微生物在烟草生产中的应用研究进展

第１卷　第2期2005年12月Vo1.1　No.2Dec.　2005烟草农业科学TobaccoAgriculturalScience微生物在烟草生产中的应用研究进展*雷丽萍1，刘杏忠3，郭荣君2，缪作清2，夏振远1（1.云南省烟草科学研究所，云南玉溪653100；2.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京100081；3.中国科学院微生物研究所真菌地衣系统学重点实验室，北京100080）摘　要：本文综述了有益微生物在烟草生产及加工过程中应用的理论与实践，包括微生物在病虫害防治、促进烟草生长、提高烟草产量品质等方面的研究进展。并对今后微生物在烟草上应用与研究的发展进行了展望。关键词：微生物；烟草；病虫防治；肥料；产量品质中图分类号:S476+.1　　　　文献标识码:AAdvancesinApplicationandResearchofMicrobesinTobaccoProductionLEILi–ping1,LIUXing–zhong3,GUORong–jun2,MIAOZuo–qing2,XIAZhen–yuan1（1.YunnanTobaccoResearchInstitute，Yuxi653100，China;2.InstituteofEnvironmentandSustainableDevelopmentinAgriculture，CAAS，Beijing100081，China;3.KeyLaboratoryofSystematicMycologyandLichenology,InstituteofMicrobiology,ChineseAcademyofSciences,Beijing100080，China;）Abstract:Thepaperreviewedthebeneficialmicrobesappliedbothintobaccoproductionandtheleafprocessingfromeitherthetheorypointortheactualuseinvolvingbio-controloftobaccopests,themicrobialfertilizers,andtobaccoqualityimprovingbytheapplicationofmicrobes;andoutlinedtheprospectsoffutureapplicationandresearchofmicrobesintobacco.Keywords:Microbes;Tobacco;Controlofdiseasesandpests;fertilizer;Productquality虽然微生物可以引起烟草病害，但是微生物在烟草病虫害防治、提高烟草产量和品质等方面有广泛的应用，许多微生物农药和微生物肥料已在烟草生产实践上发挥重要作用，并取得了明显的经济效益和社会效益。在烟草工业生产方面，有益微生物在提高原料烟草品质和降低烟草有害成分含量等方面的研究和应用也有了一定进展。1　微生物防治烟草病害1.1　活体拮抗微生物的应用1.1.1　拮抗真菌的利用在已经研究和应用的拮抗真菌中，木霉菌（Trichodermaspp.）是最重要的一种，由于其具有广泛的适应性和可抑杀多种植物病原真菌［1］，已经成为广泛研究和应用的一类拮抗真菌。木霉制剂已经广泛用于烟草立枯病、猝倒病的生物防治［2–5］，对烟草其它真菌病害如烟草黑胫病、烟草赤星病等也具有较好的防治效果［6-7］。目前，国内外已有十几个木霉生防制剂登记注册［8］。根结线虫（南方根结线虫Meloidogyneincognita）收稿日期：2005–09–19，修回日期：2005–12–06基金项目：国家自然科学基金项目（30460007）；云南省烟草专卖局（公司）科技项目（05–11）作者简介：雷丽萍（1963–），女，云南玉溪人，副研究员，硕士，主要从事烟草微生物及栽培技术研究*烟草农业科学204第1卷是严重危害烟草生产的有害生物，利用真菌防治烟草寄生线虫已经取得了显著的成效。淡紫拟青霉（Paecilomyceslilacinus）和厚垣孢普克尼亚（Pochoniachlamydosporia=Verticilliumchlamydosporium）是研究最多的两种线虫内寄生真菌。在我国已经开展了大量的相关研究工作［9–13］。相关生防制剂已经进行了大面积的试验示范，对烟草根结线虫防治取得了很好的防治效果［14］。1.1.2　拮抗细菌的直接利用植物根际拮抗细菌是一类与植物关系密切的微生物，可在植物根部定殖存活并可通过多种机制控制植物病害。利用植物根际拮抗细菌控制植物病害是一个很有发展潜力的研究方向。目前在根际拮抗细菌防治烟草病害方面已经做了大量工作，发现的菌群主要有Agrobacteriumspp.，Bacillusspp.和Pseudomonasspp.等［15］。对Phytophthorasp.引起的烟草黑胫病、Pythiumaphanidermatum引起的烟草猝倒病、Pseudomonassolanacearun引起的烟草青枯病等都具有很好的防治效果，而且部分拮抗菌株对烟草有不同程度的促生和增产作用［16–20］。植物内生细菌作为植物病害的生防菌是一个新的研究热点，内生细菌存在于植物体内，有充足的营养来源，具有相对稳定的生存环境，受复杂外部环境的影响较小，与病原菌同存于相同的生境中，因而具有很大生防潜能。已研究的烟草内生拮抗细菌分别对烟草灰霉菌（Botrytiscinerea）、烟草黑胫病菌［21］、烟草赤星病菌（Alternariaalternata）和烟草炭疽病菌（Colletotrichumnicotianae）等具有拮抗活性，某些菌还有多重拮抗机制，可抑制多种病原菌，包括抑制菌丝生长、游动孢子游动、萌发等，而且某些菌株代谢物还具有明显的诱导烟草抗病作用［21］。烟草内生拮抗细菌以其存在环境和自身的优势有可能成为烟草病害生物防治的重要资源。1.2　病原弱毒株系的应用利用病原弱毒株系对强致病株系进行防治是一种很有效的病害控制方法，尤其是在病毒病害的防治方面起步较早。自从Kunkel提出利用弱毒株预防强毒株侵染的设想，利用病毒弱毒株的交互保护已经成为防治病毒病较为理想的手段之一，而且己有多种病毒弱毒疫苗研制成功并应用于植物病毒病害防治。除病毒弱毒株的研究外，其它烟草病害病原弱毒菌株的研究也已经受到很大关注。其中利用烟草细菌性青枯病菌（P.solanacearum）的无毒产细菌素菌株对烟草青枯病菌的防治研究已经取得了一定的效果。并研制成微生物制剂——青枯散，能够防止土壤中青枯病菌侵染烟草幼苗根部和阻止潜伏病原菌发病，大田防治烟草青枯病的防效可达到71%［20］。1.3　非病原微生物的介导或诱导抗病性利用某些非病原微生物可诱导植物产生抗病性。其中一些植物促生根际细菌（plantgrowth–promotingrhizobacteria，PGPR）可使植物产生高效表达的广谱抗病性，这种非致病菌所诱导的抗病性称为“系统诱导抗病性”（inducedsystemicresistance,ISR）。如铜绿假单胞菌（P.aeruginosa,7NSK2）可使烟草产生对烟草花叶病毒（Tobaccomosaicvirus,TMV）的ISR，荧光假单胞菌（P.fluorescens,CHAO）在烟草上可诱导产生对烟草坏死病毒（Tobacconecrosisvirus，TNV）的ISR。细菌结合使用化学诱导剂还可同时诱导系统获得抗病性（systemicacquiredresistance，SAR）和ISR，且抗性诱导作用是加性的，大大提高烟草对病原真菌如簇囊腐霉（Pythiumtorulosum）、瓜果腐霉（P.aphanidermatum）和烟草疫霉（P.nicotianaevar.parasitica）的抵抗能力。另一类有希望的抗病诱导物是激发素（Elicitins），它是主要由弱致病的Phytophthora和Pythium产生的、在烟草上可引起过敏反应（hypersensitivereaction,HR）和SAR的一类胞外蛋白质的总称。最早由法国科学家Ricci等从寄生疫霉烟草变种（P.parasiticavar.nicotianae）的培养滤液中分离纯化到这种小分子蛋白质，称为parasiticein，后来发现Phytophthora和Pythium的许多种都能产生这种小分子的蛋白质，将这类胞外蛋白质总称为elicitins［22］。1.4　抗病微生物代谢产物的应用抗生素是研究和使用较早而且广泛应用的一类具有杀菌或抑菌作用的微生物代谢产物，目前研究生产和应用的抗生素大多是放线菌（Actinomycetes）产生的，其次是真菌和细菌。已应用的抗生素主要有春日霉素（Kasugamycin）、链霉素、多氧霉素（Polyoxins）、有效霉素（Validamycin）、灰黄霉素（Griseofulvin）、灭胞素（Cellocidin）等。在烟草病害防治上主要有防治烟草赤星病的多氧霉素、防治烟草花叶病毒病的宁南霉素等。目前还有许多防治烟草病害的抗生素正在研发中。防治烟草病毒病的抗生素除放线菌产生的外，抗烟草病毒病的其它真菌代谢物研究也为人们所关注。已经从Penicilliumsp.分离到抗病毒物质，对多种病毒如TMV具有良好的抑制作用。一些高等担子菌的205第2期雷丽萍等：微生物在烟草生产中的应用研究进展提取物对烟草病毒也具有很好的抗性，已经对部分抗病毒物质进行了分离纯化并进行了抗病毒机理研究。1.5　微生物相关抗病基因的研究国内外已将微生物的多种抗病基因转入烟草，其中主要利用的是相关的病毒基因。最初人们从弱病毒株的交叉保护现象中得到启发，开始了利用类似交叉保护方法进行转基因抗病毒烟草研究。自从Powell–Abel等首次将TMV的外壳蛋白（coatprotein，CP）基因转入烟草，获得了抗TMV烟草后，人们利用病毒的CP基因（TMV–CP、CMV–CP等）、卫星RNA（CMV–SatRNA）、反义RNA或复制酶基因等，相继获得了抗TMV、CMV、PVY等的转基因烟草［23,24］。利用其它微生物的相关基因研究也有部分进展，Liu等通过转丁香假单胞中获得的无毒基因，获得了12株抗赤星病的烟草植株。通过转elicitins基因还获得了抗P.parasitica的抗性烟草；通过不同的转基因方法还获得了对多种病原具广谱抗性的转基因烟草。2　微生物防治烟草害虫微生物在烟草害虫防治方面的研究主要包括害虫微生物病原的直接利用、微生物杀虫代谢产物的利用，以及微生物杀虫或抗虫基因的利用等。2.1　杀虫微生物的直接利用害虫病原微生物的直接应用是研究较早也是最先利用的微生物类群，主要是昆虫病原真菌和细菌。其中苏云金杆菌（Bacillusthuringiensis，BT）是已经商业生产并且已经广泛应用的杀虫微生物，可防治100多种害虫，在烟草上可防治烟青虫和烟草粉螟等，对烟青虫的防效可达90%以上，防效高而且成本低［25］。昆虫病原真菌包括白僵菌（Brauvria）、绿僵菌（Metarhizium）和虫霉（Entomophthora）等，主要用于防治烟青虫、烟蚜虫和地下害虫等，其它的病原真菌还有防治粉虱和蚜虫的蜡蚜轮枝菌（Verticilliumlecanii）、玫烟色拟青霉（Paecilomycesfumosorseus）等［26］，但目前在烟草害虫的实际防治应用还很少。昆虫病毒治虫也是已经广泛研究应用的微生物直接治虫方法，已发现寄生昆虫的病毒1200多种，主要用于防治鳞翅目害虫，专一性强，杀虫效率高。主要有棉铃虫NPV，斜纹NPV，小菜蛾GV等。在烟草上最有希望的为烟夜蛾核型多角体病毒，主要用于防治烟青虫，在国内已经开始该方面研究［27］。2.2　微生物杀虫代谢产物应用微生物杀虫代谢产物主要是从放线菌中筛选出的各种杀虫抗生素，包括杀蝶素（Piericidin）、杀蚜素、杀蜻素、南