該菌在自然界中廣泛存在,對人畜無毒無害,不汙染環境,能產生多種抗菌素和酶,具有廣譜抗菌活性和極強的抗逆能力。枯草芽孢桿菌不僅可以在土壤、植物根際體表等外界環境中廣泛存在,同時還是植物體內常見的植物內生細菌,尤其是在植物的根部和低莖部位。目前該菌已經在黃瓜、辣椒、水稻、小麥、玉米等農作物上顯出很好的病害防治效果。
關於枯草芽孢桿菌防病促生作用機制
近些年國內外學者進行了大量研究,認為其作用方式多樣,主要包括營養和空間位點的竟爭、分泌抗菌物質、溶菌作用和促進植物生長等幾個方面。
營養和空間位點的競爭 :是指存在於同壹微小生物環境中的兩個或兩個以上微生物之間爭奪這壹環境內的空間、營養、氧氣等的現象。當枯草芽孢桿菌和病原菌有相同的生態位時,枯草芽孢桿菌能在植物體內迅速定殖和繁殖,可有效降低病原菌及其毒素的積累。
分泌抗菌物質: 自1945年 Johnson等報道枯草芽孢菌產生抗菌物質後,近半個多世紀以來,人們從枯草芽孢桿菌的不同菌株中發現了60多種抗生素。枯草芽孢桿菌產生的抗菌物質大多為低分子抗菌肽,有環狀肽或環狀脂肽,也有些為線狀肽,枯草芽孢菌產生的抗菌物質伊枯草菌素對大多數的致病酵母和黴菌具有強烈的抗菌能力。
溶菌作用: 溶菌作用,是拮抗微生物通過吸附在病原真菌的菌絲上,並隨著菌絲生長而生長,而後產生溶菌物質消解菌絲體,能使菌絲發生斷裂、解體、細胞質消解,有的菌絲原生質凝結;或者是產生次生代謝產物對病原菌孢子的細胞壁產生溶解作用,致使細胞壁穿孔、畸形等現象。枯草芽孢桿菌具有溶菌作用,能夠吸附在病原真菌的菌絲上,並隨著菌絲生長而生長,而後產生溶菌物質消解菌體。
促進植物生長: 近年來,國際上把土壤中能促進植物生長的根際自生細菌通稱為 植物促生根圈細菌 (Plant growthpromot ing rhi zobacer ia)簡稱為PGPR。由於PGPR是苗木根際的永久性/習居菌0,具有比病原微生物更強的生存適應性,有更強的營養物質爭奪、空間物理位點及生物學位點搶占的能力以及氧氣竟爭的優勢,起到“貼身”保護植物,確保植物健康成長的作用。
迄今為止,研究比較深入系統並在生產實踐中推廣應用較多的主要PGPR類細菌有:放射土壤桿菌(Agrrbacter/umrad/bacter)、假單胞桿菌(Pseudomonas spp.)和芽孢桿菌,其中以B. subt is類PGPR因能產生內生芽孢和多種抗菌物質而具有的的抗逆性最強、功能最多、適應性最廣、效果最穩定等特點。福建農林大學植保學院從辣椒葉片篩選到的內生枯草芽孢桿菌BS-2能在多種植物體內定殖,對多種植物炭疽病具有良好防治效果,並能促進多種植物生長。
1.芽孢桿菌具有竟爭優勢
枯草芽孢桿菌施入土壤後,和其它微生物爭奪氧氣和營養物質,具有競爭排它性,它在作物根部形成了優勢生物種群。通過這種方式,枯草芽孢桿菌就有效的防止了其它病菌的侵入,獲取周圍菌的營養,病原菌的生長受到抑制,枯草芽孢桿菌像疫苗壹樣起到了防病抗病的作用。
2.芽孢桿菌的生物拮抗作用
枯草芽孢桿菌生長過程中能代謝分泌細菌素(枯草菌素、多粘菌素、制黴菌等)、脂肽類化合物、有機酸類物質等,這些代謝產物可有效抑制病原菌的生長或溶解病原菌,以致殺死病菌,高抗重茬。
枯草芽孢桿菌分泌的酶類有 幾丁質酶抗菌蛋白 對多種植物病原菌具有強烈抑制作用。
枯草芽孢桿菌代謝分泌的 脂肽類化合物 可用於防治小麥白粉病、稻瘟病、赤黴病、紋枯病、炭疽病、黃瓜霜黴病、番茄青枯病、灰黴病等植物病害。
3.芽孢桿菌的殺菌溶菌作用
枯草芽孢桿菌可在病原菌的菌絲上伴隨生長,分解消耗消耗病原菌,使病菌菌絲發生斷裂、解體細胞消解,這樣病原菌就不能進壹步侵染植株了。
4.芽孢桿菌可大幅促進植物生長
在枯草芽孢桿菌防病抗病的同時,它還可誘導作物產生 哚乙酸 等物質,提高作物生長刺激素的水平,從而促進作物生長繁殖。
5.芽孢桿菌可誘導植物產生抗性
枯草芽孢桿菌能通過誘發植物自身抗病機制增強植物的抗病性能,具有誘導植物抗病性作用。壹枯草芽孢桿菌激活植物的天然防禦機制,使植物免受病原物危害減輕危害,這是壹枯草芽孢桿菌作為生防菌發揮生防作用的壹個重要方面。
二、磷細菌、鉀細菌
磷細菌是壹種巨大的芽孢桿菌,鉀細菌是壹種膠質芽孢桿菌,解鉀菌與解磷細菌混合施入土壤後,在繁殖生長過程中產生有機酸和碳酸,加速了土壤中的磷灰石、鉀長石等礦物質的分解,提高土壤可溶性磷鉀的含量。
微生物中的磷、鉀菌通過吸收空氣和土壤中的水分及生存繁殖活動,解磷菌和解鉀菌把土壤中固結的磷和鉀釋放出來,變成可溶性的能被植物直接吸收的磷肥和鉀素營養,提高化肥利用率。同時,細菌繁衍產生的生長刺激素和抗生素還能激發植物生長和抗病能力,對植物種子發芽、生根、生長發育有刺激作用,表現出發芽快、生根多、生長健壯,開花成熟提前,增產增質。活體菌生活過程中產生胞外多糖和土壤有機膠體對土粒作用,形成團粒結構,有加速有機質分解、活化作用,起到培肥地力、改良土壤的作用。
三、木黴
1.木黴菌的生防作用機制
? 競爭作用: 木黴菌屬於腐生型真菌,適應性強、生長繁殖快,能夠迅速利用營養和占據空間。研究表明,無論采用土壤處理還是種子處理,木黴都能夠很容易地沿著被處理植物的根系生長。木黴還能分泌大量的胞外降解酶類降解土壤中的纖維素、葡聚糖、幾丁質等以得到更多的能量來滿足自身生長的需要。
harz danum CEC,I2413在營養十分貧瘠的土壤中可以依靠胞外水解酶生存。在離子饑餓狀態下,木黴能分泌高效率的鐵載體來螯和環境中的離子,競爭土壤中有限的營養成分從而抑制病原微生物的生長。sivan等對哈茨木黴的競爭作用進行了詳細研究,通過添加葡萄糖和天門冬酰胺等試驗,證明木黴菌的競爭在鐮刀菌的防治中有重要作用。與其他生物相比,木黴具有更強的吸收和利用土壤營養的能力。木黴強的竟爭力還表現在其能夠克服土壤環境中的化學農藥、其他生物的有毒代謝產物等有毒化合物的抑制作用,木黴的這種抵抗能力可能與其ABC轉座體的存在有關。較強的環境適應能力和營養的利用能力,使木黴具有很強的生境競爭能力而在抑制病原真菌過程中發揮著重要作用。
重寄生作用: 木黴的重寄生作用包含了對病原菌的侵染、識別、接觸、纏繞、穿透和寄生等壹系列過程。研究表明,寄主真菌細胞表面的特定外源凝集素在識別中起壹定作用,並決定木黴菌與寄主真菌之間的專化關系。Elad等研究表明,木黴菌和寄主真菌相互識別後,木黴菌絲沿寄主菌絲平行生長和螺旋狀纏繞生長,並產生附著胞狀分枝吸附在寄主菌絲上,通過分泌胞外酶溶解細胞壁,穿透寄主菌絲,吸取營養。木黴在重寄生過程中產生多種細胞壁降解酶,這些細胞壁降解酶包括幾丁質酶、纖維素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶和蛋白酶等。其中以幾丁質酶、葡聚糖酶和蛋白酶的作用為主,也研究得最為深入。
抗生作用: 抗生作用也是木黴發揮其生物防治作用的重要機制。許多木黴能夠產生抗菌物質阻止其拮抗微生物的定殖來抑制植物病原菌的生長而發揮其生防作用。抗生素的產生往往和其生防能力相關,抗生素的效果和整個生防因子的作用相似。抗生素和水解酶的聯合使用比單獨使用抗生素具有更強的拮抗作用。如 harzianum的內切幾丁質酶和和水解酶協同作用抑制灰葡萄孢孢子的萌發。研究發現,抗生作用和水解酶的協同作用的發生,首先表現為胞外水解酶對病原真菌細胞壁的降解,當酶在抗生素之後加入其協同作用就很低。雖然抗生素在木黴的生物防治中同樣發揮著重要作用,但是對木得產生的抗生素性質的深入研究和其在植物病害防治中的功能的研究要遠遠落後於對細菌抗生素的研究。
誘導植物抗性、激發植物防禦機制: 木黴菌株能和植物建立***生關系,通過和菌根真菌相似的機制在植物根系定殖並且產生刺激植物生長和誘導植物防禦反應的化合物。最近幾年木黴誘導植物產生抗性和激發防禦機制的研究有了很大的進展。木黴菌株穿透植物的表皮在植物根系定殖,隨後產生和釋放誘發植物局部和系統防禦反應的化合物。而植物合成和積聚植物抗毒素、類黃酮、萜類化合物、酚的衍生物、糖苷配基和其他抗菌化合物來抵禦真菌的入侵。因此木黴不僅自身產生抗菌物質抑制病原真菌的生長,而且誘導植物產生自身的抗菌物質抵抗病原菌的入侵。木黴通常比大多數真菌對這些抗菌物質具有更強的抗性。黃艷青等的研究發現現,木黴菌能明顯誘導甜瓜對枯萎病菌的抗性反應,對甜瓜枯萎病有很好的防治效果。目前壹般認為,誘導抗性的誘導子包括具有酶學活性和其他生物功能的蛋白質,Avr蛋白和木篝產生的酶特異性酶解產生的寡糖和低分子量復合物。Ojonovlc等最近從木黴中分離了壹種小分子蛋白Sml,能夠誘導植物產生系統或局部的抗性,並且對植物和微生物都沒有毒性作用,與植物接觸SM1的表達和分泌水平要明顯高於沒有與植物接觸的菌株。
2.綠僵菌的生防作用機制
綠僵菌,是壹種廣譜的昆蟲病原菌,防治害蟲的效果很明顯。綠僵菌具有壹定的專壹性,對人畜無害,同時還具有不汙染環境、無殘留、害蟲不會產生抗藥性等優點。
作用機理:能夠寄生於多種害蟲,通過體表入侵作用進入害蟲體內,在害蟲體內不斷增繁殖通過消耗營養、機械穿透、產生毒素,並不斷在害蟲種群中傳播,使害蟲致死。
綠僵菌復合劑用蟲生真菌消滅白蟻、蝗蟲等害蟲。綠僵菌能適用於室內外,在防治核樹白蟻方面具有用量少、成本低,保證苗木成活率95%以上的特點。目前綠僵菌滅白蟻、蝗蟲的方法已經作為國家重點推廣應用項目,可廣泛應用於農田、林木、橋梁等多個領域的防治工作。每株案樹增加2分錢的成本,就能使95%以上的校樹逃脫白蟻的摧殘。
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