植物內生真菌防治線蟲機制研究進展

姚玉榮　霍建飛

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

關鍵詞：內生真菌；線蟲；生防

中圖分類號：Q939 文獻標識碼：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，據估計每年給全球農業造成1 570億美元的經濟損失[1]。根結線蟲是對作物危害最為嚴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濟作物，尤其以茄科、葫蘆科、十字花科等最為嚴重。根結線蟲病害的危害程度僅次于真菌，已經超過細菌、病毒成為第二大植物病害[2]。蔬菜根結線蟲病害在我國保護地栽培中造成減產達20%～30%，嚴重時可達70%，甚至絕產，如番茄及黃瓜根結線蟲病害在華北。西北等保護地和華南露地泛濫成災[3-4]，已成為保護地發展的主要限制因素之一，防控形勢相當嚴峻。因此，研究環境友好型的根結線蟲防控技術是一項十分迫切和艱巨的任務。

目前，化學農藥是治理線蟲病害重要措施之一，其中應用最多的是土壤熏蒸劑和觸殺性殺線劑?；瘜W防治方法見效快，效果顯著，但是由于化學農藥的選擇性差導致農藥殘留高且難降解，存在破壞生態平衡、產生社會公害等系列問題。鑒于此，國家農業部提出“到2020 年農藥使用量零增長行動方案”，引導農業“綠色化”發展。在這個大環境下，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，重點研發高效低毒低殘留農藥以及生物農藥等新型產品，最有可能實現持續安全有效的防治植物寄生線蟲的目標。

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行防治[5]，主要包括食線蟲真菌、專性寄生細菌、病毒、捕食性線蟲等，其中研究最多的是食線蟲真菌。生產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]制成的商品制劑應用較多。近些年，植物內生真菌作為新興待開發的微生物源農藥資源，已經成為國內外研究的熱點。

1 植物內生真菌及其在線蟲防治中的應用概況

植物內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，利用內生真菌防治植物寄生線蟲具有明顯的優勢：內生真菌的大部分生活史在植物體內完成，其生存和繁殖受外部環境的影響小并且避免了與土壤中其他微生物間的強烈競爭[9-11]；內生真菌與根結線蟲具有相似的生態位，與根結線蟲直接接觸并發揮作用的機率增大[12]，能夠最大程度的發揮對根結線蟲的防治作用。由此可見，植物內生真菌的優點彌補了常規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，植物內生真菌在植物體內的分布具有普遍性和多樣性等特點，因此植物內生真菌可作為開發線蟲生物防治真菌的優質資源。目前已經報道的防治線蟲的內生真菌有枝頂孢霉（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]，菜豆擬莖點霉（Phomopsis phaseoli）[20]，青霉菌（Penicillium simplicissimum）[21]等。

2 植物內生真菌防線蟲機制

鑒于內生真菌可用于防治線蟲的優勢，近年來，相關研究報道越來越多，但主要集中在從植物內生真菌次級代謝產物中開發殺線蟲活性物質方面[22-23]，有關其作用機理的報道主要表現在以下幾個方面。

2.1 產生具有殺線蟲活性的次級代謝產物

線蟲體內存在大量的氧化還原酶和水解酶等，大多數內生真菌對線蟲的影響是通過產生次級代謝產物作用于線蟲體內的酶系統或者代謝反應，從而抑制并殺死線蟲[24]，故內生真菌次級代謝產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，次級代謝產物能夠直接作用于線蟲，有靶標性強、藥效快、環境相容性好且不易造成二次污染等優點，成為目前國內外研究的熱門領域[25-26]。植物內生真菌代謝產物繁多，已經發現的具有生物活性的代謝物質主要包括有機酸、生物堿、醌類、酮類、萜類、環丙烷類以及多肽和環肽類等[27-30]。

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

2.2 降低根系以及根圍土壤對線蟲的吸引

美國學者West等[13]首次發現分離于高羊茅的內生真菌枝頂孢霉（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量。2000年，Elmi等[14]報道了枝頂孢霉（A. coenophilalium）能夠顯著降低根結線蟲（Meloidogyne marylandi）和（M. graminis）的種群數量。Dababat等[17]研究發現，番茄被內生真菌尖孢鐮刀菌（F. oxysporum） Fo162定殖以后，對南方根結線蟲（M. incognita）的吸引力比對照降低56%；根系分泌物測定結果也顯示80%的二齡幼蟲移向對照根系的分泌物中，這表明定殖在植物根部的Fo162對線蟲的吸引力降低或者說對線蟲具有排斥力。

2.3 誘導植物對根結線蟲的系統抗性

研究發現內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獲得性抗性SAR，被稱為誘導系統抗性ISR[34]。內生真菌能幫助寄主植物獲得誘導系統抗性，誘導關鍵酶—過氧化物酶（PO）、多酚氧化酶（PPO）、苯丙氨酸氨裂解酶（PAL）、木質-硫乙醇酸lignothioglycolic acid（LTGA）、β-幾丁質酶和1，3-葡聚糖酶等活性升高[35-36]。根部內生真菌印度梨形孢（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生非致病鐮刀菌在香蕉上對穿孔線蟲（Radopholus similis）的誘導系統抗性，結果表明，與對照相比較，接種內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生鐮刀菌Fo162在番茄上誘導南方根結線蟲的抗性，相比對照，菌株定殖的根系南方根結線蟲的侵染率降低了45%。

2.4 營養競爭

植物內生真菌對植物寄生線蟲的作用機制可能與線蟲競爭空間和營養有關[38]。有研究發現內生真菌和植物寄生線蟲都能夠從膨大細胞中吸收糖類物質來獲取營養[39-40]，而糖類營養物質的競爭降低線蟲的繁殖率[41]。

3 植物內生真菌防線蟲機制存在的問題與展望

近20年來，植物內生真菌的研究受到科研工作者的廣泛重視，在內生真菌的生態學、資源開發等方面開展了系列研究，但多停留于應用研究階段，作用機理方面研究相對較少。植物內生真菌在線蟲防治機制研究中存在的問題主要包括以下幾個方面：（1）次級代謝產物物質不明確、合成途徑未知；（2）由于寄主基因型、內生真菌種類和環境條件對內生關系的影響極為復雜，內生真菌與寄主植物相互作用原理尚不明確。

隨著各項技術的迅速發展，使得利用分子生物學手段來闡明作用機制成為可能。如植物內生真菌尖孢鐮刀菌Fo162已經完成全基因組測序[22]，這對明確其代謝產生的殺線蟲活性物質合成途徑具有重要的意義。通過比較基因組學分析，挖掘內生真菌次級代謝產物合成基因從而解析內生真菌防線蟲機制。

雖植物內生真菌防治線蟲機制仍不夠清晰，但是可以肯定的是充分開發植物內生真菌資源，能夠促進線蟲生物防治及相關研究的發展，值得廣泛研究。

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