來提高微生物篩選的效率，節省人力和物力資源(劉薇等,2009)。

3水稻紋枯病的其他防治策略

3.1稻鴨共養模式稻鴨共養模式是一種為探索綠色、生態稻米栽培新途徑，創新研究的一種高效模式，且遵循水稻生長自然規律，采取可持續發展的農業技術。劉薇等(2009)提到，通過最新的研究表明共同養殖水稻和鴨子可以抑制水稻紋枯病。這種養殖方法不僅可以控制害蟲和雜草，還可以減少水稻紋枯病的發生。根據所做的試驗可知，放鴨兩周后水稻葉面害蟲分別下降75%和65%，3周后基本絕跡。薛正杰等(2009)在稻鴨復合生態系統中，發現水稻紋枯病平均病蔸率、平均病株率、病情指數均在一個較低的水平，與同樣的常規用藥處理區相比，病蔸率、病株率、病情指數下降較多。通過這些數據表明稻田養鴨可以基本控制紋枯病的危害，而且適宜大面積推廣及應用。

3.2基因工程方法

Molla等(2013)揭示了以綠色組織特異性方式過度表達水稻草酸氧化酶基因，該基因可以通過分解草酸來控制水稻紋枯病。從他們的測試中，轉基因水稻顯示出對紋枯病的抗性明顯增強的跡象，這表明水稻草酸氧化酶基因可以通過操縱水稻內部的基因而用于紋枯病的防治。Sripriya等(2017)發現煙草滲透蛋白(ap24)和水稻幾丁質酶(chi11)基因的組合表達可以增強水稻紋枯病耐受性，ap24和chi11遺傳轉錄可能導致水稻產生高水平的滲透蛋白和幾丁質酶蛋白，這可以降低水稻紋枯病的病害指數百分比。通過使用基因工程，研究人員可以顯著提高水稻對紋枯病的抗病性，這個方法充滿前景和希望。

4討論與展望

目前，研究人員已經分離并篩選出了許多水稻紋枯病菌株，但其中很少可以廣泛使用。生物防治菌株在防治效果和生存情況方面遠遠低于室內盆栽試驗結果，原因在于對生防細菌在田間的控制受到多種因素的影響，如宿主物種、溫度、濕度、施用方法、生防細菌定殖力等等，這樣就不能充分發揮生物防治的作用(李雪婷等,2017,長江大學學報,14(14):15-18)。有學者認為由于水稻葉片的表面張力及蠟質層的影響，使得新鮮細菌不能長期在植物中定植病原體(王奎萍等,2013,江蘇農業科學,41(5):110-112)。綜上所述，目前水稻紋枯病的生物防治主要集中在篩選拮抗細菌上，并且有兩個主要的防治水稻紋枯病的拮抗菌家族(芽孢桿菌屬和假單胞菌屬)。現階段的研究中，應重點關注芽孢桿菌屬和假單胞菌屬的篩選與甄別工作，并且利用轉基因等手段使拮抗菌在田間試驗中也能有效地進行轉化應用，使其能夠更好地進入到目標水稻植株內，從而增加水稻的抗病性。并且在將來，研究人員需要考慮的不僅僅是單純的篩選水稻紋枯病的拮抗菌研究，還需在更廣的領域多方面綜合地研究水稻紋枯病的生物防治方法。例如基因工程的進一步運用，以及利用稻鴨混養模式，或采用新型水稻育種方法等，從而在水稻紋枯病的生物防治方面取得更好的效果，提高水稻的產量和品質，為人們提供更優質和來源穩定的糧食。

作者：俞寅達；孫婳珺；夏志輝 單位：海南大學熱帶農林學院