摘要:辣椒(Capsicum annuum L.)炭疽病是危害辣椒产业发展的病害之一,主要影响辣椒生长,引起烂果、幼苗死亡等,导致辣椒减产。分析了不同种类拮抗微生物对辣椒炭疽病的防治,辣椒抗性诱导技术,植物源杀菌剂提取与应用,以及目前国内外辣椒炭疽病生物防治技术的研究现状,并就辣椒炭疽病生物防治技术前景进行了展望。
关键词:辣椒(Capsicum annuum L.);炭疽病;生物防治;拮抗作用
中图分类号:S436.418.1+1;S476 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2014)11-2481-04
Advances on Biologically Controling Pepper Anthracnose
JIANG Gui-fanga,SONG Lib
(a.Department of Forestry and Life Science;
b.Department of Materials and Chemical Engineering, Chongqing University of Arts and Sciences, Chongqing 402160, China)
Abstract: The pepper anthracnose is harmful to the development of pepper industry and mainly causes large number of pepper deciduous leaves, rotten fruit, seedling death, affects the yield and quality of pepper. The control of the different types of antagonistic microorganisms for pepper anthracnose, the technology of inducing pepper resistance, the application of plant fungicide,and biological control of pepper anthracnose at home and abroad were reviewed. The prospects of the biological control of pepper anthracnose were proposed.
Key words: pepper(Capsicum annuum L.); anthracnose; biological control; antagonistic
基金项目:重庆市教委科研项目(KJ081203);重庆文理学院校级科研项目(Y2009SK64)
辣椒(Capsicum annuum L.)炭疽病是危害甜椒、辣椒生产的主要病害之一,可引起辣椒落叶、烂果、幼苗死亡,严重时会造成20%~30%的减产,影响辣椒的产量和品质。辣椒炭疽病与辣椒病毒病、辣椒疫病称为辣椒的三大病害,发病严重,分布广,不论是露地种植还是保护地种植,染病的机率都很高,茎叶染病易造成落叶,果实染病则失去商品价值[1,2]。目前,辣椒炭疽病的防治主要集中于施用化学农药及抗病品种选育等农业措施,大量化学农药的长期使用导致农药残留、病虫害抗性增加、环境污染等问题,严重影响农业可持续发展。而抗性育种难度大,周期长,相应的农业措施复杂,经济投入大。生物防治是利用有益生物或其他生物来消灭或抑制有害生物,受到广泛采用和具有良好生态效益、环境效益与社会效益的一种病虫害防治方法,因其具有对环境、生态和人类健康安全的优点,符合农业的可持续发展,是当前和未来植物病害防治的发展趋势。本文就近年来国内外有关辣椒炭疽病生物防治技术进行总结分析,主要从拮抗微生物的筛选应用、诱导抗性和植物源农药3个方面进行阐述,可对生物防治特别是辣椒炭疽病的生物防治提供参考,并对辣椒炭疽病的生物防治技术前景进行了展望。
1拮抗微生物对辣椒炭疽病的防治
目前,国内外针对植物病害生物防治多数采用的策略是从自然界筛选拮抗微生物,通过其营养竞争、重寄生、诱导抗性及产生抗生素、水解酶等多种方式作用于病原菌丝,从而来抑制病原菌的生长[1]。该方法也广泛应用在其他农作物病害的生物防治研究中,其研究的技术路线是微生物的筛选-纯化-抗性检测-试验应用。
目前所报道的辣椒炭疽病的拮抗微生物种类较多,包括拮抗细菌、拮抗真菌及拮抗放线菌,部分研究成果对拮抗微生物的抑菌成分及拮抗机制也进行了探讨和研究。
1.1利用细菌对辣椒炭疽病产生拮抗性的防治
自然界中细菌数量种类繁多,已报道的对辣椒炭疽病有效的拮抗细菌主要有枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等。芽孢杆菌是土壤和植物微生态的优势微生物种群,具有很强的抗逆能力和抗菌防病作用,一些性状优良的天然分离菌株已成功应用于植物病害生物防治,在生物防治中应用前景十分广阔。
何红[2]从辣椒植株体内分离得到2株内生枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)BS-2和BS-1,对胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)引起的辣椒苗和果炭疽病具有良好的防治效果,菌株培养液对苗期炭疽病的防效分别为81.5%~93.3%和66.1%~79.2%,对果炭疽病的防效分别为80.0%~100.0%和60.0%~100.0%。两株菌体及其胞外分泌物对辣椒炭疽病菌(Colletotrichum capsici)的菌丝生长、分生孢子产生和萌发及附着胞形成均有明显的抑制作用。BS-2分泌的抗菌蛋白对热稳定并抗紫外线照射,可能是一种环脂类抗菌肽,该抗菌多肽主要的防病机制可能是抑制病菌生长,引起菌丝(或芽管)细胞消融,导致菌丝畸形以及抑制病菌分生孢子的产生和萌发等。BS-2和BS-1两菌株可以在辣椒体内定殖,对辣椒有明显的促生效果。蔡学清等[3]的试验表明,经内生菌BS-1、BS-2与病菌同时处理的辣椒果体内过氧化物氧化酶(POD)、苯丙氨酸氨解酶(PAL)、过氧化氢酶(CAT)活性、超氧离子自由基(O2-)产生速率及丙二醛(MDA)含量均较只经病菌处理的低;而可溶性蛋白质含量分别比清水对照处理的高168.0%和137.5%,比病菌对照处理的高97.2%和92.3%。表明BS-1、BS-2菌株能促使寄主尽快地接收病菌侵染的信号并迅速传递,及时启动防卫反应,使寄主对病菌侵染的反应较迟钝,以保持正常的生理状态。
张晓阳[4]采用载玻片培养法筛选到4株能抑制辣椒炭疽菌附着胞形成的枯草芽孢杆菌,可使炭疽孢子呈不规则膨大,附着胞膨大及畸形。秦刚等[5]在研究枯草芽孢杆菌N-193对辣椒炭疽菌菌丝作用时,发现拮抗菌能抑制病原菌菌丝生长,菌丝在生长前沿集结成一条线,早期表现为菌丝顶端或中部肿胀,形成大量囊状体,菌丝直径变得较大,而后期表现为囊状菌丝细胞壁破裂,表明菌株N-193与病原菌竞争营养空间,同时还分泌抗菌物质直接破坏病原菌细胞,导致病菌丧失对植物的侵染能力和在植物上定殖的能力。
李华[6]用地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)BY-3的活菌液、无菌滤液和高温灭菌液做抑菌试验,对辣椒炭疽病的防效为45.1%~68.1%,活菌液对病原菌的防治效果最好,而培养液在高温灭菌后其抑菌能力显著降低,表明其中抗菌物质耐热性不强,该抗菌物质能直接破坏炭疽病菌菌丝与孢子,从而影响其正常生长。
国内外学者试图通过研究附着胞形成过程中的信号转导,探索新的控制病害方法,从细菌的次生代谢产物中发现炭疽菌具有典型的潜伏侵染的特性。Kim等[7]研究发现在大肠杆菌内表达的辣椒酯酶能抑制胶孢炭疽菌和Magnaporthe grisea附着胞的形成,从而控制病害的发生。其作用机理是该酶通过调制依赖环腺苷酸信号途径(cAMP-dependent signaling pathway)来控制附着胞形成。
1.2利用放线菌对辣椒炭疽病产生拮抗性的防治
放线菌是土壤中一类重要的微生物,也是人们研究最早并广泛应用于农业生产中的一类拮抗微生物。解娜等[8]从100多株放线菌中筛选到10株对辣椒炭疽病菌拮抗作用较强的放线菌,其中以18号菌株的抑菌效果最好,发酵液稀释10倍抑菌率达到68.2%,经鉴定该菌株为华丽黄链霉菌(Streptomyces flaveus)。张兴等[9]从食用菌发酵料中分离得到4株抑制辣椒炭疽病菌的放线菌,该放线菌所产生的次生代谢物质可以使病原菌的菌丝生长受阻而不能向空中伸展,同时还能抑制孢子的萌发或杀死孢子。李孜等[10]分离筛选到2株链霉菌A和B,2株菌株的发酵滤液稀释10倍后对炭疽病菌菌丝生长的抑制率分别达到48.9%和71.8%。田间试验中两株拮抗菌培养液稀释50倍后,病果减少率分别为63.16%和59.65%,防治效果分别为63.60%和64.26%,表明筛选到的拮抗菌具有较好的防治辣椒炭疽病的应用前景[11]。朱宏建等[12]研究报道放线菌ND045对辣椒炭疽病菌菌丝生长抑制率达71.60%,对发酵条件优化后的菌丝生长抑制率最高达到82.61%。
1.3利用真菌对辣椒炭疽病产生拮抗性的防治
自然界中存在许多对植物病原菌具有拮抗作用的真菌,如木霉菌(Trichoderma spp.)、毛壳菌(Chaetomium spp.)、曲霉菌(Aspergillus)等,其中部分拮抗真菌已被制成商品菌剂出售。
木霉具有较高的几丁质酶活性,生长繁殖能力强,适应性强,广泛存在于土壤中。郭敏等[13]研究拟康氏木霉对多种病原菌的抑制作用,发现对辣椒炭疽菌的抑制率达到91%,主要通过营养和空间竞争来抑制病原菌生长。谭悠久等[14]对实验室分离保存的毛壳菌菌种代谢产物进行抗真菌活性筛选试验,发现毛壳菌CH21发酵液对辣椒炭疽菌有较强的抑制作用。张京良等[15]用有机溶剂乙酸乙酯和正丁醇萃取花脸香蘑(Lepista sordida)LS7的发酵液,得到的乙酸乙酯相与正丁醇相产物对辣椒炭疽病均具有良好的抗菌活性,抑菌圈直径大于15 mm。王欢等[16]测试了40株昆虫病原线虫共生菌菌株的发酵液对辣椒炭疽病菌的抑菌活性,结果表明,40株共生菌菌株的发酵液对辣椒炭疽病菌均有一定的抑制作用,其中高毒力菌株A24-1具有较强的抑菌活性,抑菌圈平均直径可达到40.00 mm,是一株极具发展潜力的生防菌株。Chanchaichaovivat等[17,18]从水果蔬菜中分离得到4株拮抗辣椒炭疽病菌的酵母菌R13、R6、ER1、L2,生物防效分别为93.3%、83.1%、76.6%、66.4%。经鉴定4株酵母菌R13、R6、ER1、L2分别为季也蒙毕赤酵母、假丝酵母、东方伊萨酵母、白色念珠菌。季也蒙毕赤酵母R13菌株能有效地将辣椒炭疽病(果实)的发病率降低至6.5%,并且能降低辣椒在低温贮藏期的发病率,防效胜于传统的氯化水。R13菌株主要通过与病原菌产生营养竞争、吸附病原菌及分泌产生水解酶来拮抗病原菌。
2诱导辣椒抗病性的防治
植物诱导抗性是指经物理的、化学的以及生物的方法诱导后,植物体内产生的对有害病原菌的抗性现象[19]。植物利用诱导因子激发植物自身的抗病性,使植物潜在的抗病基因表达为抗病表型,以达到控制植物病害的目的,既不污染环境,又有利于农业的可持续发展,因此愈来愈受到人们的重视。目前有关对炭疽病的致病机制研究相对较少,有研究发现寄主对病原物的抗性包括诱导抗性,诱导抗性物质主要有木质素、羟脯氨酸、酚类物质和各种酶类等。张欣等[20]对3个辣椒品种的研究表明,在感染炭疽病后,其苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)呈上升趋势,且同工酶带增多。
张兴锋等[21]从红树林植物中分离得到一株植物内生解淀粉芽孢杆菌CⅢ-1,该菌产生的胞外抗菌蛋白对辣椒炭疽病菌具有较强的拮抗性。将CⅢ-1抗菌蛋白粗提液喷雾后立即接种辣椒炭疽菌,9 d的防治效果为81.82%,13 d的防治效果仍有52.00%;抗菌蛋白处理辣椒果实后,可溶性蛋白、MDA含量和超氧化物歧化酶(SOD)变化不明显,而过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)3种防御酶在辣椒体内都有明显提高,但各酶活提高程度、酶活高峰出现的时间不同,说明不同的酶在辣椒体内发挥作用的时间不同[22]。表明CⅢ-1抗菌蛋白可通过诱导植株防御酶系活性的提高增强植株的抗病性。Hong等[23]研究证实,β-氨基丁酸(BABA)能诱导辣椒对炭疽病菌获得抗性,诱抗效果达到75%上,显著高于已商品化注册的BTH诱抗剂。用1 000 μg/mL的BABA对八叶期的辣椒进行灌根处理,BABA诱导一段时间后能产生足够的抗性物质,经BABA诱导处理后,植株体内过氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)的含量明显升高,说明它们可能参与了抗性机制的运行过程。Edirisinghe等[24]的研究发现,壳聚糖能显著提高辣椒的抗炭疽病能力,适宜范围为1.5%~2.0%,经2.0%壳聚糖处理的辣椒,7 d后炭疽病菌菌丝的生长速率降低了70%;1.5%和2.0%壳聚糖对病原菌孢子萌发的抑制率分别为80%和84%。经1.5%壳聚糖处理的辣椒,贮藏28 d后辣椒果实炭疽病下降约76%。在甜椒贮藏期间接种1.5%和2.0%的壳聚糖能增加多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)和总酚的含量,表明壳聚糖通过诱导防御相关酶来抵抗辣椒炭疽病。
3以植物源提取的杀菌剂
利用植物提取物作为杀菌剂比杀虫剂的研究相对较少,但是,植物仍被认为是化学合成杀菌剂替代品最好的可开发资源。植物源杀菌剂是利用有些植物里含有的某些抗菌物质,杀死或有效抑制某些病原菌的生长发育。植物体内产生的次生代谢产物如生物碱类、抗毒素、类黄酮类、有机酸类、蛋白质类和酚类化合物等均有杀菌或抗菌活性。
从槐定碱中提取的生物碱对辣椒炭疽病菌具有较强的抑制作用[25]。据张新强等[26]的报道,黄芩提取物对辣椒炭疽菌具有较强的抑菌作用,EC50达到8.56 mL/L。柚皮内含有丰富的黄酮类物质,对多种真菌病害具有较高的抑菌活性。肖琳等[27]研究发现柚皮的95.0%乙醇提取物对辣椒炭疽菌的抑菌率可达到72.9%;而柚皮的乙酸乙酯萃取物对辣椒炭疽菌的EC50达到0.45 mg/mL。刘晶瑜等[28]对丁香、肉桂、白果、大黄等10种药用植物进行抑菌活性试验,结果表明丁香、肉桂的提取物在试验最低浓度为0.02 g/mL时,对辣椒炭疽菌的菌丝生长抑制率仍高达100%,而大黄、木香、黄芩的提取物对辣椒炭疽病菌丝的抑制率也高达89%以上。95%小蘖碱能够有效抑制辣椒黑点炭疽菌和红色炭疽菌的菌丝生长,对2种辣椒炭疽菌的EC50分别为44.505 8和39.247 5 mg/mL,田间试验表现出良好的防治效果[29]。金玉兰等[30]的研究结果表明,在供试浓度为5.0 mg/mL时,合欢叶乙醇提取物对辣椒炭疽菌(Colletotrichum capsici)的抑菌活性较大,抑菌率为48.81%,EC50达到9.770 mg/mL。
4问题与展望
目前看来,有关拮抗微生物的筛选应用仍是辣椒炭疽病生物防治的重点研究对象,在拮抗菌株的分离、防效、拮抗机制方面的研究已取得明显进展,但仍然存在一些问题:①筛选拮抗微生物在一定程度上能起到防治辣椒炭疽病的作用,但在田间应用中存在作用不稳定、受生态环境因素影响多等问题。蒋志强等[31]研究认为,引入生防微生物对土壤没有长期影响,但不同微生物的生理特性不同,因此在生防产品注册之前仍然需要对其做相应的风险评估。②明确拮抗微生物的活性物质与环境因素间的关系以保证田间防效的稳定是需要进一步解决的问题。③拮抗微生物的获得有利于加快辣椒抗病品种的选育,通过基因工程技术,将拮抗微生物中的抗病基因导入辣椒中,获得具有较高抗病性状的辣椒,将是未来生物防治研究的热点。
近年来由于传统化学农药长期使用带来的种种弊端,越来越多的研究者将研究目光转向植物源杀菌剂。但在防治辣椒炭疽病方面,对植物源杀菌剂的研究不多,而且多数研究还只是停留在植物粗提物的抑菌活性方面,由于植物粗提物成分复杂,还需要对提取物成分进行分离、鉴定,对其中的有效活性成分、结构及构效关系进行深入研究。随着对炭疽病、生防资源及生态学方面研究的深入和现代科技的进一步发展,相信辣椒炭疽病的生物防治会取得更多进展。
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