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中磷生物技術有限公司生產中使用的菌種及其功能

壹.芽孢桿菌

該菌株在自然界分布廣泛,對人畜無害,不汙染環境,能產生多種抗生素和酶,具有廣譜抗菌活性和較強的抗逆性。枯草芽孢桿菌不僅可以廣泛存在於土壤、植物根際表面等外界環境中,而且是植物中壹種常見的內生細菌,特別是在植物的根和低位莖中。目前,該菌株已在黃瓜、辣椒、水稻、小麥、玉米等作物上表現出良好的病害防治效果。

枯草芽孢桿菌防病促生機理的研究

近年來,國內外學者做了大量的研究,認為其功能多樣,主要包括營養與空間場所的競爭、抗菌物質的分泌、溶菌和促進植物生長等。

營養與空間場所競爭:指存在於同壹微生物環境中的兩種或兩種以上的微生物在該環境中爭奪空間、營養和氧氣的現象。當枯草芽孢桿菌與病原菌具有相同的生態位時,枯草芽孢桿菌可以在植物體內快速定殖繁殖,可以有效減少病原菌及其毒素的積累。

抗菌物質的分泌:自Johnson等人在1945報道枯草芽孢桿菌產生抗菌物質以來,近半個世紀以來,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是低分子量的抗菌肽,包括環肽或環脂肽,也有壹些是線性肽。枯草芽孢桿菌產生的抗微生物物質Ibroxobin對大多數致病酵母和黴菌具有很強的抗菌能力。

溶菌作用:溶菌作用是指拮抗菌吸附在病原真菌的菌絲上,隨著菌絲的生長而生長,然後產生溶菌物質消化菌絲,可使菌絲斷裂、解體、溶解細胞質,部分菌絲原生質凝固;或者產生次生代謝產物溶解病原菌孢子的細胞壁,導致細胞壁穿孔和畸形。枯草芽孢桿菌具有溶菌作用,可以吸附在病原真菌的菌絲體上並隨著菌絲體的生長而生長,進而產生溶菌物質來消化細菌。

促進植物生長:近年來,國際上將土壤中能夠促進植物生長的根際自養細菌稱為植物生長促進根際細菌(簡稱PGPR)。由於PGPR是幼苗根際的永久/慣習菌,比病原微生物具有更強的生存適應性,更強的爭奪養分、空間物理場所和生物場所的能力,以及氧競爭的優勢,對植物起到“貼身”保護作用,保證其健康生長。

到目前為止,已被深入研究並廣泛應用於生產實踐的主要PGPR細菌有:agrbacter/umrad/bacter,假單胞菌屬..和芽孢桿菌,其中枯草芽孢桿菌PGPR因能產生內生孢子和多種抗菌物質而具有最強的抗性、最多的功能、最廣泛的適應性和最穩定的作用。福建農林大學植物保護學院從辣椒葉片中篩選到的內生枯草芽孢桿菌BS-2能在多種植物體內定殖,對多種植物的炭疽病有很好的防治效果,並能促進多種植物的生長。

芽孢桿菌具有競爭優勢。

枯草芽孢桿菌施入土壤後,與其他微生物競爭氧氣和養分,具有競爭性和排他性,在作物根部形成優勢生物種群。這樣,枯草芽孢桿菌就可以有效地阻止其他細菌的入侵,獲得周圍細菌的營養,抑制病原菌的生長,起到像疫苗壹樣的防病抗病作用。

2.芽孢桿菌的生物拮抗作用

枯草芽孢桿菌能代謝和分泌細菌素(枯草桿菌蛋白酶、多粘菌素、黴菌制劑等。)、脂肽類化合物、有機酸等。這些代謝產物能有效抑制病原菌的生長或將其溶解,從而將其殺死,對重茬具有較高的抗性。

幾丁質酶是枯草芽孢桿菌分泌的壹種酶,對許多植物病原菌有很強的抑制作用。

枯草芽孢桿菌分泌的脂肽可用於防治植物病害,如小麥白粉病、稻瘟病、黑星病、紋枯病、炭疽病、黃瓜霜黴病、番茄青枯病和灰黴病。

3.芽孢桿菌的殺菌和溶菌作用

枯草芽孢桿菌可以伴隨生長在病原菌的菌絲上,分解消耗病原菌,使病原菌的菌絲破碎,細胞解體消化,使病原菌不能進壹步侵染植物。

4.芽孢桿菌能極大地促進植物生長。

枯草芽孢桿菌不僅能防病治病,還能誘導作物產生吲哚美辛等物質,提高作物生長刺激劑水平,從而促進作物生長繁殖。

5.芽孢桿菌能誘導植物產生抗性。

枯草芽孢桿菌可以通過誘導自身的抗病機制來增強植物的抗病性,具有誘導植物抗病的作用。枯草芽孢桿菌激活植物的天然防禦機制,保護植物免受病原菌的侵害,減少其危害,這是枯草芽孢桿菌作為生防細菌發揮生防作用的壹個重要方面。

第二,磷細菌和鉀細菌

磷細菌是巨大芽孢桿菌,鉀細菌是膠體芽孢桿菌。解鉀細菌和解磷細菌混合施入土壤時,在繁殖生長過程中產生有機酸和碳酸,加速了土壤中磷灰石、鉀長石等礦物質的分解,增加了土壤中可溶性磷和鉀的含量。

微生物中的磷、鉀細菌吸收空氣和土壤中的水分並存活繁殖,解磷細菌和解鉀細菌將土壤中固結的磷、鉀釋放出來,轉化為可被植物直接吸收的可溶性磷、鉀養分,從而提高化肥利用率。同時,細菌繁殖產生的生長刺激劑和抗生素還能刺激植物的生長和抗病能力,刺激植物種子的萌發、生根、生長發育,表現為萌發快、生根多、生長健壯、開花成熟早、產量和質量提高。活菌產生的胞外多糖與土壤有機膠體作用於土壤顆粒形成團聚體結構,可加速有機質的分解活化,提高土壤肥力,改良土壤。

第三,木黴菌

1.木黴菌的生物防治機制

?競爭:木黴菌屬於腐生真菌,適應性強,生長繁殖快,能快速利用營養,占據空間。研究表明,無論是土壤處理還是種子處理,木黴菌都可以很容易地沿著被處理植物的根系生長。木黴菌還可以分泌大量的胞外降解酶來降解土壤中的纖維素、葡聚糖和幾丁質,以獲得更多的能量來滿足自身的生長需要。

Harz danum CEC,I2413能在營養不良的土壤中通過胞外水解酶存活。在離子饑餓狀態下,木黴菌能夠分泌高效的鐵載體螯合環境中的離子,競爭土壤中有限的養分,從而抑制病原微生物的生長。Sivan等人對哈茨木黴的競爭進行了詳細的研究。通過添加葡萄糖和天冬酰胺,證明了哈茨木黴的競爭對鐮刀菌的控制起著重要的作用。與其他生物相比,木黴菌具有更強的吸收和利用土壤養分的能力。木黴菌的強大競爭力還表現在它能夠克服土壤環境中化學農藥等有毒化合物和其他生物的有毒代謝產物的抑制。木黴菌的這種抗性可能與其ABC轉座子的存在有關。強大的環境適應性和養分利用能力使木黴菌具有很強的生境競爭力,在抑制病原真菌方面發揮著重要作用。

重寄生:木黴菌的重寄生包括病原菌的侵染、鑒定、接觸、纏繞、滲透、寄生等壹系列過程。研究表明,宿主真菌細胞表面的特異性凝集素在識別和確定木黴與宿主真菌的特化關系中起著壹定的作用。Elad等研究表明,木黴菌與寄主真菌相互識別後,木黴菌絲沿寄主菌絲平行螺旋生長,產生附著的細胞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,吸收營養物質。木黴菌在重寄生過程中產生多種細胞壁降解酶,包括幾丁質酶、纖維素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶和蛋白酶。其中以幾丁質酶、葡聚糖酶和蛋白酶的功能為主,也是研究最深入的。

抗菌作用:抗菌作用也是木黴菌發揮其生防作用的重要機制。許多木黴屬物種。能產生抗菌物質,阻止拮抗菌的定殖,抑制植物病原菌的生長,從而發揮其生防作用。抗生素的產生往往與其生防能力有關,抗生素的作用類似於全生防因子。抗生素和水解酶聯合使用比單獨使用抗生素有更強的拮抗作用。例如,哈茨木黴的內幾丁質酶和水解酶協同抑制灰葡萄孢孢子的萌發。發現抗菌活性和水解酶的協同作用首先表現為胞外水解酶對病原真菌細胞壁的降解,在抗生素後加入酶時協同作用很低。雖然抗生素在木黴菌的生物防治中也起著重要的作用,但對木黴菌產生的抗生素的性質及其在植物病害防治中的作用的深入研究遠遠落後於對細菌抗生素的研究。

誘導植物抗性和激發植物防禦機制:木黴菌株能與植物建立生物關系,通過與菌根真菌相似的機制定殖植物根系,產生刺激植物生長和誘導植物防禦反應的化合物。近年來,木黴菌誘導植物抗性和激發防禦機制的研究取得了很大進展。木黴菌株穿透植物表皮並定殖於植物根部,然後產生並釋放誘導植物局部和全身防禦反應的化合物。植物合成和積累植物抗毒素、黃酮類、萜類、酚類衍生物、糖苷配體等抗菌化合物,抵禦真菌的入侵。因此,木黴不僅能產生抗菌物質抑制病原真菌的生長,還能誘導植物產生抗菌物質抵抗病原菌的入侵。木黴通常比大多數真菌更能抵抗這些抗菌物質。黃彥清等發現木黴菌能明顯誘導甜瓜對尖孢鐮刀菌的抗性,對甜瓜尖孢鐮刀菌有很好的防治效果。目前壹般認為誘導抗性的誘導劑包括具有酶活性和其他生物學功能的蛋白質、Avr蛋白和由口蘑產生的酶特異性酶解產生的低聚糖和低分子量復合物。Ojonovlc等最近從木黴中分離出壹種小分子蛋白Sml,它能誘導植物產生全身或局部抗性,對植物和微生物沒有毒性作用。與植物接觸的SM1的表達和分泌水平顯著高於不與植物接觸的菌株。

2.金龜子綠僵菌的生防機制

金龜子綠僵菌是壹種廣譜的昆蟲病原菌,其防治效果明顯。綠僵菌具有壹定的特異性,對人畜無害,不汙染環境,無殘留,害蟲無抗藥性。

作用機理:可寄生多種害蟲,通過體表入侵進入害蟲體內,在害蟲體內繁殖,消耗營養物質,機械穿透,產生毒素,在害蟲種群中不斷擴散,導致害蟲死亡。

綠僵菌化合物利用蟲生真菌殺死白蟻、蝗蟲和其他害蟲。金龜子綠僵菌在室內室外均可使用,在防治核樹白蟻方面具有用量少、成本低的特點,保證苗木成活率在95%以上。目前,綠僵菌殺滅白蟻和蝗蟲的方法已作為國家重點項目推廣應用,可廣泛應用於農田、樹木、橋梁等領域的防治。如果每棵案樹的成本增加2分錢,95%以上的學校樹都可以躲過白蟻的危害。

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