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1土壤抑真菌作用研究进展*莫明和许传坤张克勤**生物资源保护与利用国家重点实验室培育基地,云南大学,昆明650091MoMingheXuChuankunZhangKeqin**(KeyLaboratoryofConservationandUtilizationforBioresource,YunnanUniversity,Kunming650091)利用真菌作为生防因子研究、开发植物病虫草害的生防制剂长期以来一直受到重视和亲睐。目前已经开发的商品化真菌生防制剂共计50多个(Butt,Jacksan,Magan,2001),其中病害生防制剂22个,害虫生防制剂23个,草害生防制剂8个,还有一批制剂正在研制之中。Joha,WhippsandLumsden(inButt,JacksonandMagan,2001)从政策法规、企业规模、人文素质、生产技术、产品质量、应用生态等方面分析了真菌制剂存在和需要解决的问题,认为不理想的防治效果是制约这类制剂走向市场的关键问题。在对土传病害(包括线虫病)的生物防治中,即使生防制剂不存在质量上的问题,也很难避免不稳定的防治效果。主要原因是土壤是一个十分复杂的生态系统,生防菌在土壤中需要与作物根系、土壤微生物等生物因子建立关系,只有在多种关系相互协调,各种非生物因子(如气候,土壤性质等)适宜的条件下,生防菌才能在土壤环境中定殖,寄生或分泌代谢产物作用于靶标对象,达到控制病虫害的目的。生防菌要取得良好的防治效果,其先决条件是能在土壤中正常萌发和生长,达到一定的种群密度。然而,不幸的是许多真菌繁殖体(包括孢子和菌丝)在土壤中由于受到土壤抑真菌作用(fungistasisofsoil)的影响,萌发率很低,一般在0-40%之间,很少超过50%,不同类型的土壤抑真菌作用大小也不同,最终导致生防菌很难在土壤中建立相应的种群密度(周薇,莫明和,2002)。如果不通过解除处理,结果必然是防效低且不稳定。“土壤抑真菌作用”是指在自然土壤中或与土壤相接触的微生物繁殖体(包括真菌、细菌、放线菌等)的萌发受到抑制的现象。抑菌作用对细菌、放线菌、真菌都存在,但以真菌最为敏感,它可使微生物的繁殖体在土壤中保持很长时间的休眠状态,是土壤微生物生存适应机制的一种表现(Lockwood,1977)。对真菌而言,用“抑真菌作用(FungistasisorMycostasis)”这一术语来描述这一现象。自从Dobbs&Hinson(1953)首次报道“土壤抑真菌作用”这一现象以来,在其后的近30年里成了微生物土壤生态学和植病生防领域中的研究热点之一,也取得了显著的进展,对土壤抑真菌作用的特征和解除方法等有了深入的了解,研究结果仅在《Nature》这一著名的刊物上就发表了相关论文12篇。已有许多综述(Garrett,1970;Griffin,1972,Watson,Ford,1972,Lockwood,1977)对这一问题早期的研究进展进行了详细的归纳总结,最近30多年来对土壤抑真菌作用的研究方面取得了一些新的进展,很有必要进行归纳总结,本文偏重于土壤抑菌作用机理研究方面的综述和讨论。1.土壤抑真菌作用的一般特征1.1土壤抑真菌作用的普遍性“土壤抑真菌作用”这一现象具有普遍性,世界范围内都存在。除了亚耕作层微生物很少的区域以外,土壤抑真菌作用广泛存在于自然土中,在任何有微生物活动的土壤中都可能出现。Ann(1994)测定了采自整个台湾岛的486份土样对Phytophthoraspp.孢子囊萌发的抑制,*基金项目:科技部攻关项目(No.2002BA901A21),云南省应基重点项目(No.2000C0012Z)**联系人电话:0871-50348782几乎所有的土壤样品都能抑制孢子囊的萌发,抑制率在80%左右。抑制率高的土壤中,由该病原菌侵染引起的发病程度相对较低。一般而言,随着土层厚度的增加,抑真菌作用会减轻。夏天的土壤抑制最强,冬天最小(Dobbs,Hinson,Bywater,1960)。土壤抑真菌作用是真菌延长在土壤中生活时期的一种机制(Dobbs&Hinson,1953),例如Cochliobolussativus对土壤抑真菌作用敏感的菌株比非敏感菌株存活的时间要长(Chinn,Tinline,1964)。土壤抑菌作用可以使微生物的繁殖体在土壤中保持很长时间的休眠状态,是土壤微生物生存适应机制的一种表现。但对于生防菌在土壤中的萌发和定殖而言,这是一个非常不利的因素。1.2土壤抑菌作用与非生物因子的关系在影响抑真菌作用的土壤因子中,水分和pH值是研究最多的。在0.85大气压时土壤对Arthrobotrysoligospora的抑制最强(Kouyeas&Balis,1968)。用风干的土样做试验的结果也表明在该值时,抑制作用最快。Seidel(1965)发现3种真菌的孢子在100%含水量的土壤表面受到的抑制比含水量60%或30%要大。在通常的生物生长pH值范围内,pH值对抑真菌作用的影响不大,尽管在酸性很强的环境下,抑真菌作用会降低,但这也可能是由于细菌和放线菌的活动受到了限制,pH值略低于7就会提高萌发率(Cchuepp&Green,1968)。酸性土壤可以提高萌发率可以解释为pH值对真菌的直接作用以及抑制细菌和放线菌的作用,高温灭菌可以解除pH值对抑制的影响。在有机质丰富的土壤中抑真菌作用较为强烈(Chacko&Lockwood,1966;Chinn,1967)。1.3真菌对土壤抑菌作用的敏感性Steiner&Lockwood(1969)将22种真菌的孢子排列成29类。敏感值从0(无敏感度)到23(最高敏感度)。最敏感的孢子趋向于个体小,萌发需要外源营养(营养依靠型)。那些萌发不需要外源营养(非营养依靠型)的孢子一般个体较大,这类孢子中的多数对抑真菌作用敏感,但敏感度比营养依靠型低,少数对抑真菌作用不敏感,在土壤中可以自由萌发。这类孢子包括锈菌的夏孢子,白粉菌的分生孢子,Neurosporatetrasperma的子囊孢子,Fusarium的大孢子。发现供试的19种真菌中有17种的敏感性与孢子体积呈负相关(r=-0.81),与在灭菌土壤上的萌发时间呈正相关(r=0.80)。所有测试的孢子的萌发时间与孢子体积呈负相关(r=-0.82),敏感性与葡萄糖的浓度和室内实验萌发所需的土壤提取物无相关性。一个属中的不同种类或同一种内的不同菌株对抑真菌作用的敏感度是不同的Cochliobolussativus的255个野生性菌株在土壤中的萌发率在1-10%。但是5株的萌发率大于30%。而且这种特性是可遗传的,通过杂交选择的后代中有的萌发率在50%以上(Lockwood,1977)。同一菌株的不同孢子类型对抑真菌作用的敏感性也有差异。真菌的休眠孢子比其它孢子不易萌发,例如Thielaviopsisbasicola的厚垣孢子对内生孢子;Fusarium的厚垣孢子对大孢子;Phytopphthoraparasitica的卵孢子对孢子囊。孢子年龄对抑真菌作用的影响的研究产生了不同的结论。Schucpp&Frei(1969)发现来自Cladosporiumherbarum和Helminthosporiumspiciferum15天培养菌落上的孢子比7天的要敏感。而Steiner&Lockwood(1969)发现3种不同真菌的1周~9周孢子对抑真菌作用的敏感性无差异,9周后生存能力降低,但是有活力的孢子在敏感性上无差异。1.4土壤抑真菌作用的解除抑真菌作用可以通过加入产生能量的营养到土壤中而得以消除(Lockwood,1964,3Lockwood,1977)。一般说来,复合营养能源的效果比单一营养成分的更好。糖与有机或无机氮的作用比单一使用时要好。一些成分复杂的基质,如玉米芯,木薯粉,大豆粉等,往往比成分单一的营养混合物效果好,因为前者可能含有一些单糖和氨基酸之外的刺激孢子萌发的物质。如大豆粉中的卵磷脂,不饱和脂肪酸等是刺激孢子萌发的有效成分。孢子在大豆根际土壤的萌发率比非根际土壤中的高,这与根际内脂肪酸的浓度增加有关。氨基酸和单糖解除土壤抑真菌作用需要一定的pH条件,如提高Trichodermaviride萌发的效果在低pH值下更明显(Emmatty&Green,1967)。矿物盐也可部分消除抑真菌作用或抑细菌作用。棕榈酸、十八烷酸、柠檬酸在其含量接近豆类根际土壤中的含量时能刺激内生孢子和厚垣孢子的萌发,甚至在总浓度低达10μg/g时仍有作用(Lockwood,1977)。脂肪酸是如何刺激Thielaviopsisbasicola的萌发现仍不得而知,Papavizas&Kovacs(1972)认为有两种可能,一是为微生物合成刺激物提供物质来源,再就是改变孢子细胞壁的透性,但这两条都缺乏证据。真菌经液体发酵培养产生的孢子与发酵液一起进入土壤,可以是孢子萌发率从原来的30%以下提高到50%以上,在真菌制剂中加入解除土壤抑菌作用的添加剂可以使孢子萌发率进一步提高(孙漫红,刘杏忠,唐霖,1997)。当往土壤中加入葡萄糖时,随着葡萄糖浓度的提高,土壤抑菌作用会逐渐降低,直到消失,土壤抑菌作用的季节性变化与土壤中基质的分解程度有关,基质分解水平越高,土壤抑菌作用越低(Griffiths,Dobbs,1963)现在已经很清楚,通过灭菌可以消除“残余抑真菌作用(residualfungistasis)”以外的抑真菌作用,在土壤中加入抗生素也可减轻抑真菌作用。例如,在土壤中,200μg/g的青霉素、链霉素,1000μg/g的氯霉素、硫酸盐链霉素都可以提高Fusariumsolanif.sp.phaseoli厚垣孢子的萌发。含40和80μg/g的万古霉素、制真菌素的土壤可以提高Phytophthoracinnamomi厚垣孢子的萌发(Lockwood,1977)。在土壤中加入营养可以短期内解除抑真菌作用,但一段时间后,抑真菌作用会反而增强。Adams&Papacizas(1969)用1%的木薯干草处理土壤,观察了Thielaviopsisbasicola分生孢子和厚垣孢子的萌发情况,刚开始加入时,不同浓度的干草都能诱导孢子的萌发,在前4d,萌发率上升,但之后,处理土壤的抑真菌作用能力比未处理土壤的要强,如要诱导一定的萌发率,这时需要更多的木薯干草。在实验前若先将木薯干草和玉米芯加入土壤中至少7d,可以将T.basicola厚垣孢子在豆根围的萌发率从38%降到0。营养物质能解除土壤抑真菌作用,但解除的机理仍然存在争议。2.土壤抑真菌作用机理的两种假说关于土壤抑真菌作用的形成机理,现在存在两种假说。2.1营养剥夺假说(nutrient-deprivationhypothesis),或营养缺乏假说(nutrient-deficiencyhypothesis)(Lockwood,1964,1977):当营养独立型的真菌繁殖体进入土壤中时,由土壤微生物形成的营养吸收库使真菌繁殖体内的内生营养流失到土壤中,真菌繁殖体的萌发由原来的营养独立型转为营养依赖型,从而真菌繁殖体的萌发受到调节或抑制,直到有外来营养打破这种状态;当营养依赖型的真菌繁殖体进入土壤中时,由于土壤中可供萌发的营养不足,繁殖体的萌发受到抑制。这一假说的核心内容认为由于土壤可供微生物利用的营养物质有限,特别是有机碳,施入土壤中的微生物繁殖体与土壤微生物进行营养物质的竞争,导致繁殖体内源营养物质流失到土壤,从而由于营养缺乏而不能萌发,还强调土壤微生物,农用化学物质和非生物因子可以加强施入的微生物对营养的要求(Lockwood,1992)。在这样的营养竞争环境下,微生物通过呼吸和排放流失内源大部分营养物质(Guptaetal.,1995)。结果导致菌丝溶解,提高对外源营养的依赖性,失去生命力,降低对寄主的侵染力(Filonow,Lockwood,1983),目前有许多的实验结果支持这一假说。当将Sclerotiumrolfsii的菌核接种在土壤上50天时,从土壤中收集的14CO2占标记14C总4量的26.0-
本文标题:土壤的抑真菌作用进展
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