第四章 土传病害的生物防治.docx

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第四章土传病害的生物防治

第四章土传病害的生物防治

土传病原菌因难以防治而著称，作物轮作、抗病育种以及化学农药的应用不足以完全控制重要作物的根病。

70年前，最早观察到的抑菌性土壤中微生物拮抗病害的现象曾使病理学家倍受鼓舞，设想这种微生物可以在田间和温室中用作环境友好的生防因子。

然而，生物防治也无捷径可走，土传病害的生物防治研究中依然存在某些科学挑战。

土传病害主要指那些初次侵染源来自土壤，其传播体一般可在土壤中长时期存活的病原物所致的病害，通常侵染根部引起作物的根病乃至全株性病害。

土传病害的基本特征如下：

（1）通常属于积年流行病、年度间波动不大，一般发展成灾需要多年时间。

（2）病害易受土壤环境和栽培措施的影响。

如土壤的理化性质，微生物组成等，对于病害的发生与流行具有决定性作用。

（3）病害难以诊断。

土传病害的症状多数先从根部或地下部器官开始，病害早期不易被人们察觉。

另外，土传病害容易发生复合侵染，不易识别和诊断。

（4）病害难以防治，并且单一措施不易奏效。

引致土传病害的病原物大多属于兼性寄生菌，寄主范围广，土中存活方式多样，并且影响病害的因素较为复杂，所以抗病品种、化学药剂以及轮作等栽培措施都只能在综合治理的前提下起作用。

（5）因为土壤中微生物种群极为丰富，其中包括很多的抗生菌类。

土壤较植物地上部分的环境因素相对稳定，其理化性质的调节也存在一些可能的条件和方法。

例如，轮作、施肥、调节土壤的通气性和酸碱度等都可以改变土壤微生物的种群和数量，但由于这种复杂性，也是生物防治试验效果很不一致，难于维持较长时间和在生产中推广应用的原因。

一真菌病害的生物防治

（一）土传真菌病原物的主要类群

土传病原物种类繁多，其中以土传真菌病原占据最大比例和重要的经济地位，其它如病原细菌、植物线虫，以及植物病毒等。

病原真菌在不同地区均有各自不同的代表类群，所引起的病害包括以下类型：

一类是世界性分布的病原真菌，如幼苗立枯或猝倒病。

主要致病菌有茄丝核菌（Rhizoctoniasolani）,德巴利腐霉（Pythiumdebaryanum）,瓜果腐霉（P.aphanidermatum）,终极腐霉（P.ultimum）;稻恶苗病菌（Fusariummoniliforme）,茄镰孢霉（F.solani）,禾本科镰孢霉（F.gramineanum）,半裸镰孢霉（F.semitectum）等。

病原物主要侵染刚出芽或出土的幼芽和幼苗。

其次是成株植物的根腐病。

致病菌除了上面提及的种群外，还有齐整小核菌（Sclerotiumrolfsii）,致病疫霉（Phytophthorainfestance）,樟疫霉（P.cinnamoni）,寄生疫霉（P.parasitica）,蜜环菌（Armillariellamellea）,烟草根腐霉（Theilaviopsisbasicola）等，引起禾谷类、棉花、蔬菜、果树等作物的根腐病。

局部地区分布的病原物，代表性真菌有尖镰孢霉（Fusariumoxysporiumf.spp.）,大丽轮枝孢（Verticilliumdahliae）,黑白轮枝孢（V.alba-atrum）,尾孢属的Ceratocystisfagacearum等引致植物全株性枯萎;禾顶囊壳小麦变种（Geaumannomycesgraminisvar.tritici）引致麦类根腐,菌核病菌（Sclerotiniasclerotiorum）引致十字花科植物茎腐、茎基腐等;芸薹根肿菌（Plasmodiophorabrassicae）引致十字花科蔬菜根肿病。

（二）土传真菌病害的主要潜在生防因子

经过多年的研究发现，可利用的土传真菌病害的主要潜在生防因子包括：

木霉菌（Trichodermaspp.）、毛壳菌（Chaetomiumspp.）、寡雄腐霉（Pythiumoligandrum）、非病原菌尖孢镰刀霉Fo47菌株（FusariumoxysporumFo47）、非病原双核丝核菌Rhizoctonia（BNR）等真菌生防因子。

还包括荧光假单胞菌（Pseudomonasfluorescens）和其它具有生防活性的假单胞菌，如洋葱布克氏菌（Burkholderiacepacia）,致金色假单胞菌（Pseudomonasaureofaciens）,绿针假单胞菌（P.chlororaphis）,恶臭假单胞菌（P.putida）,丁香假单胞菌（P.syringae）.

除了假单胞菌（Pseudomonasspp.），具有较强生防活性的几种非假单胞菌属的革蓝氏阴性细菌有：

肠杆菌属的Enterobactercloacae,E.agglomerans和沙雷氏菌属的Serratiamarcescens,S.plymuthica以及革蓝氏阳性的芽孢杆菌Bacillus等。

1木霉菌

木霉菌（Trichodermaspp.）是土壤微生物群落的重要成员，也是一类普遍存在并具有重要经济意义的生防益菌。

它分布的生境广泛，可以在许多基物上迅速生长,对多种植物病原真菌有拮抗作用，而且对于一些广谱性杀菌剂不敏感，是一种较为理想的生防益菌。

具有适应性强、抗菌谱广的特点，还能促进植物生长。

早在20世纪30年代，人们就认识到木霉菌对植物病原菌的拮抗作用。

上个世纪70年代以来，国内外对木霉菌的拮抗作用及其机制作了深入研究，证实了木霉对病原菌的重寄生现象，同时在温室及田间实验中也取得了令人鼓舞的成果，已经有商品化的木霉制剂问世，如美国的Topshield（哈茨木霉T-22）和以色列的Trichodex（哈茨木霉T39）。

截止到2004年，国内外已经登记的木霉菌制剂多达50种，其中主要包括哈茨木霉（Trichodermaharzianum），多孢木霉（T.polysporum），绿色木霉（T.viride）。

多数用于植物土传病害的防治如核盘菌（Sclerotinia）,疫霉（Phytophthora）,腐霉（Pythium）,丝核菌（Rhizoctonia）,镰孢霉（Fusarium）,轮枝孢（Verticillium）等等。

随着现代生物技术的不断发展，已经开始从生化、代谢和基因分子水平上对拮抗木霉菌的生防机制进行研究，并有较大的突破。

2毛壳

毛壳（Chaetomiumspp.）是腐生的子囊菌重要属之一，是土壤和含纤维素的各种基物上常见的霉腐菌成员，已经有300多个种被描述。

据文献记载，球毛壳（C.globosum）、卷毛壳（C.cochliodes）、粪生毛壳（C.funicola）和铜毛壳（C.cupreum）等能产生毛壳素（chaetomin）、球毛壳素（chaetoglobosin）等多种抗生素，具有抗真菌和细菌活性。

毛壳可缠绕茄丝核菌（Rhizoctoniasolani）和十字花科黑斑病菌（Alternariabrassicicola）等寄主真菌的菌丝进行重寄生，此外，用毛壳处理种子或植物，可促进植物生长并获得高产。

为此，许多国家都开展了毛壳菌生物防治的研究，已经发现有20多个属的植物病原真菌能被抑制。

如对由腐霉（Pythiumspp.）、茄丝核菌（R.solani）、镰刀菌（Fusariumspp.）和忝菜茎点霉（Phomabetae）等引起的农作物种子腐烂和种苗猝倒以及灰霉病菌（Botrytiscinera）、小麦颖枯病菌（Septoriaspp.）、大麦白粉病菌（Erysiphegraminisf.sp.hordei）、稻瘟病菌（Pyriculariaoryzae）、西红柿枯萎病菌（Verticilliumdahliae）、大豆茎秆枯腐病菌（Diaporthephaseolorumf.sp.meridionalis）、甘蔗红腐病菌（Colletotrichumfalcatum）等。

并已经用于苹果黑星病（Venturiainaequalis）、欧洲赤松幼苗猝倒病（R.solani,F.oxysporium）等病害的田间生物防治试验。

3其它生防因子

普遍存在的卵菌寡雄腐霉（Pythiumoligandrum）是一个潜在的生防因子，被用作拮抗广泛的植物病原菌和植物抗病的诱导因子。

寡雄腐霉与根部病原菌竞争腐生基质的定殖能力或许对病原菌在土壤中增加是关键的，但是其它机制包括抗生作用和水解酶的产生，也可能在拮抗过程中起作用。

毫无疑问，非病原性的尖孢镰刀菌（Fusariumoxysporium）Fo47菌株对病原性镰刀菌种群的直接拮抗效果至少部分地对提高植物保护负责，已经在抑制性的土壤中被几个作者观察到。

这种真菌也可能通过激活防卫基因，使植物对自身防卫敏感产生了间接作用。

用非病原性的尖孢镰刀菌Fo47菌株接种RiT-DNA转化的豌豆根，激发了一组植物防卫反应如导致渗透性障物的形成和真菌毒性环境的产生，把病菌阻挡在最外层根组织中从而保护根。

Fo47菌株除了是一个植物防卫反应的强诱导因子外，通过抗生作用和重寄生作用的结合对终极腐霉发挥了直接的抑制作用

双核丝核菌[Rhizoctonia（BNR）]显示在控制环境和田间条件下,有能力防治各种作物上的立枯丝核菌（R.solaniKühn）。

研究者们指出，生防机制可能由于营养竞争或诱导了寄主抗病性。

既没有重寄生作用也没有抗生作用似乎是BNR生防的基本机制。

（三）土传真菌病害生物防治的主要机制

木霉菌对植物病原真菌的拮抗作用包含多种机制，一般认为有竞争作用、重寄生作用及抗生作用。

另外，美国的Harman教授建议，在木霉菌的生防机制中可能还包括：

（1）在逆境中，如干旱、养分的胁迫下，通过加强根系和植株的发育提高耐性。

（2）可诱导植物对病原菌的抗性。

（3）可增加土壤中营养成分的溶解性，并促进其吸收。

（4）使病原菌的酶钝化。

因而木霉菌可促进植物生长。

最近,Harman教授又撰文写到,许多证据显示农业相关木霉菌株是协同的植物共生生物。

作为植物共生生物它们具有下列特征：

（a）它们侵染植物根，但引起植物限制它们生长在植物皮层的外层（最近发现的Trichoderma和Gliocladium的植物内生菌株是一个例外），（b）它们在相互作用区域产生植物生物活性分子诱导了类似于由根围细菌诱导的对植物病害的（c）局部抗病性和（d）系统抗病性，（e）它们诱导植物蛋白质组的改变，（f）至少部分地由于提高根生长促进植物生长和增加植物产量，（g）它们增加植物对营养的吸收。

毛壳菌对植物病原真菌的生防机制的研究与木霉菌相比，尚不十分清楚。

目前的研究表明，球毛壳（Chaetomiumglobosum）和螺旋毛壳（Chaetomiumspirale）可产生抗生素对多种植物病原菌有抗生作用。

也可以寄生植物病原菌如茄丝核菌（Rhizoctoniasolani）、瓜果腐霉（P.aphanidermatum）和灰霉病菌（Botrytiscinera）等病原真菌的菌丝。

用子囊孢子的悬浮液或菌丝处理种子或植株，还对植物有促生作用和诱导抗病作用。

（四）土传真菌病害生物防治的实例

1真菌作为生防因子

真菌相对容易生长和制备，便于大规模应用。

第一个商品化的真菌拮抗菌是大隔孢伏革菌（Peniophoragigantean=Phlebiagigantean），用于防治松树的根腐病菌（Heterobasidiumannosum=Fomesannosum）。

此后，几种其它的真菌也相继注册作为生防因子。

其中死养型重寄生菌绿粘帚霉（Gliocladiumvirens=Trichodermavirens）是一种常见的土壤腐生菌，也是应用前景广阔和研究最深入的真菌生防因子之一。

自从Weindling（1934）出版了第一篇关于木素木霉（Trichodermalignorum）的报道，在过去的70年中，关于木霉（Trichoderma）和粘帚霉（Gliocladium）作为潜在生防因子的研究报告数量急剧上升。

丝孢纲的木霉属（Trichoderma），属于子囊菌肉座菌科的无性型，与粘帚霉（Gliocladium）关系密切，也是在各种生境，尤其是土壤中广泛分布。

该属应用范围很广，如生产纤维素酶和半纤维素酶，植物病害的生物防治，氯酚类化合物的生物降解以及土壤的生物除污。

多种有益微生物已成功用于防治植物真菌土传病害。

如利用拮抗性木霉制剂处理农作物的种子或苗床，能有效控制腐霉菌（Pythiumspp.）、疫霉菌（Phytophthoraspp.）、核盘菌（Sclerotiniaspp.）、茄丝核菌（Rhizoctoniasolani）和小核菌（Sclerotiumspp.）侵染引起的根腐病和茎腐病。

在自然田间条件下，关于木霉生物防治试验的第一篇报道是Wells（HDWells,BellDKandJaworskiCA,1972,Phytopathology62,442-447）和他的同事使用哈茨木霉（Trichodermaharzianum）防治齐整小核菌（SclerotiumrolfsiiSacc.）。

从此，越来越多的粘帚霉和木霉从自然生境中被分离，并在温室和田间应用于几种土传植物病原真菌的生物防治。

尤其是绿粘帚霉（Gliocladiumvirens）,粉红粘帚霉（G.roseum）,绿色木霉（Trichodermaviride）,哈茨木霉（T.harzianumRifai）,钩状木霉（Trichodermahamatum）已经被报道作为许多植物病原真菌的拮抗菌，包括灰葡萄孢（Botrytiscinerea）,镰孢霉（Fusariumspp.）,苹果疫霉（Phytophthoracactorum）,终极腐霉（Pythiumultimum）,瓜果腐霉（Pythiumaphanidermatum）,茄丝核菌（Rhizoctoniasolani）,菌核病菌（Sclerotiniasclerotiorum）,小菌核菌（S.minor）,齐整小核菌（S.rolfsii）和一些在广泛的环境条件下引起大量经济重要作物土传和叶部病害的其它病原真菌。

拮抗菌通过直接的菌丝接触杀死寄主真菌，引起病菌细胞分解，甚至崩溃。

所以用绿粘帚霉（Gliocladiumvirens）处理被茄丝核菌（Rhizoctoniasolani）或终极腐霉（Pythiumultimum）感染的土壤使菌核数量明显下降。

几种哈茨木霉分离物，施用于病菌感染的土壤，可使茄丝核菌（Rhizoctoniasolani）和齐整小核菌（S.rolfsii）的菌丝溶解，明显减轻温室中由这些真菌引起的菜豆、棉花、西红柿和茄子等种苗病害的发生。

种子处理可减少木霉的用量。

在实验室中钩状木霉（Trichodermahamatum）的分生孢子用于种子处理，保护了豌豆和小萝卜的种子和种苗免受腐霉（Pythiumspp.）和茄丝核菌（Rhizoctoniasolani）的侵染，几乎与杀菌剂同样有效。

一个哈茨木霉菌株应用于土壤有效防治了由瓜果腐霉（Pythiumaphanidermatum）引起的几种作物的猝倒病，发病率减少了85%。

哈茨木霉（T.harzianum）T-22菌株商品化制剂应用于温室、大田作物和草坪病害的生物防治，有种衣剂、可湿性粉剂和颗粒剂。

该菌株明显增加了田间玉米、小麦、马铃薯和其它作物的产量。

T-22菌株颗粒剂施用于盆栽的蔬菜和观赏植物，减少了镰孢霉（Fusarium）和其它病原菌的发病率。

该菌株具有很强的根部定殖能力，可以长期在根部定殖，并促进植物生长，提高产量。

枯萎病菌如尖镰孢霉（Fusariumoxysporum）和大丽轮枝孢（Verticilliumdahliae）由于病菌穿透寄主植物的维管系统，并且可以在植物生长的各个不同阶段发生侵染，所以人们以为枯萎病比引起猝倒病的病菌（只是在生长的早期阶段感病）的生物防治缺少可行性。

所以使枯萎病生防菌的开发研究相对滞后。

然而，从感染镰孢霉（Fusarium）的棉花根际分离的哈茨木霉（T.harzianum）T-35，在温室试验中，喷洒孢子悬浮液或进行种子包衣，明显减轻了由尖镰孢萎蔫专化型（F.oxysporumf.sp.vasinfectum）,尖镰孢霉西瓜专化型（F.oxysporumf.sp.melonis）和粉红镰孢霉（F.roseum）分别引起的棉花、甜瓜和小麦枯萎病的发病率。

在连续两个生长季的田间生物防治试验中，哈茨木霉（T.harzianum）T-35有效地防治了尖镰孢霉羽扇豆-番茄专化型（F.oxysporumf.sp.radici-lycopersici）引起的田间自然感染的西红柿根颈腐烂，增加了产量。

其它的真菌生防因子，有死养型的寡雄腐霉（Pythiumoligandrum），通过穿透或溶解寄主细胞壁可有效抑制终极腐霉（Pythiumultimum），瓜果腐霉（Pythiumaphanidermatum）和茄丝核菌（Rhizoctoniasolani）的生长。

它可以单独应用或与哈茨木霉组合使用。

毛壳菌（Chaetomiumspp.）在田间已经被应用于防治由苹果黑星病菌（Venturiainaequalis）引起的苹果黑星病、苹果黑腐皮壳（Valsamali）引起的苹果树腐烂病和由茄丝核菌（Rhizoctoniasolani）和尖镰孢霉（Fusariumoxysporium）等引起的松苗猝倒病。

在泰国，一种新型广谱的生物杀菌剂Chaetomin，经过十余年的开发研制，已经有颗粒剂和粉剂问世[共包括22个菌株，铜毛壳（C.cupreum）CC01—CC10和球毛壳（C.globosum）CG01—CG12]，而且申请了专利。

（泰国专利号No.6266，国际代码AO1N25/12）。

并在泰国、菲律宾、中国、俄罗斯和越南作为一项实用的综合生物防治技术被引进，在10余种果蔬和大田作物上推广。

Chaetomin可作为独立的生防技术或与其它综合防治措施相结合，防治多种植物真菌病害，具有保护和治愈双重功效。

其中某些毛壳菌株能产生大量的麦角甾醇，可提高土壤肥力；而抗生素作为异物可诱发植物局部和亚系统的活性氧迸发（oxidativeburst）,诱导植物抗病性，从而促进植物生长。

为使毛壳菌的生物防治潜能在田间得以充分发挥，许多文献还报道了有关拮抗菌毛壳的生理、生态学研究结果，对杀菌剂的敏感性以及抗药性和高效抗生素优良菌株的筛选，不同剂型和填加剂对防治效果的影响等。

由此可见，毛壳菌在自然界广泛分布，并具有广谱拮抗性和较强的抗逆性。

毛壳的子囊孢子寿命长，对干燥、低温等不良环境的抵抗能力强。

据报道，子囊孢子在空气中干燥2.5年之久，萌发率仍大于90%。

因而是一种比较理想的生防益菌。

真菌黄丝曲霉（Talaromycesflavus）（Klockers）A.C.StolkandSamson是几种土传植物病原真菌的重寄生菌，包括菌核病菌（S.sclerotiorum）,茄丝核菌（R.solani）,轮枝孢（Verticilliumspp.）其生防机制可能是抗生和重寄生作用的组合，在某些情况下还没有完全搞清楚。

死养型的重寄生真菌盾壳霉（ConiothyriumminitansCampbell）已经被发现是菌核病菌（S.sclerotiorum）的一种自然的毁灭性寄生物，可杀死病菌的菌核和菌丝。

在温室和田间条件下，盾壳霉（Coniothyriumminitans）的侵染可以提供对核盘菌（S.sclerotiorum）和葱白腐小菌核菌（Sclerotiumcepivorum）的自然生物防治。

施用1年以后可以从土壤中分离，并在此期间在整个温室内传播，显示了长效性。

厚垣镰孢霉（Fusariumchlamydosporum）可有效防治花生柄锈菌（Pucciniaarachidis）引起的花生锈病；彩绒栓菌（Trametesversicolor）,侧耳属的Pleurotuseryngii能有效防治西红柿上的尖镰孢霉番茄专化型（F.oxysporumf.sp.lycopersicirace2.）。

产紫青霉（Penicilliumpurpurogenum）可以保护桃和西红柿上的核果褐腐菌（Monilinialaxa）和尖镰孢霉番茄专化型（F.oxysporumf.sp.lycopersici）。

黄丝曲霉（T.flavus）和Stenotrophomonasmaltophilia可分别拮抗齐整小核菌（S.rolfsii）和终极腐霉（P.ultimum）。

从土壤中分离的活养型结孢霉属重寄生真菌SporidesmiumsclerotivorumUecker,Ayers,andAdams是自然条件下菌核病菌（Sclerotinia.sclerotiorum），小菌核菌（S.minor）,三叶草菌核病菌（S.trifoliorum）,葱白腐小菌核菌（Sclerotiumcepivorum）和灰葡萄孢（Botrytiscinerea）菌核的专性寄生物。

调节土壤环境，增强有益微生物的竞争能力是控制植物根病的又一有效途径。

向土壤中添加有机质，如作物秸秆、绿肥、纤维素、几丁质等可以提高土壤碳氮比，有利于拮抗菌发育，能显著减少多种根病。

利用耕作和栽培措施，调节土壤酸碱度和物理性状，也可以提高有益微生物的抑病能力。

例如酸性土壤有利于木霉孢子萌发，增强对立枯丝核菌的抑制作用。

另外，抑菌土在自然界是普遍存在的，如连作小麦多年的病田，全蚀病反而逐年减轻，甚至消失。

开发利用抑菌土是植物病害生物防治的又一重要领域。

2细菌作为生防因子

植物土传病害难以防治，能够促进植物生长、防治病害、增加作物产量的微生物被称为植物根际促生菌（Plantgrowth-promotingrhizobacteria,简称PGPR），PGPR对土壤中有害病原微生物与非寄生性根际有害微生物（deleteriousrhizospheremicroorganisms,简称DRMO）都有生防作用,对植物吸收利用矿物质营养也有促进作用,并可以产生有益植物生长的代谢产物,从而促进植物的生长发育。

植物根际促生菌的深入研究和发展为解决这一难题展现了诱人的前景。

PGPR能够高密度地在植物根际定殖,兼有抑制植物病原菌、根际有害微生物,以及促进植物生长并增加作物产量的作用,更重要的是有些PGPR能够诱导植物产生系统抗性（inducedsystemicresistance,ISR）,从而提高植物整体的抗病能力。

1991年三位科学家各自独立报道了一个重要进展,即发现有些根际促生菌可以诱导植物的抗病性（inducedsystemicresistance,ISR）,例如,PGPR生防菌荧光假单胞菌（Pseudomonasfluorescens）菌株Wes417r在番茄根部的定殖可以使植株的抗生活性提高,表现对土传病原真菌Fusariumoxysporumf.sp.raphani引起的枯萎症状减轻以及丁香假单胞番茄致病变种（Pseudomonassyringaepv.tomato）引起的叶部症状的减轻。

利用PGPR诱导植物抗性的提高,或激活植物防卫基因的表达,从而达到生防效果的提高,是生物防治策略的一个进步,使得生防技术摆脱以往单纯依靠定殖与拮抗作用的局面,因而对环境更加友好。

根际细菌生防因子荧光假单胞菌（Pseudomonasfluorescens）因保护植物免受土传真菌病原菌的侵