植物內(nèi)生真菌防治線蟲機(jī)制研究進(jìn)展

姚玉榮　霍建飛

摘 要：植物內(nèi)生真菌應(yīng)用于線蟲生物防治具有安全、高效、低毒等優(yōu)點(diǎn)。文章從植物內(nèi)生真菌及其在線蟲防治中應(yīng)用概況、防線蟲機(jī)制等方面進(jìn)行綜述，分析了防治線蟲機(jī)制存在的問題并展望了植物內(nèi)生真菌在線蟲生物防治領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：內(nèi)生真菌；線蟲；生防

中圖分類號(hào)：Q939 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.09.017

Advances in the Mechanism of Plant Endophytic Fungi on Nematode Controlling

YAO Yurong， HUO Jianfei， GAO Wei， LIU Chunyan， HAO Yongjuan， WANG Wanli

（Tianjin Plant Protection Institute， Tianjin 300384， China）

Abstract： The plant endophytic fungi， which were applied in the biological control to nematode， had many advantages such as safety， high efficiency， low toxicity， etc. In this paper， the general situation of plant endophytes and its mechanism on nematode biocontrol were summarized， the problems existing in the mechanism studying were analyzed， and the application of endophytes on nematode biological control in the future was prospected.

Key words： endophytic fungi； nematode； biocontrol

植物寄生線蟲（plant parasitic nematode）是一類世界性分布的重要植物病原物，據(jù)估計(jì)每年給全球農(nóng)業(yè)造成1 570億美元的經(jīng)濟(jì)損失[1]。根結(jié)線蟲是對(duì)作物危害最為嚴(yán)重的植物寄生線蟲之一，幾乎侵染所有的栽培植物，寄主超過3 000種植物，其危害遍及糧食作物和蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物，尤其以茄科、葫蘆科、十字花科等最為嚴(yán)重。根結(jié)線蟲病害的危害程度僅次于真菌，已經(jīng)超過細(xì)菌、病毒成為第二大植物病害[2]。蔬菜根結(jié)線蟲病害在我國(guó)保護(hù)地栽培中造成減產(chǎn)達(dá)20%～30%，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)70%，甚至絕產(chǎn)，如番茄及黃瓜根結(jié)線蟲病害在華北。西北等保護(hù)地和華南露地泛濫成災(zāi)[3-4]，已成為保護(hù)地發(fā)展的主要限制因素之一，防控形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻。因此，研究環(huán)境友好型的根結(jié)線蟲防控技術(shù)是一項(xiàng)十分迫切和艱巨的任務(wù)。

目前，化學(xué)農(nóng)藥是治理線蟲病害重要措施之一，其中應(yīng)用最多的是土壤熏蒸劑和觸殺性殺線劑?；瘜W(xué)防治方法見效快，效果顯著，但是由于化學(xué)農(nóng)藥的選擇性差導(dǎo)致農(nóng)藥殘留高且難降解，存在破壞生態(tài)平衡、產(chǎn)生社會(huì)公害等系列問題。鑒于此，國(guó)家農(nóng)業(yè)部提出“到2020 年農(nóng)藥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案”，引導(dǎo)農(nóng)業(yè)“綠色化”發(fā)展。在這個(gè)大環(huán)境下，生物防治成為治理植物寄生線蟲病害最有潛力的方法之一，重點(diǎn)研發(fā)高效低毒低殘留農(nóng)藥以及生物農(nóng)藥等新型產(chǎn)品，最有可能實(shí)現(xiàn)持續(xù)安全有效的防治植物寄生線蟲的目標(biāo)。

植物寄生線蟲的生物防治是指利用線蟲在自然界的天敵生物來進(jìn)行防治[5]，主要包括食線蟲真菌、專性寄生細(xì)菌、病毒、捕食性線蟲等，其中研究最多的是食線蟲真菌。生產(chǎn)上食線蟲真菌如厚垣孢普可尼亞菌Pochonia chlamydospora[6]以及淡紫擬青霉Paecilomyces lilacinus[7]制成的商品制劑應(yīng)用較多。近些年，植物內(nèi)生真菌作為新興待開發(fā)的微生物源農(nóng)藥資源，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

1 植物內(nèi)生真菌及其在線蟲防治中的應(yīng)用概況

植物內(nèi)生真菌是指其生活史的某一階段或者全部階段生活在健康植物組織內(nèi)部，但是并不引起宿主植物病害癥狀的一類真菌[8]。相比于其他生物防治微生物，利用內(nèi)生真菌防治植物寄生線蟲具有明顯的優(yōu)勢(shì)：內(nèi)生真菌的大部分生活史在植物體內(nèi)完成，其生存和繁殖受外部環(huán)境的影響小并且避免了與土壤中其他微生物間的強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)[9-11]；內(nèi)生真菌與根結(jié)線蟲具有相似的生態(tài)位，與根結(jié)線蟲直接接觸并發(fā)揮作用的機(jī)率增大[12]，能夠最大程度的發(fā)揮對(duì)根結(jié)線蟲的防治作用。由此可見，植物內(nèi)生真菌的優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了常規(guī)生物防治微生物防治線蟲的缺陷，大大提高了生物防治微生物的靶向性和高效性。

同時(shí)，植物內(nèi)生真菌在植物體內(nèi)的分布具有普遍性和多樣性等特點(diǎn)，因此植物內(nèi)生真菌可作為開發(fā)線蟲生物防治真菌的優(yōu)質(zhì)資源。目前已經(jīng)報(bào)道的防治線蟲的內(nèi)生真菌有枝頂孢霉（Acremonium coenophilalium）[13-14]，球毛殼菌（Chaetomium globosum）[15]，尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum）[16-18]，地絲菌屬真菌（Geotrichum sp. AL4）[19]，黑盤孢屬真菌（Melanconium betulinum）[20]，菜豆擬莖點(diǎn)霉（Phomopsis phaseoli）[20]，青霉菌（Penicillium simplicissimum）[21]等。

2 植物內(nèi)生真菌防線蟲機(jī)制

鑒于內(nèi)生真菌可用于防治線蟲的優(yōu)勢(shì)，近年來，相關(guān)研究報(bào)道越來越多，但主要集中在從植物內(nèi)生真菌次級(jí)代謝產(chǎn)物中開發(fā)殺線蟲活性物質(zhì)方面[22-23]，有關(guān)其作用機(jī)理的報(bào)道主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 產(chǎn)生具有殺線蟲活性的次級(jí)代謝產(chǎn)物

線蟲體內(nèi)存在大量的氧化還原酶和水解酶等，大多數(shù)內(nèi)生真菌對(duì)線蟲的影響是通過產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物作用于線蟲體內(nèi)的酶系統(tǒng)或者代謝反應(yīng)，從而抑制并殺死線蟲[24]，故內(nèi)生真菌次級(jí)代謝產(chǎn)物被視為第二代線蟲生物防治因子。與第一代生防因子——活菌制劑相比較，次級(jí)代謝產(chǎn)物能夠直接作用于線蟲，有靶標(biāo)性強(qiáng)、藥效快、環(huán)境相容性好且不易造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)，成為目前國(guó)內(nèi)外研究的熱門領(lǐng)域[25-26]。植物內(nèi)生真菌代謝產(chǎn)物繁多，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的具有生物活性的代謝物質(zhì)主要包括有機(jī)酸、生物堿、醌類、酮類、萜類、環(huán)丙烷類以及多肽和環(huán)肽類等[27-30]。

植物內(nèi)生真菌殺線蟲活性次級(jí)代謝產(chǎn)物的應(yīng)用研究詳見表1。Hallmann等[21]發(fā)現(xiàn)內(nèi)生尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum）的發(fā)酵液對(duì)根結(jié)線蟲有毒殺作用，鐮刀菌Fo162菌株發(fā)酵液處理線蟲60 min后，90%的線蟲喪失活力，處理24 h，線蟲死亡率高達(dá)100%。Kopcke等[31]發(fā)現(xiàn)內(nèi)生子囊菌次級(jí)代謝產(chǎn)生的內(nèi)酯類化合物對(duì)南方根結(jié)線蟲具有致死活性。Schwarz等[20]報(bào)道一些植物內(nèi)生真菌代謝產(chǎn)生的3-羥基丙酸（3-Hydroxypropionic acid）對(duì)南方根結(jié)線蟲有抑制活性，LE50值為（12.5～15） μg·mL-1。曹宇恒等[32]在番茄內(nèi)生真菌交枝頂孢（A. implicatum）中分離到吲哚-3-甲醛（Indole-3-carboxaldehyde），對(duì)秀麗桿線蟲具有一定的致死活性。葦狀羊茅內(nèi)生真菌（Neotyphodium coenophialum）的代謝產(chǎn)物對(duì)斯氏短體線蟲（Pratylenchus scribneri）具有致死活性[22]。

2.2 降低根系以及根圍土壤對(duì)線蟲的吸引

美國(guó)學(xué)者West等[13]首次發(fā)現(xiàn)分離于高羊茅的內(nèi)生真菌枝頂孢霉（Acremonium coenophilalium）能夠顯著降低斯氏短體線蟲（Pratylenchus scribneri）以及矮化線蟲（Tylenchorhynchus acutus）的種群密度；在盆栽試驗(yàn)中枝頂孢霉（A. coenophilalium）不僅降低了線蟲密度，并且提高了高羊茅草產(chǎn)量。2000年，Elmi等[14]報(bào)道了枝頂孢霉（A. coenophilalium）能夠顯著降低根結(jié)線蟲（Meloidogyne marylandi）和（M. graminis）的種群數(shù)量。Dababat等[17]研究發(fā)現(xiàn)，番茄被內(nèi)生真菌尖孢鐮刀菌（F. oxysporum） Fo162定殖以后，對(duì)南方根結(jié)線蟲（M. incognita）的吸引力比對(duì)照降低56%；根系分泌物測(cè)定結(jié)果也顯示80%的二齡幼蟲移向?qū)φ崭档姆置谖镏校@表明定殖在植物根部的Fo162對(duì)線蟲的吸引力降低或者說對(duì)線蟲具有排斥力。

2.3 誘導(dǎo)植物對(duì)根結(jié)線蟲的系統(tǒng)抗性

研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)生真菌能夠提高寄主植物抗性[33]，這種抗性不同于寄主植物本身所具有的系統(tǒng)獲得性抗性SAR，被稱為誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性ISR[34]。內(nèi)生真菌能幫助寄主植物獲得誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性，誘導(dǎo)關(guān)鍵酶—過氧化物酶（PO）、多酚氧化酶（PPO）、苯丙氨酸氨裂解酶（PAL）、木質(zhì)-硫乙醇酸lignothioglycolic acid（LTGA）、β-幾丁質(zhì)酶和1，3-葡聚糖酶等活性升高[35-36]。根部?jī)?nèi)生真菌印度梨形孢（Piriformospora indica）不僅能夠顯著降低大豆胞囊線蟲的種群密度，此外還能提高寄主植物生物和非生物抗性[37]。Vu等[18]利用裂根法研究了幾株內(nèi)生非致病鐮刀菌在香蕉上對(duì)穿孔線蟲（Radopholus similis）的誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性，結(jié)果表明，與對(duì)照相比較，接種內(nèi)生真菌的香蕉線蟲的入侵率降低了22%～41%。Dababat[17]用相同的研究方法研究了內(nèi)生鐮刀菌Fo162在番茄上誘導(dǎo)南方根結(jié)線蟲的抗性，相比對(duì)照，菌株定殖的根系南方根結(jié)線蟲的侵染率降低了45%。

2.4 營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)

植物內(nèi)生真菌對(duì)植物寄生線蟲的作用機(jī)制可能與線蟲競(jìng)爭(zhēng)空間和營(yíng)養(yǎng)有關(guān)[38]。有研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)生真菌和植物寄生線蟲都能夠從膨大細(xì)胞中吸收糖類物質(zhì)來獲取營(yíng)養(yǎng)[39-40]，而糖類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)降低線蟲的繁殖率[41]。

3 植物內(nèi)生真菌防線蟲機(jī)制存在的問題與展望

近20年來，植物內(nèi)生真菌的研究受到科研工作者的廣泛重視，在內(nèi)生真菌的生態(tài)學(xué)、資源開發(fā)等方面開展了系列研究，但多停留于應(yīng)用研究階段，作用機(jī)理方面研究相對(duì)較少。植物內(nèi)生真菌在線蟲防治機(jī)制研究中存在的問題主要包括以下幾個(gè)方面：（1）次級(jí)代謝產(chǎn)物物質(zhì)不明確、合成途徑未知；（2）由于寄主基因型、內(nèi)生真菌種類和環(huán)境條件對(duì)內(nèi)生關(guān)系的影響極為復(fù)雜，內(nèi)生真菌與寄主植物相互作用原理尚不明確。

隨著各項(xiàng)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得利用分子生物學(xué)手段來闡明作用機(jī)制成為可能。如植物內(nèi)生真菌尖孢鐮刀菌Fo162已經(jīng)完成全基因組測(cè)序[22]，這對(duì)明確其代謝產(chǎn)生的殺線蟲活性物質(zhì)合成途徑具有重要的意義。通過比較基因組學(xué)分析，挖掘內(nèi)生真菌次級(jí)代謝產(chǎn)物合成基因從而解析內(nèi)生真菌防線蟲機(jī)制。

雖植物內(nèi)生真菌防治線蟲機(jī)制仍不夠清晰，但是可以肯定的是充分開發(fā)植物內(nèi)生真菌資源，能夠促進(jìn)線蟲生物防治及相關(guān)研究的發(fā)展，值得廣泛研究。

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