淺談白僵菌的分類

魏萬勇, 蒲 濤, 陳 雪, 劉渝鈴

(四川省蠶絲學校,四川 南充 637000)

白僵菌[Beauveriabassiana]是我國研究時間最長、應用面積最大的微生物殺蟲劑,也是目前農林業上防治食葉害蟲非常有效的生物農藥,其致病性強,殺蟲范圍廣,作用于松毛蟲、玉米螟、大豆食心蟲、甘薯象鼻蟲、馬鈴薯甲蟲、高粱條螟、小菜蛾、茶葉毒蛾、松針毒蛾、棉鈴蟲、稻葉蟬、稻苞蟲、稻飛虱等多種農林害蟲[1],特別是對玉米螟和松毛蟲,已經作為常規手段連年使用。另外白僵菌也應用于僵蠶人工飼養,傳統的中藥材僵蠶特指蠶蛾科昆蟲家蠶4～5齡的幼蟲感染(或人工接種)白僵菌[Beauveriabassiana]而致死的干燥體[2]。白僵菌應用如此廣泛,但在眾多微生物教材和研究文獻中,關于白僵菌的分類,實際上并不統一,甚至有些混亂,本文將針對白僵菌的分類進行探討。

白僵菌的研究,最先始于意大利昆蟲學家Bassi,迄今已有兩百多年的歷史。1807年蠶絲成為意大利的主要紡織品之后,當時白僵病作為一種流行性蠶病,導致養蠶業大幅減產,這種蠶病被稱為calcinetto或calcinaccio,也稱蠶硬化病或者鈣化病calcino,其后Bassi對此進行了長達30多年不間斷的研究。1816年,Bassi首次觀察到該病原真菌并且對病害癥狀進行了描述。1835年,該菌被歸入葡萄孢屬(BotrytisbassianaBalsamo),而后作為一種側孢霉(Sporotrichumglobuliferumspegazzini),1895年作為棒束孢(Isariavexans)。1911年,部分學者提出其應歸于尚未描述的一個新屬,1912年最終命名為白僵菌屬(Beauveria),這是微生物學歷史上第一次建立白僵菌屬[3]。白僵菌屬建立之后,其屬下種的分類經歷了較長時間的爭論:1926年白僵菌屬被分為球孢白僵菌[Beauveriabassiana]和致密白僵菌[Beauveriadensa]兩類,這一劃分持續到1954年,雖然還是分成兩類,但不同的是纖細白僵菌[Beauveriatenella]代替了致密白僵菌。至1972年白僵菌屬被重新劃分球孢白僵菌(Beauveriabassiana)、白色白僵菌[Beauveriaalba]和布氏白僵菌[Beauveriabrongniartii]3類,其中白色白僵菌無昆蟲寄生性另被分屬(側齒霉屬),布氏白僵菌也叫卵孢白僵菌。1975年,蠕孢白僵菌(Beauveriavermiconia)被分離出來,1982年相繼發現了多形白僵菌(Beauveriaamorpha)以及黏孢白僵菌(Beauveriavelata),1988年蘇格蘭白僵菌(Beauveriacaledonica)被分離出來,并為中國學者所證實。迄今為止,比較一致的觀點是:白僵菌共有6個代表種即球孢白僵菌(Beauveriabassiana)、布氏白僵菌(Beauveriabrongniartii)、多形白僵菌(Beauveriaamorpha)、蘇格蘭白僵菌(Beauveriacaledonica)、黏孢白僵菌(Beauveriavelata)和蠕孢白僵菌(Beauveriavermiconia)[3]。6個代表種在不同發育階段都有著相同或相似的形態特征,但也存在一定的差異(見表1)。在我國,以球孢白僵菌和布氏白僵菌兩種最為常見。

微生物分類學是研究微生物分類理論和技術方法的學科,按微生物親緣關系,把眾多微生物安排成條理清楚的各種分類單元,建立理想的自然分類系統,反映微生物進化的規律,擔負著分類、鑒定和命名三大任務。微生物的分類單位則跟動植物一樣,按順序排列為界(Kingdom)→門(Phylum)→綱(Class)→目(Order)→科(Family)→屬(Genus)→種(Species),種以下還可分為變種、亞種和菌株等。微生物的命名,除病毒外,均采用國際上通用的雙名法。微生物分類學是一門綜合性很強的學科,從古老的形態學到現代分子生物學的新成果,都可以吸收作為分類的依據,隨著微生物分類學的發展,進一步產生了許多的分支學科,如以細胞染色體為依據的細胞分類學,以血清反應為依據的血清分類學,以化學組分為依據的化學分類學等。白僵菌的分類實際上就是有關真菌分類依據和分類系統的一個問題。

白僵菌是一類真菌,有著真菌的共同特征:有細胞壁和成形的細胞核,無根、莖、葉分化,不含葉綠素,營腐生或寄生生活。到目前為止,人類發現的真菌有10多萬種,如何對如此龐大的真菌進行分類,迄今尚未統一。有的是從應用角度,把真菌分為3類:單細胞的真菌簡稱酵母菌(Yeast)、絲狀的真菌俗稱霉菌(Mould)以及在生活史過程中能形成大型子實體的真菌則稱為蕈菌(Mushroom)。特別需要指出的是,這種分類只是為了應用的方便,不能反映白僵菌的系統進化,也不是微生物分類系統的單元。但是目前大部分農林類職業院校微生物學教材以及在日常生活中,我們通常采用這樣的分類和描述方法。按照這樣的描述方法,白僵菌當屬霉菌類。因為霉菌是一類絲狀真菌的統稱,由菌絲組成,菌絲有隔或無隔,在基質上呈絨毛狀、絮狀或蜘蛛網狀,常產生不同顏色及形態各異的無性和有性孢子,白僵菌所有的形態學特征都與此相符。

而具體在分類學上,特別是傳統的真菌分類學上,主要采用的依據之一就是真菌的形態學特征。有的學者采用了恩斯特·貝西(ErnstBessey)的分類系統,它主要根據有性繁殖特點,把真菌分為三綱一類:即有性繁殖產生卵孢子和接合孢子的藻狀菌綱(Phycomycetes)、產生子囊和子囊孢子的子囊菌綱(Ascomycetes)、產生擔子和擔孢子的擔子菌綱(Basidiomycetes)以及沒有發現有性生殖、只有無性繁殖的半知菌類(Deuteromycota)。而目前各種教材和研究文獻普遍采用的是安斯沃斯 (Ainsworth)等人所著《真菌學詞典》所介紹的分類系統,該系統認為真菌屬于單獨成立的真菌界(Fungi),界以下分為粘菌門(Myxomycota)和真菌門(Eumycota),它在三綱一類的基礎上做出了調整,增減了部分分類單位,取消了藻狀菌綱,將相應的綱升級為亞門,即目前普遍采用的5個亞門系統,包括:無性繁殖產生具有鞭毛的游動孢子、有性繁殖產生卵孢子或休眠孢子囊的鞭毛菌亞門(Mastigomycotina);菌絲無隔、無性繁殖產生孢囊孢子、有性生殖產生接合孢子的接合菌亞門(Zygomycotina);無性繁殖產生分生孢子、有性生殖產生子囊孢子的子囊菌亞門(Ascomycotina);無性繁殖不發達、有性生殖產生擔孢子的擔子菌亞門(Basidiomycotina);以及無性繁殖產生分生孢子、沒有有性生殖的半知菌亞門 (Deuteromycotina)[5]。此外,也有采用其他如亞歷克索普洛斯(Alexopoulus)和唐納德.J.S.巴爾(Donald J.S.Barr)等的分類系統。綜合這些分類系統,它們對于真菌的分類,一般是依據菌絲、孢子、菌落和子實體的大小、形狀和結構等真菌的形態學特征,屬于古老的傳統真菌分類體系。

自1912年建立白僵菌屬以來,白僵菌屬下種水平的分類一直比較混亂,缺乏統一認識。部分種的歸屬,學界甚至存在很大的分歧[7]。白僵菌寄主繁多,生長環境各不相同,常常導致其形態特征的多樣性變化。我國對該屬的分類基本沿用了Macloed的分類方法,按分生孢子的形態不同來進行分類,由此分為球孢白僵菌和卵孢白僵菌兩個種類。但是這種分類明顯可見的問題是:卵孢白僵菌卵形孢子比例極高,球孢白僵菌僅有一半的球形孢子,因此,僅僅依據無性孢子—分生孢子的形態來進行分類,明顯缺乏說服力?？傊?對白僵菌屬的分類不僅需要綜合多種形態指標,還必須引入生理如營養指標、生化如代謝指標、核酸指標或其他指標。從形態特征來說,白僵菌菌絲有隔,菌落平坦,呈絨毛狀,能產生分生孢子,孢子形成后菌落呈粉狀,表面白色至淡黃色,分生孢子梗瓶狀,單生或分枝,分生孢子著生在小梗上,孢子呈球形至卵形。對其生活史了解不完全:未發現有性階段或有性階段不清楚,只有無性繁殖階段,而稱為半知菌。因此,依據安斯沃斯 (Ainsworth)的真菌分類系統,白僵菌傳統的分類為:半知菌亞門(Deuteromycontina) →絲孢綱(Hyphomycetales) →叢梗孢目(Moniliales) →叢梗孢科(Moniliaceae) →白僵菌屬(Beauveria)[6],在此分類系統下,白僵菌屬歸于半知菌類。

由于半知菌在整個菌物系統中的特殊性,形態學指針只能來源于無性階段。部分學者提出了不同的觀點:由于微生物形態學特征常會因營養成分、培養條件、培養時間和寄主的不同而發生變異[3],形態學特征不能作為真實種的鑒定依據,只可作為形式種被接受[4]。因此,白僵菌屬并非真實屬,只能被當作形式屬,其屬下各種的形態特征較為一致,實際上并無親緣關系(或親緣關系不清)?？傊?形態學特征無疑是白僵菌屬分類的重要指標,但對白僵菌屬種的鑒定,除了形態學指標以外,更應當兼顧其他指標,才能使分類更準確更科學。因此,在傳統分類研究的基礎上,現代微生物分類學引入了分子生物學技術,應用較多的主要有核糖體脫氧核糖核酸(rDNA)序列測定、線粒體DNA限制性片段多態性(RFLP)分析、隨機擴增多態性(RAPD)分析及脈沖場凝膠電泳(PFGE)分析等等。

微生物分類學是一門不斷發展的學科。近代科學的迅速發展和新技術的不斷滲透,特別是在分子生物學和生物工程深入發展的今天,人們對微生物的認識不斷深化,以形態為主的傳統分類方法已不能滿足現代分類鑒定的需要,現代分類方法不斷深化,鑒定指標不斷革新。如從傳統的分類學方法到數值分類法、從簡單形態指標、生理生化指標到遺傳學、分子生物學、細胞化學組分等指標,極大地促進了微生物分類學的發展。應用分子生物學技術,從遺傳進化角度闡明真菌種群之間和種間內的親緣關系,是當前真菌分類學的研究熱點,較之前傳統分類方法更全面也更準確,更能體現真菌種屬間親緣關系。隨著對白僵菌研究的不斷深入,特別是分子進化和系統發育的研究,將白僵菌重新進行了歸類組合。新版《真菌詞典》中的分類系統對原先的分類系統進行了修訂并作出了很大調整[8]。美國國家生物技術信息中心(NCBI)將白僵菌歸類為:真菌界(Fungi)→雙核亞界(Dikarya)→子囊菌門(Ascomycota)→盤菌亞門(Pezizomycotina)→糞殼菌綱(Sordariomycetes)→肉座菌亞綱(Hypocreomycetidae)→肉座菌目(Hypocreales)蟲草菌科→(Cordycipitaceae)→蟲草屬(Cordyceps)。目前,越來越多的文獻和研究采用了NCBI的分類標準,為了避免名稱混亂,方便學術交流,為科學分類和檢索奠定基礎,建議統一為美國國家生物技術信息中心NCBI的分類標準。