大豆胞囊线虫病生物防治研究进展

大豆胞囊线虫病生物防治研究进展

孙漫红,　刘杏忠,　缪作清

(中国农业科学院生物防治研究所,北京　100081)

BiologicalControlofSoybeanCystNematode

SUNManhong,LIUXingzhong,MIAOZuoqing

(InstituteofBiologicalControl,CAAS,Beijing100081,China)提要:本文概述了国内外对大豆胞囊线虫病生物防治方面的研究及其进展。关键词:大豆胞囊线虫;生物防治;进展分类号:S435.651;S476　　　文献标识码:A　　文章编号:100529261(2000)0320136206大豆胞囊线虫(HeteroderaglycinesIchinohe)是大豆生产中一种常见的病害,它危害大豆根部,造成植株生长迟缓、根系萎缩、结瘤数量减少、结荚率低、豆粒干瘪,从而严重影响大豆的产量和品质,且感染后的大豆植株很容易被土壤中病原菌侵害,引发或加重其它病害。大豆胞囊线虫病的流行一般造成大豆减产10%～20%,重者达50%,甚至绝产[1]。对大豆胞囊线虫病的防治可以通过种植抗性品种、改进耕作方式等,但这些措施也存在较大的局限。目前,应用最多的还是化学药剂,美国在六七十年代曾采用了20多种化学农药防治大豆胞囊线虫病。但由于污染重、苗期药害大,正式注册登记的只有少数几种,而其中一些毒性很高的农药,如二溴氯丙烷、二溴乙烷也相继被禁用[2,3]。

近年来,随着人们环保意识的增强,植物病虫害的生物防治越来越受到关注,生物防治也正在成为控制大豆胞囊线虫病的一条重要而有效的途径。

1　大豆胞囊线虫病自然衰退

最早有关大豆胞囊线虫病自然衰退现象的报道是美国的Hartwig[4],他发现当感病品种连种5年后,原来严重的线虫病害会突然消失或大大减轻。近年来,许多研究已证明大豆胞囊线虫的自然衰退与可以寄生、捕食线虫的生物因子有关,如在日本、美国发现的大豆胞囊线虫抑制性土壤是由于专性寄生细菌——巴氏杆菌(Pasteuriasp.)或食线虫真菌的作用[5～7]。在我国黑龙江、吉林、辽宁、山东、安徽等省市都发现了大豆胞囊线虫抑制性土壤。这类土壤中胞囊数量少,且空胞囊率达80%以上,胞囊上有大量真菌定殖。一些土样中具有明显的优势种,　　收稿日期:1998212221

基金项目:国家九五科技攻关项目;九五黑龙江省招标项目作者简介:孙漫红,女,(19692),硕士,助研。

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第3期　　　　　　　　　　　　孙漫红等:大豆胞囊线虫病生物防治研究进展　　　　　　　　　　　　

如淡紫拟青霉(Paecilomyceslilacinus)、厚孢轮枝菌(Verticilliumchlamydosporium)[8]。对其土壤特性的初步研究已证明线虫衰退与食线虫真菌的作用有关。

在线虫的抑制性土壤中,人们很容易分离到线虫天敌。而等药剂处理的土地上连作某一感病作物,线虫数量反而会增加[9],这正是由于化学药剂杀灭或抑制了天敌的作用,从而“促进”线虫的大量繁殖。利用衰退土壤中的抑制因子来控制大豆胞囊线虫为人们提供了一条新思路。

2　大豆胞囊线虫生防资源

2.1　定殖于大豆胞囊线虫上的真菌

线虫有众多的天敌,包括真菌、细菌、病毒、捕食性线虫、螨类、昆虫、原生动物等,其中以对食线虫真菌的研究最为广泛和深入。1981年美国田纳西州大豆种植区病土中首次发现了大豆胞囊线虫雌虫的寄生真菌,经鉴定主要为Nematophthoragynophila、辅助链枝菌(Catenaria

auxiliaris)和厚孢轮枝菌

[10]

。此后,美国对定殖于大豆胞囊线虫胞囊、雌虫及卵上的真菌进行了广泛调查,报道了食线虫真菌近百种[11～13],其中有些菌株已在田间应用来防治大豆胞囊线虫。中国是大豆的发源地,1990、1992年美国农部线虫实验室两次来我国采集大豆胞囊线虫上的天敌。伊利诺斯大学对69个种的定殖真菌研究发现,大豆胞囊线虫发病严重的田块中,胞囊上寄生真菌以茄孢镰刀菌(Fusariumsolani)、异皮壳多孢菌(Stagonosporaheteroderae)为主;而连作的衰退土壤胞囊中尖孢镰刀菌(F.oxysporum)、根状类茎点霉(Paraphoma

[14]

radicina)最多。Chen等对分离的18个种21株真菌对大豆胞囊线虫卵的致病性进行了测定,表明厚孢轮枝菌的卵寄生指数最高,同时卵的孵化率减少74%;棘壳孢菌(Pyrenochaeta

[7,15]

terrestris)和2株丝孢菌也显示出较高的卵寄生指数,且孵化率较低。最近,Chen等及Liu和Chen[16]又发现大豆胞囊线虫幼虫的寄生菌物——落斯里被毛孢(Hirsutellarhossiliensis)和明尼苏达被毛孢(Hirsutellaminnesotensis),这类真菌是植物线虫幼虫的专性寄生菌,对控制线虫种群密度起着十分重要的作用。刘杏忠对美国明尼苏达州300余个大豆土样中胞囊线虫二龄幼虫寄生菌物调查发现,37%的土样中有被毛孢存在,对二龄幼虫寄生率可高达60%。国内对大豆胞囊线虫胞囊上定殖真菌的调查始于80年代末,刘杏忠等[17,18]鉴定出24属30余种食线虫真菌,其中茄孢镰刀菌、柱孢菌(Cylindrocarponspp.)、异皮壳多孢菌、淡紫拟青霉、厚孢轮枝菌出现频率最高。林茂松[19,20]、刘维志等也分别对山东省和东北地区土样进行了检测,并对分离菌株的寄生性进行了测定。2.2　大豆胞囊线虫专性寄生细菌——巴氏杆菌

巴氏杆菌对植物线虫寄生能力强,在线虫体内增殖迅速,并具有抗性结构,可以抵御不良环境,因而对植物线虫具有极强的生防潜力。有关大豆胞囊线虫上巴氏杆菌寄生物的报道最早是日本的Nishizawa[5],此后在美国的伊利诺斯、韩国、中国相继发现[6,21,22]。我们在调查中也发现我徽、江苏等地巴氏杆菌寄生大豆胞囊线虫的现象,并且该菌分离频率很高(未发表)。

2.3　大豆根际细菌

根际细菌,尤其是PGPR,也是国内外生防研究的一个热点。由于根际细菌与作物的根具有一定的亲和力,对病原物拮抗性强,并且易于应用,因此也是一类重要的植物线虫生防菌。近

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中国生物防治　　　　　　　　　　　　　　　第16卷

来郭荣君[23]已从我国各地大豆田土样中,分离、筛选出一些大豆胞囊线虫病拮抗细菌。

3　植物寄生线虫生防机制

3.1　生防菌对植物线虫的作用机制

食线虫真菌是最重要的植物寄生线虫天敌,不同的食线虫真菌有不同的寄主范围,它们对线虫的作用也各不相同。捕食性真菌可以在线虫的诱导下,由自身营养菌丝产生粘性菌丝、粘性网、收缩环等捕食器官来捕食线虫。而内寄生真菌和机会真菌则通过与寄主线虫的相互识别,吸附或粘着于线虫体表,同时在几丁质酶作用下,菌丝穿透体壁将卵壳消解,侵染其中的卵及幼虫,并繁殖菌体[24,25]。Meyer和Wergin[26]研究发现,在大豆胞囊线虫胞囊上接种蜡蚧轮枝菌(V.lecani),16小时后菌丝开始侵染线虫基质,并且在1周内大量扩繁。由于机会真菌不但可以侵染根内、根表的繁殖体,而且可以侵染土壤中的繁殖体,对控制胞囊线虫、根结线虫等主要植物线虫起着十分重要的作用,如轮枝菌、拟青霉等属已有商品制剂问世[27,28]。

巴氏杆菌是研究最多的一类植物线虫寄生细菌,对寄主具有较强的专化性。在土壤中其孢子呈休眠状态,当遇到移动的寄主幼虫时,便“吸附”在幼虫体表,并穿透线虫体表,在其体内大量繁殖。当线虫裂解时,内寄生的孢子便释放出来,再次侵染[29]。一些食线虫真菌和细菌体外可以产生具有杀线活性的代谢产物。例如,淡紫拟青霉发酵液中含有一定浓度的乙酸,能够在很大程度上控制线虫卵及幼虫的生长发育[30～33]。而厚孢轮枝菌本身也可以产生毒素,当线虫卵与其接触时,便停止孵化、发育[34,35]。还有一些生防菌在含氮物降解过程中产生挥发性的NH3和NO2,从而抑制线虫的生长[36]。3.2　生防菌在植物根际的定殖及对根际环境的影响

引入菌株能否在植物根际定殖是生防菌株筛选的一个重要指标。通过在植物根部和土壤中的定殖,才能更有效地拮抗植物寄生线虫及其它病原菌,同时生态位点的占据也减少了其它有害菌对植物根部的危害。孙漫红等[37]对大豆根部和土壤中生防菌含量测定表明,淡紫拟青霉接种(大豆种子包衣)后1周,无菌土中大豆内根际菌含量为包衣量的1󰃗1000,第2周提高10倍以上;在自然土中,第3周拟青霉开始大量增殖。王昌家等[38]也证明了淡紫拟青霉在防治

大豆胞囊线虫病中第2、3年的后效作用。美国农部Meyer博士等[39]发现采用大豆胞囊线虫寄生真菌——蜡蚧轮枝菌接种离体大豆的根尖组织,4周后轮枝菌扩展范围可达根长的31%～71%,显示了良好的亲和关系。但在土壤环境中真菌对大豆根际的定殖水平很低。研究发现,

一种外源微生物的引入可以改变或影响根的分泌物[40]。而根分泌物的变化又在很大程度上影响到线虫的孵化、对寄主植物的识别与侵染过程,从而实现对线虫的控制。同时一些细菌、真菌体外产生的抗生素类物质,也会影响到植物根际其它微生物的种类、数量及其分泌物。3.3　对植物的促生作用

病原线虫,并且能够促进植物生PGPR是一类重要的根际细菌,它不仅能够防治病原菌、

长。郭荣君[23]从大豆根际分离的沙雷铁氏菌(Serratiasp.)SY2NS菌株,田间小区测定表明可增加大豆出苗率,大豆增产10.2%。而一些食线虫真菌,如寄生大豆胞囊线虫的淡紫拟青霉,其代谢产物也具有类似生长素和细胞素的作用[41]。

4　大豆胞囊线虫生物防治技术

4.1　生物防治在防治大豆胞囊线虫病中的应用138

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国外应用食线虫真菌防治大豆胞囊线虫病比较成功的例子有两个。一是美国阿肯色大学的丝孢菌制剂。1986年Kim等从大豆胞囊线虫衰退土壤中线虫卵上分离到1株丝孢菌(定名为Arkansasfungus18,ARF18),平板测定表明其对大豆胞囊线虫卵的寄生率达%;田间试验中,利用海藻酸盐2粘土2食线虫真菌混合颗粒剂防治大豆胞囊线虫,当菌剂粒重8.3mg,菌丝含量为3.9%,接种量为土壤重量的1.0%时,对线虫的抑制率最高,达到95%,并且该菌对不同的大豆品种和不同的大豆胞囊线虫生理小种没有专化性。该菌现已申请了专利。但目前

[42～45]

。另ARF菌剂还未能在生产中得以大规模应用,一是大量生产困难,二是菌剂贮存期短

一个是美国农部线虫实验室研制的蜡蚧轮枝菌和大豆胞囊线虫性诱剂的混合制剂。通过大豆胞囊线虫的性激素香草酸或丁香酸等其类似物与食线虫轮枝菌混合,可以明显地降低线虫的种群密度,现已进入了田间试验[46,47]。

在国内,林茂松[20]利用从大豆胞囊线虫卵中分离到的草酸青霉(Penicilliumoxalicum)、茄孢镰刀菌制成浓度5%的菌剂,盆栽试验对胞囊线虫的防效分别达到72%和70%。马承铸等[48,49]应用不同捕食线虫真菌及淡紫拟青霉与麦粒的混合制剂进行了室内及田间小区试验,并证明了施用麦粒可以提高生防菌对大豆胞囊线虫的田间防治效果。刘杏忠等[50～52]研制的淡紫拟青霉菌剂已在我国东北、黄淮海地区成功地进行了大面积防治大豆胞囊线虫试验,防效一般达60%以上,并有明显的促生长作用,大豆平均增产15%左右。4.2　影响大豆胞囊线虫生防的主要因素[2]Riggs和Wrathel认为,一个好的大豆胞囊线虫生防菌剂,应具备如下特征:(1)对线虫具有较强的寄生能力(平板寄生率大于60%);(2)对作物及高等动物无致病性;(3)可在适宜的pH值及温度条件下生长;(4)可在人工合成培养基上生长;(5)菌种已经过鉴定,作用方式已知;(6)具有使用方便的剂型,并且菌株在土壤中还要具有较强的竞争能力。可见,菌株的筛选是生防成败的关键。另外,还应该注意到生防菌株的田间防病效果与平板上寄生能力的大小并不总是一致的。Timper和Riggs[53]在测定丝孢菌ARF防效差异的过程中就发现体外弱的卵寄生菌可以对大豆胞囊线虫有很高的防效,而平板上初筛的“优良”菌株却不一定能达到高的防治水平,有些菌株甚至没有作用。因此他们认为,利用平板上卵寄生率的大小来确定菌株的优劣并不是一个十分可靠的筛选模式,还应该结合田间的作用效果。

人们利用同一种天敌或微生物代谢产物防治植物线虫时,有时效果很不稳定。如美国依阿华州立大学采用VA菌根防治大豆胞囊线虫,防效差异十分明显,这其中一个重要的原因就是土壤抑菌作用的影响。对我国主要大豆种植区土样测定表明,土壤中拟青霉、轮枝菌等食线虫真菌纯孢子萌发率大都低于20%[54]。Timper和Riggs[53]也发现土壤中微生物的存在会降低生防菌株ARF的活性。土壤抑菌现象的普遍存在,使土传病害的生物防治受到很大。在土壤环境中,生防菌要受到其它微生物的竞争、土壤理化性质、寄主条件等多种因素的影响。而通过改变生防菌的营养条件,改善菌体生存的微环境,则可以大幅度提高真菌孢子的萌发率,从而提高菌剂作用效果[54]。实验室及温室试验同时还证明一些有机质能够作用于线虫,减少其种群密度,促进真菌对线虫的寄生,并对植物具有一定的促生作用[43,55]。但是Matsuo等[56]却发现施用农家肥反而会增加大豆根上胞囊线虫雌虫的数量,并且使线虫的孵化率提高。有机物在控制线虫中的作用及其机制还需要进一步研究。另外,还应该注意到生防菌与土壤环境、病原物、寄主植物之间存在着极为复杂的关系,需要考虑多个位点、多种方式的综合效应。

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5　展望

5.1　剂型与贮存

应用生物菌剂防治植物寄生线虫,现普遍采用菌体󰃗基质混合制剂,不可避免造成用量过大、成本太高。而液体菌剂剂型和贮存的问题还没有从根本上得以解决。剂型研制也是真菌生防制剂商品化的一个难点,这主要是缺少合适的载体和使用技术。对于不同土传病害的防治,理想的运载体系是不同的,它决定于特定的微生物及其营养需求、作用方式、生物学特性等诸多因素。现在国外多用海藻酸盐颗粒、硅藻土、小麦粒、土壤、凝胶等作为载体吸附菌孢子,或采用干菌丝制剂[57～59]。但目前研制的大豆胞囊线虫生防菌剂常温下贮存期一般只有3～6个月,离商品制剂的要求还存在很大差距。5.2　大规模人工培养技术研究

一些专性寄生菌,如N.gynophila、巴氏杆菌等,虽能有效控制植物线虫,但到目前还不能在人工合成培养基上生长,因而了其应用。

通过生物手段来防治大豆胞囊线虫等植物线虫病害目前虽然还存在不少问题,但它以作用稳定持久、环境效益好、成本低等诸多优势为人们所接受和采用,而且生物防治在植物病虫害的防治中必将会发挥越来越大的作用。参考文献

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