第十一章 植物病害生物防治l基本概念l植物病害生物防治的发展历史l植物病害生物防治的理论基础l植物病害生物防治的途径和措施l植物病害生物防治的成功案例一、基本概念l植物病害生物防治：就是利用生物及其代谢产物防治植物病害，控制病原体，其实质就是利用生物种间、种内关系，调节有害生物种群密度l传统植物病害生物防治：在农业生态系统中调节寄主植物的微生物环境，使其有利于寄主而不利于病原，或者使其对寄主与病原物的相互作用产生有利于寄主而不利于病原物的影响，从而达到防治病害的目的这一概念由我国植物病理学家陈延熙根据多年的实践和国际上生物防治的发展方向于1980年代提出，表明人们对于病害生物防治的认识已从单纯依靠拮抗微生物来控制病原或病害，发展到借助多种因素来创立一个有利于寄主而不利于病原物或病害发展的生物环境，以实现病害防治l广义植物病害生物防治：使用自然的或改造的生物体、基因产物降低有害生物作用，并有益于有益生物如作物、树木、动物、益虫及微生物这一概念由美国农业部提出，包括了寄主植物抗病性的利用及有益生物代谢产物的利用二、植物病害生物防治的发展历史l植物病害生物防治的科学记载是从Stanford（1926）报道土壤中某些拮抗性微生物对于土传病原菌的抑制开始的。
l当时美国马铃薯上发生一种放线菌Streptomyces scabies引起的疮茄病，Millard于1921年曾报道施用绿肥可以减轻这种病害，而经Stanford分析证明是由于绿肥促使土壤中拮抗微生性放线菌增长所致，并指出其防治的生物学实质并在植物病理学中首先使用“生物防治”一词，但这一发现当时并未引起普遍关注l1940年代，青霉素的问世，人们再次掀起寻找拮抗微生物的高潮，尤其是土壤腐生拮抗放线菌发展较快，植物病害生物防治方面也开展了拮抗性放线菌的分离应用研究，主要作为一种活菌剂用于土壤和种子处理以防治苗期病害，收到显著效果1.拮抗微生物的发现与应用阶段l农用抗生素是随医用抗生素的发展而发展起来的，起初有些植病工作者利用医用链霉素和土霉素防治果树、蔬菜病害，收到一定效果，因而引起广泛注意l1950年代，日本因汞制剂停止生产使用，开始加强农用抗生素的研究1958年，竹内等筛选出灭瘟素（blasticidin S），用于防治稻瘟病，取得显著效果l日本相继筛选出春日霉素（kasugamycin）、多氧霉素（polyoxin）、有效霉素（validamycin），都有较大批量生产，曾一度代替化学农药在生产上大面积应用，产品远销许多国家。
l俄罗斯、美国、英国、日本、德国、匈牙利、意大利、印度和丹麦等果，都已把农用抗生素的研究列入国家重点规划，受到特别重视2.农用抗生素研究与应用阶段l1950年代初期，曾筛选出一批有效菌种用于生产实践l1950年代1960年代，集中研究放线菌及其代谢产物对植物病原菌拮抗作用和防病机理，尹莘耕等（1955,1959）对链霉菌5406抗生菌剂的研制是这一时期的代表性工作l1970年代末至1980年代末，植物保健菌、增产菌制剂的研制，提出“植物体自然生态系”的论点，促进了植物病害生物防治研究的发展（陈延熙等，1985）l1980年代中后期，以芽孢杆菌为主的多种拮抗剂研究报告陆续发表，同时，应用于植物病害生物防治的交叉保护、诱导抗性、防病抗病遗传工程植物和微生物的研究也取得瞩目的成果3.我国植物病害生物防治的研究与应用三、植物病害生物防治的理论基础l植物病害的发生与3个方面因素有关，即病原物、寄主和环境条件（如温度、湿度、光照等）这些因素的变化、平衡会影响植物病害的发展或不发展、发生的轻与重自然条件下，病原微生物与许多种病原物之间存在着拮抗、竞争关系l病害生物防治技术就是把自然状态下，与病原微生物存在拮抗作用或竞争关系的极少量微生物，通过人工筛选培养、繁殖后，再用到作物上，增大结抗菌的种群量，或者将结抗菌中起作用的有效成分分离出来，进行工业化大批量生产，作为农药使用，达到防治病害的目的。
前者称为微生物农药，后者称为农用抗生素这是植物病害生物防治的基本原理l病害生物防治菌对病原菌的作用包括抗生、重寄生、竞争、捕食、交互保护和诱导抗病作用等方式一）抗生作用l抗生作用（antibiosis）是指生物防治菌能够产生对病原微生物具有抗生作用的物质，如几丁质酶、抗生素、细菌毒素等，能限制、控制或影响病原微生物的生存或活动，甚至杀死病原微生物l生物防治菌在生长过程中产生抑菌活性的代谢产物抑制病原微生物生长，在试管培养（in vitro）上可以经常观察到，即抑菌圈抑菌圈是福莱明发现青霉素的过程中提出的一个词汇他发现，接种了青霉的培养皿中，青霉的周围不生长细菌，而在远离青霉的地方有细菌生长不生长细菌的地方，是一个以青霉菌落为圆心的规则圆圈，这个圆圈被福莱明称为抑菌圈1.概念l抗生物质是指微生物（尤其是放线菌）在生长过程中所产生的低分子质量的次生代谢产物，在较低浓度下能抑制其他生物的生长或将其杀死的活性物质l早期研究中发现微生物产生的抗性物质由于对细菌有抗菌或杀菌活性，用于治疗由细菌引起的疾病，故称为抗生素（antibiotic），后来发现抗生素还有一定的杀虫、除草、抗肿瘤、抗病毒和抗寄生虫的功能。
l抗生素在植物病害生物防治中同样具有重要作用，同一生物防治微生物菌株可以产生多种抗生素，不同的生物防治微生物也可产生相同的抗生素l如芽孢杆菌、木霉、假单胞杆菌以及放线菌都能分别产生各种抗菌物质芽孢杆菌木霉假单胞杆菌放线菌lSilo-Suh等（1989）用离子交换色谱和高压纸电泳（HVPE）从蜡样芽胞杆菌Bacillus cereus UW85菌株中分离到分子质量为396 u的线状聚酰胺类抗生素zwittermicin A，以及包含有二糖的氨基糖苷类抗菌素antibiotic B，对紫花苜蓿猝倒病菌苜蓿疫霉Phytophthora medicaginis具有抑菌作用作用机理是zwittermicin A抑制菌丝生长，而antibiotic B则使菌丝肿胀zwittermicin Aantibiotic B紫花苜蓿lLeifert等（1995）用薄层色谱法从枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis CL27和短小芽孢杆菌Bacillus pumilus CL45的肉汤发酵液中分离到3种抗菌物质，其中2种经TDM试剂处理在薄层色谱TLC板上表现为蓝色至蓝绿色，证明为肽类lHan等（2005）利用H-NMR、C-NMR、HMBC、HMQC以及质谱仪鉴定了Bacillus sp.产生的大环内脂A（macrolactin A）和脂肽iturin A（伊枯草菌素）能抑制疮茄病链霉菌Streptomyces scabiei。
枯草芽孢杆菌菌落枯草芽孢杆菌菌体lMaget-Dana等（1994）研究表明，iturin的作用机制是其分子将疏水端插入细胞膜自动形成一个“孔道”造成细胞质的渗漏大环内脂A（macrolactin A）脂肽iturin A（伊枯草菌素）lSantos和Marquina（2004）利用SDS-PAGE从膜醭毕赤酵母Pichia membranaefaciens CYC1106菌株中分离纯化分子质量为18 ku抗葡萄灰霉病菌Botrytis cinerea蛋白killer toxinl季也蒙毕赤酵母Pichia guilliermondii能够向外分泌降解病原菌细胞壁上的-1,3-葡萄糖酶，当这种酵母菌与灰霉病菌的菌丝体分离后，灰霉病菌菌丝体上原与酵母菌链接的部位出现坏死和部分细胞壁降解的区域lNielsen等（2002）发现，甜菜根际沙壤土中的荧光假单胞杆菌Pseudomonas fluorescent产生具有抗生素作用和表面活性的环形脂肽CLP（cyclic lipopeptide）l国外研究较多的生物防治菌株荧光假单胞杆菌能合成多种抗菌活性的代谢产物，如氢氰酸（HCN）、2,4-二乙基间苯三酚（2,4-DAPG）以及藤黄绿脓菌素（pyoluteorin）；木霉还能产生多种抗菌活性物质和具有抑菌作用的酶类，在生物防治中扮演重要角色。
2.抗生物质的类别（1）一般分类l小分子的多糖物质，即抗生素l微生物产生的有毒代谢物l大分子的抗菌蛋白（多肽、脂肽）或细胞壁降解酶类（胞外酶）以及嗜铁素等葡聚糖酶（2）根据化学结构分类l-内酰胺（-lactam）类抗生素：分子结构中含有一个-内酰胺的四元环，抑制细菌细胞壁的主要成分肽聚糖的合成，如青霉素和头孢美素等l氨基糖苷（aminoglycosides）类抗生素：分子解雇中具有糖苷或氨基糖苷，如链霉素和庆大霉素链霉素庆大霉素l四环素（tetracylines）类抗生素：在核糖体水平抑制蛋白质合成，如四环素l蒽环（anthraclines）类抗生素：含有一个蒽环，在DNA水平干扰拓扑异构酶（toposiomerase）的活性，故常作为抗肿瘤药物，如柔红霉素四环素第一个被发现的蒽环类抗生素-柔红霉素（3）根据用途分类l分为农用抗生素和医用抗生素农用抗生素即应用于农业生产中用于防治病、虫、草等有害生物的抗生素，当前很多类别已发展为生物农药l自1950年代日本开发出第一个农用抗生素杀稻瘟菌素-S以来，农用抗生素研究取得了巨大进展，我国生产的井冈霉素、武夷霉素、变构霉素等抗生素，已广泛应用于农作物病害的防治，在植物病害生物防治中发挥了重大作用。
4）根据来源分类l天然抗生素：由微生物代谢过程中产生的抗生素；l半合成抗生素：通过对天然抗生素进行化学修饰合成获得的抗生素；l全合成抗生素：仿照天然抗生素的结构，完全采用化学合成方法合成的抗生素3.抗生物质的特点l化学结构复杂：与化学合成农药相比，大多数农用抗生素化学结构较为复杂l应用剂量低：由于抗生物质生物活性高，故极低的剂量浓度对病原物起到的良好的抑制效果l环境相容性好：抗生素作为来自于自然界微生物的次级代谢产物，具有易于被生物或自然因素分解、在环境中不易积累、残留期短的优点，具有迅速的资源再生性l生物选择性高：大多农用抗生素对高等动物和非靶标生物的毒性很低，环境安全，与化学合成农药相比，对有害生物相对不易产生抗药性l生产过程安全：在生产过程中，排污少，对环境负面影响较小，且其副产品还可以加工为饲料或肥料等再度利用4.抗生作用的生物防治机制l直接作用于病原菌而产生抑制作用l造成病原菌细胞畸形，产生大量泡状物破坏细胞壁，引起细胞内含物外溢如木霉可产生几丁质酶、-1,3-葡聚糖酶、纤维素酶和蛋白酶等来分解植物病原物的细胞壁l生物防治微生物产生的抗菌蛋白及胞外裂解酶类，在不同阶段作用于DNA和RNA合成、蛋白质合成、能力代谢系统、细胞壁等，表现出抑制菌丝生长使菌丝畸变原生质凝聚和小分子物质外流等。
不同抗生素的作用位点不同，如链霉素、杀稻瘟菌素-S、春日霉素等作用于蛋白质合成系统l通过作用于植物而抵御病菌l通过作用于植物体，通过提高植物抗病性而抵御病菌的侵害如农抗-120通过提高植物的抗病力而减缓病害的破坏作用二）重寄生作用l寄生是一种微生物生活在另一种微生物细胞中或细胞表面，从寄主中取得养料，并引起寄主病害l重寄生作用（hyperparasitism）是指一些病原菌被寄生的现象在真菌的重寄生作用中，寄生的真菌被称为菌寄生菌或重寄生菌（hyperparasite），被寄生的真菌则称为寄主真菌（mycohost）l重寄生菌类有木霉Trichoderma、轮枝菌Verticillium、Laetisalia、冬虫夏草中的粉红胶酶Gliocladium等真菌，能够寄生在作物病原菌上，一些专性寄生性的病原真菌如白粉菌、霜霉菌和锈菌等被真菌寄生的现象广泛存在1.概念l重寄生菌靠趋化性和特异性植物凝血素的凝集作用来识别寄生菌，然后缠绕寄生在病原菌的菌丝上或侵入菌丝内，可以抑制其活性在部分寄生真菌的细胞壁上可观察到侵入孔，这是重寄生菌产生的葡萄糖酶、甲壳酶溶解病原菌细胞壁的结果l重寄生菌作为。