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木霉菌生物防治作用機理與應用研究進展

日期:2013/04/11 瀏覽:

木霉菌Trichoderma是自然界廣泛分布的生防真菌,至少對18個屬20余種病原真菌和多種病原細菌有拮抗作用。目前國際上五大洲60多個國家使用100多種含有木霉菌成分的生物制劑產品,年銷售額達2.5億美元。木霉菌主要用于防治各類植物的土傳病害,以及部分葉部和穗部病害。木霉菌不僅能防病,還具有促進植物生長、提高營養利用效率,增強植物抗逆性和修復農化污染環境等功能。隨著基因工程和系統生物學技術的應用,尤其是植物免疫理論——微生物相關分子模式(microbe-associated molecular patterns,MAMPs)的發展,極大推動了木霉菌生物防治基礎理論研究,促進了木霉菌在農業中更加廣泛的應用。

1 木霉菌“組學”研究

近年來木霉菌基因組、轉錄組、蛋白質組和代謝組方面研究發展迅速,基因組和EST測序、基于微陣列(microarray)和宏陣列(macroarray)的表達譜分析已成為挖掘木霉菌基因和研究作用機理的重要工具。在基因組學研究方面,已構建了哈茨木霉T.harzianum等木霉菌的EST的cDNA文庫,鑒定出多種新基因。完成了3個木霉菌種(里氏木霉T.reesei、綠木霉T. virens和深綠木霉T.atrovide)的基因組測序。里氏木霉的基因組為34Mb、9129個編碼基因,綠木霉為38.8Mb、11643個基因,深綠木霉為36.1 Mb、11100個基因。估計哈茨木霉和綠色木霉T.viride的基因組分別為31Mb和39Mb。Martinez等研究表明:木霉菌基因組中的相關基因以家簇形式存在,呈現有規律的定位和組合,而且與種有特異關系。

Hernández-Oňate等通過高通量基因測序技術,在深綠木霉中發現了12個轉錄因子、DNA修復酶、分子伴侶和一系列分子化伴侶,鑒定出與分生孢子產生相關的光響應和機械損傷激發活性氧誘導的相關基因。通過實施TrichoEST功能基因組項目,已測序25000個表達序列標簽(EST),描述了13814個特異轉錄本,鑒定出編碼幾丁質酶、葡聚糖酶、蛋白酶、疏水蛋白和鋅指蛋白的基因以及沃魯寧體(woronin body)形成相關基因和多種抗逆相關基因。通過抑制差減雜交文庫(SSH)或快速差減雜交文庫(RaSH)方法鑒定出多種在病原菌和環境脅迫因子作用下上調表達的基因,如 hex1、ABC、HSP和編碼單加氧酶、疏水蛋白、棒曲霉素類蛋白(expansin-lik。protein)、MAPK的基因等。Ihrnark等研究了深綠木霉與病原菌互作相關的幾丁質酶基因家簇成員表達變化和分子共進化位點網絡。目前克隆的木霉菌基因多數與重寄生作用和誘導植物抗性有關,如Sm1、幾丁質酶基因(20-36個幾丁質酶基因,如chit42、chit33和chit18等)、葡聚糖酶基因(gluc78)、蛋白酶基因(pr1和p6281)、細胞壁疏水性類蛋白基因(qid74)和木聚糖酶基因(xyn2),其中p6281和qid74為新基因。我國在木霉菌基因組學方面也有一些研究。哈爾賓工業大學通過建立棘孢木霉T.asperellum T4 cDNA文庫,獲得了3114個EST,鑒定出15個基因在木霉菌與核盤菌Slerotinia Sclerotiorum和立枯絲核菌Rhizoctonia solani 對峙培養中差異表達。在木霉菌蛋白質組學研究方面,主要研究了上述3種基因組已測序木霉菌在病原菌細胞組分和宿主植物誘導下的差異表達蛋白。它們的線粒體蛋白質組、分泌蛋白質組、細胞膜蛋白質組和抗菌肽組已得到鑒定。木霉菌-病原菌、木霉-植物、植物-木霉菌-病原菌互作的相關蛋白質組研究是近年研究的熱點。在代謝組學研究方面,主要利用LC/MS/MS等方法鑒定木霉菌代謝產生的大量酶、激素、信號分子和抗生素等。

2 木霉菌生物防治機理研究

2.1 木霉菌次生代謝與抗生作用

木霉產生的揮發性和非揮發性抗菌次生代謝產物多達幾百種。如哈茨木霉可產生12種,綠色木霉、康寧木霉和鉤狀木霉分別可產生10、9和7種。主要有蒽醌類、烷基吡喃酮類、聚酮類、異腈類、二酮哌嗪類、倍半萜烯類、類固醇類和肽醇類等。目前只有少數次生代謝物,如膠毒素(gliotoxin)、二甲氧基木霉素(dimethoxy gliotoxin)、綠粘帚霉毒素(glioviren)、heptelic acid、綠膠霉素(viridin)、綠毛菌醇(viridiol)和抗菌肽等得到鑒定。上海交通大學對6株拮抗性較好的木霉菌進行了peptaibols類抗菌肽檢測,共檢測得16種peptaibols類抗菌肽,發現菌株間在抗菌肽種類上存在差異。研究發現立枯絲核菌、終極腐霉菌 pythium ultimum和灰霉菌Botrytis cinerea的培養物可激發哈茨目霉T22和T39菌株產生次生代謝物。鐵載體(siderophores)已證明是深綠木霉防治鐮孢菌枯萎病的重要功能因子。Segarra等發現棘孢木霉T34菌株只有在10μ mol·L-1Fe3+條件下才能有效抑制番茄鐮孢菌枯萎病(Fusarium oxyysporum oxysporum f. sp.lycoersici)。哈茨木霉對菜豆銹病(Uromyces appendiculatus)的防治作用也主要是依靠其次生代謝物的抗生作用。

隨著木霉菌基因組測序的完成,發現大量基因與次生代謝有關,例如綠木霉基因組中500多個基因以家簇形式存在,參與次生代謝。高通量基因敲除方法成為鑒定控制次生代謝相關基因的主要技術,通過基因敲除克隆,獲得了木霉素合成酶基因Tri5和Tbtri5。近年來抗菌肽研究較多,peptaibols是線狀的具有親水和疏水性的多肽片段,其穿膜的三維構象對功能的影響是研究重點;現已提出一些新的作用模型。已發現哈茨木霉存在抗菌肽合成酶。奧地利學者建立了抗菌肽數據庫,收集了800多個抗菌肽和300多個氨基酸序列,為開展肽生物體(peptaibiotics)研究及鑒定新抗菌肽結構提供了重要工具。

2.2 植物-木霉菌-病原菌互作與誘導植物抗性

美國康奈爾大學應用哈茨木霉T22包衣玉米種子防治由Colletotrichum graminicola 引起的炭疽病,上海交通大學利用哈茨木霉H6包衣玉米種子誘導玉米對大斑病、彎孢霉葉斑病的抗性,說明木霉菌可通過誘導植物免疫系統基因表達,實現對病害的防治。隨著植物免疫學理論的發展,MAMP已成為木霉菌誘導植物抗性的重要理論基礎。木霉菌誘導植物抗性可通過以下3個途徑實現:(1)增強MAMPs分子激發的免疫反應(MAMPs-triggered immunity,MTI);(2)減少效應因子誘發的感病性(effector-triggered susceptibility,ETS);(3)提高效應因子激發的免疫反應(effector-triggered-triggered immunity,ETI)。

2.2.1 木霉菌-病原菌互作

木霉菌識別病原真菌過程中分泌一系列細胞壁降解酶(如β-1,6-葡聚糖酶、Chit42、Chit33、nag-1)和次生代謝物,形成侵入結構,最終完成重寄生過程。這一過程受G蛋白和MAPK信號調控。多個MAPK基因(tmk1和tvk1)和G蛋白途徑相關基因(tga1、tgaA、tgaB和tga3)已被克隆。Markus等研究了C蛋白和cAMP信號對深綠木霉與病原菌互作的調控作用,其中Tgal和Tga3(即兩種G蛋白的α亞基)調控了分生孢子的形成、重寄生作用和cAMP產生,同時影響了抗菌物質和幾丁質酶的形成;利用基因沉默的方法證明了cAMP的G偶聯受體蛋白基因gpr1參與調控了對病原菌的重寄生過程,但沒有發現Gprl與Tga3直接互作。Reithner等等在轉錄組水平上研究了立枯絲核菌對深綠木霉基因表達的影響,發現木霉菌244差異表達基因中,有13個基因與防御反應、信號轉導、次生代謝物生物合成、運輸和分解代謝有關,其中胰蛋白酶、鐵還原酶、NADH/NADPH氧化酶和1種相關蛋白的轉錄表達明顯依賴立枯絲核菌的誘導;但大多數基因表達類型和強度變化與立枯絲核菌的誘導或阻遏無關。

2.2.2 木霉菌-植物互作

一般而言,木霉菌誘導植物的MT1將超過病原相關分子模式激發的免疫反應(PTI)效應,主要是由于木霉菌可產生大量的MAMPs分子(植物效應分子),例如絲氨酸蛋白酶、22kD木聚糖酶、幾丁質脫乙酰基酶、幾丁質酶Chit42、SnodProt蛋白(SnodProt1,Sm1和EPI)、脂肽、棒曲霉素類蛋白、無毒基因蛋白等。此外,植物MAPK基因(TIPK)發現可受木霉菌特異誘導。有關Sm1(smal(small protein)等小分泌蛋白(SSPs)的研究已成為國際上的研究熱點。

Sml是Djonovic等從綠木霉分泌物中分離到的一種富含半胱氨酸的疏水蛋白(12.6kD),與ceratao-Dla-tanin基因家簇有很高的同源性,不僅對植物和微生物無毒,還能誘導水稻、棉花和玉米活性氧的釋放以及多種防御反應基因的表達。Mukherjee等鑒定出13種與已知Sml特性不完全相同的SSPs。研究表明:3種木霉菌(綠木霉、深綠木霉和里氏木霉)之間SSPs同源性不高,說明SSPs在木霉菌中存在較高的多樣性,或SSPs進化速度較快,目前人們正在研究SSPs在木霉菌-植物(如玉米等)互作或誘導抗性中的作用。上海交通大學通過與美國康奈爾大學合作,利用蛋白質組學技術從哈茨木霉T22菌株發酵液中發現無毒基因蛋白Avr4/Avr9的同源蛋白,同時克隆出Chit42、Chit33、Sm1等效應因子相關基因,其中sml蛋白可誘導擬南芥對丁香假單胞菌番茄變種(Pseudomonas syringae pv· tomato DC3000)的抗性,并證明與活性氧信號轉導有關(未發表數據)。Shoresh和Harman通過蛋白質組學方法和EST文庫鑒定了哈茨木霉T22與玉米互作后玉米中27個內切幾丁質酶基因和4個外幾丁質酶基因的變化規律,發現了1個新的特異幾丁質酶(95kD)。

Rubio等利用高密度寡核苷酸(HDO))微陣列技術檢測和生物信息學分析發現:鉤狀木霉T7-番茄互作20h后有200個差異表達基因,其中166個上調表達,34個下調表達;43.14%的基因與分子功能有關,56.86%與生物過程有關,32.0%與細胞組分形成有關。哈茨木霉T34-番茄互作20h中有615個基因差異表達,其中33.5%與分子功能有關,34.5%與生物過程有關,32.0%與細胞組分形成有關。而綠木霉T87-番茄互作20h中有370個基因差異表達,其中與分子功能、生物過程和細胞組分形成相關的基因分別占3l.4%、42.3%和26.3%。只有7個基因在3種木霉菌中共同表達。

木霉菌次生代謝物也參與了抗性的誘導。Viterbo等研究表明:木霉菌預先接種可誘導植物40多種化合物的上調表達,可能與系統防御反應有關。木霉菌-植物互作不僅能誘導抗性,還能提高植物對非生物脅迫因子(鹽、高溫、紫外線等)的抗性。棘孢木霉T203處理黃瓜種子提高了植株的耐鹽脅迫能力,植株Mn/Cu SOD和過氧化氫酶(CAT)的活性及還原性抗壞血酸的含量明顯增加。

2.2.3 木霉菌-其它微生物互作

在土壤中木霉菌與多種病原和非病原微生物發生互作,對木霉菌種群數量和生防作用產生明顯影響。Stewart等研究表明:有6種真菌(鏈格孢菌Alternaria alternata、淡紫擬青霉Paecilomyces lilacinus、黑曲霉Aspergillus niger、球毛殼菌Chaetomiun globosum、金龜子綠僵菌Metarhizium anisopzpliae和光輪層炭殼菌Daldinia eschscholzii)和1種土壤桿菌Agrobacterium sp.明顯減少了兩種木霉菌在土壤中的生長。黑曲霉和鏈格孢菌A.alternata對深綠木霉和鉤狀木霉T. hamatum抑制率超過85%。病原菌在土壤中產生的代謝物是抑制木霉菌種群的主要原因。但研究表明:深綠木霉對羅漢松和草坪土壤的有益微生物區系多樣性沒有不利影響。

2.2.4 植物-木霉菌-病原菌互作

木霉菌生防機理本質上就是木霉菌-植物-病原菌的分子互作機制。上海交通大學利用蛋白質組學技術鑒定出玉米抗腐霉菌根腐病(Pythium sp.)的相關蛋白,其中幾丁質酶、SOD、異黃酮還原酶和PR蛋白與玉米苗期抗根腐病相關。在接種彎孢霉葉斑病菌Curuularia lunata的情況下,葉片22kD干旱誘導蛋白、Glxl和ABA成熟誘導類蛋白等與玉米抗彎孢霉葉斑病相關。Marra等研究了植物(番茄、煙草、菜豆、馬鈴薯)-病原菌(灰霉菌、立枯絲核菌和終極腐霉菌)-木霉菌(深綠木霉Pl或哈茨木霉T22)互作過程中蛋白質組圖譜的變化,其中任何一方均可明顯改變另外兩方互作中蛋白質圖譜和差異蛋白點的變化規律,例如菜豆葉片蛋白質組圖譜中鑒定出一種抗性相關蛋白RPP8-like protein,其在深綠木霉菌-菜豆-灰霉菌三方互作下的表達豐度明顯高于單一菜豆(無互作)或菜豆-灰霉菌、菜豆-深綠木霉菌雙方互作時的情況。有時三方互作可誘導出一方(無互作)或在雙方互作中沒有的蛋白,例如在深綠木霉-菜豆根-立枯絲核菌三方互作中,深綠木霉菌蛋白質組中特異出現了抗brefeldinA蛋白,而在深綠木霉菌單獨培養時或深綠木菌-菜豆根互作中均末發現該蛋白的存在。Brotman等利用轉錄學和代謝組學的方法研究了擬南芥-木霉菌-丁香假單胞菌番茄變種三方互作,結果表明:利用木霉菌處理水培擬南芥根系48h,可誘導根系300多個基因表達發生變化,但葉片基因的變化與根系不同。木霉菌誘導宿主植物基因差異表達主要表現在量的水平上。代謝組研究發現有27個化合物與擬南芥誘導抗性有關。

3 木霉菌功能拓展的分子改良

在木霉菌功能分子改良方面,哈爾濱工業大學曾在2004年利用根癌農桿菌介導的遺傳轉化方法將Cry1A(b)基因轉入生防真菌哈茨木霉中,工程菌株表現出一定的殺蟲效果。苯并咪唑類殺菌劑抗性基因在哈茨木霉菌中的轉化,獲得了抗藥性明顯提高的工程菌。

為了獲得兼治病蟲的雙價木霉工程菌,上海交通大學將綠僵菌的幾丁質酶基因、蛋白質酶基因成功轉化木霉菌,轉化子對玉米螟幼蟲的致死率明顯高于綠僵菌。國外已成功將來自木霉菌本身和外源生物活性分子編碼基因20余種(無毒基因、Bt毒素基因、植物幾丁質酶、脫乙酰幾丁質酶、內切幾丁質酶、葡聚糖酶基因、滲透蛋白基因、寡聚半乳糖醛酸苷裂酶基因、果膠酸裂解酶基因和激發子隱地蛋白基因等)轉化木霉菌,明顯提高了木霉菌的拮抗能力。

4 木霉菌資源收集、評價與利用

4.1 資源收集與評價

近年來人們越來越重視從極端生境條件下分離木霉菌,如從海洋環境(海綿、珊瑚)分離木霉菌,部分分離菌株表現出對陸地植物病害很好的生防效果。在木霉菌種類鑒定技術方面,除了進行形態學特征觀察鑒定外,主要利用ITS、tef1和cal13個基因進行分子鑒定,明顯提高了鑒定效率和準確性。對于木霉菌功能的評價,已從過去的離體抑菌活性和活體防效試驗,發展到從分子遺傳、生物化學、生態競爭力和營養選擇性等多水平綜合評價;從單一的生防功能評價,發展到環境修復潛力的評價。Seidl-Seiboth等研究了綠木霉和深綠木霉碳水化合物組(CAZome),發現綠木霉和深綠木霉分別有259個和258個糖苷水解酶基因。綠水霉是目前所有種中含幾丁質降解酶基因數量最多的木霉菌;里氏木霉含有纖維素酶和木聚糖酶種類較多,但這兩種酶在木霉菌種間的多樣性普遍較低。Simkovic等研究了木霉菌Trichderma sp.編碼分泌的蛋白酶基因Prb1和ProA,其中Prb1僅在培養3~4d后才表達。Guazzone等認為木霉菌在植物根際的競爭力應該作為生防木霉篩選的指標。Jegathambigai等利用多種營養基質如大麥、水稻、豇豆、玉米、高粱籽粒和PDA、水稻浸出液等制備成不同的固體和半固體培養基培養木霉菌,評價不同木霉菌的產孢、生長和抑菌能力的變化。菌株篩選及其評價技術方面近年來有了較大進展,越來越多的工作采用了高通量篩選技術,如微陣列和芯片技術、代謝譜檢測技術等,大大提高了篩選的效率和信息量。Bissett等利用Biolog FF MicroPlatesTM檢測236個木霉菌株生長和呼吸相關的代謝譜變化,建立了檢測菌株纖維素酶活性的預測模型,該模型已證明可適用于上千種木霉菌的篩選。上海交通大學已初步建立了基于木霉菌株形態特征、遺傳進化(遺傳譜系、功能蛋白與基因種類)、生防特性(離體與活體下抑菌或抑病水平)、幾丁質酶、葡聚糖酶和蛋白酶活性、降解病原菌細胞壁能力、抗生素產生種類與水平等)、吸附環境重金屬(Cd2+、Cu2-、Zn2+)和降解農化物質(敵敵畏、辛硫磷、氰化物、酚類物等)潛力的綜合評價指標。

4.2 木霉菌基因資源利用

4.2.1 轉基因植物和微生物的構建

將木霉菌功能基因轉化植物,使其獲得對病害和非生物脅迫(鹽、高溫、重金屬等)的抗性是木霉基因資源利用的重要方面。例如,將木霉菌幾丁質酶基因(ech42、nag70、nag1、gluc78和chit33)成功轉化煙草、馬鈴薯、水稻、花椰菜、蘋果、楊樹和黑去杉等多種植物,提高了寄主對鏈格孢菌A. alternata、番茄早疫病菌Alternaria solani、灰霉菌、立枯絲核菌、蘋果黑星病菌Venturia inaequalis、楊樹葉銹病菌Melampsora medusae、梗柱孢Cylindrocladium floridanum等多種病原菌的抗性,其中轉ech42最為普遍。新疆農業大學將木霉菌幾丁質酶基因轉化棉花,提高了棉花對黃萎病的抗性。浙江大學將哈茨木霉T72菌株的ech42、nag70和gluc78轉化水稻,獲得對水稻紋枯病的抗性工程植株,部分表現對稻瘟病的抗性。Landau等將木霉菌的內切幾丁質酶基因chit36和氨基已糖苷酶(hexoaminidase)基因在擬南芥中與LysMRLK1受體結合、過表達,提高了擬南芥中抗逆相關信號轉導和抗脅迫能力。有些轉基因植株不僅提高了對靶標病害的抗性,同時也提高了對非生物肋迫的抗性。

木霉菌功能基因也可轉化其它生防微生物,提高生防效果,例如上海交通大學已將木霉菌幾丁質酶基因Chit42和Chit33、激發子基因Sm1和Xyn2成功轉化利迪鏈霉菌Streptomyces lydicus,獲得了對番茄灰霉病菌抗生作用和誘導抗性明顯提高的工程菌(未發表數據)。

4.2.2 抑蟲功能的利用

關于木霉菌防治農業害蟲的報道并不多見,但已有研究發現哈茨木霉菌發酵液能夠抑制棉鈴蟲Heliothis armigera和大黃粉蟲Tenebrio molitor幼蟲的生長。關于木霉菌抑蟲機理仍不清楚。一些研究認為木霉菌的絲氨酸蛋白酶pr1與殺蟲真菌的Prl蛋白具有類似的生化特性,因此表現一定的抑蟲作用。木霉菌產生的抗菌肽本身也具有一定的殺蟲作用。Evidente等從桔綠木霉 T. citrinoviride.分離出dihydrotrichodimerol和bislongiquinolide等次生代謝物,其中bisorbicillinoids可明顯改變麥二叉蚜Schizaphisgraminum的取食偏好性,從而抑制蚜蟲在葉表的為害。有些學者認為木霉菌潛在的殺蟲功能可能會影響木霉菌作為病害生物防治因子的應用,擔心其會對非靶標的有益昆蟲產生影響。

4.2.3 促進作物生長與修復環境

木霉菌具有提高土壤營養有效性和植物營養利用效率的作用。山東科學院和上海交通大學均篩選出一批具有解磷作用(磷酸鈣)、解鉀的木霉菌株。上海交通大學篩選出多個拮抗木霉菌株,具有不同的功能,所制備的菌劑應用時可分別使化肥利用率提高30%以上,降解敵敵畏90%、降解辛硫磷30%~50%,降解氰化物80%,吸附重金屬Cd2+和Cu2+分別為40%和60%,土壤鹽漬化水平下降26%~47%;同時可使土壤速效氮、鉀、磷明顯提高;番茄增產均在12%以上,西瓜中心糖度增加11%,邊緣糖度增加31%(未發表數據)。

為了揭示木霉菌修復農化污染土壤的機理,上海交通大學從木霉菌中克隆了吸附Cd2+相關基因PLA2、高效吸附銅相關基因酰胺水解酶基因、耐受敵敵畏和辛硫磷相關基因hex1,鑒定出敵敵畏和Cd2+脅迫下木霉菌特異應答的蛋白質組,驗證了上述基因的減輕農化污染的功能;并證明生物礦化作用是木霉菌降解敵敵畏的主要機制;成功開發出木霉菌-油菜聯合吸附土壤超標重金屬關鍵技術。

4.2.4 生物能源的潛在資源

山東科學院研究表明木霉菌在天然培養基上可產生烴類物質及其衍生物,所產生的烴類物質的C鏈長度一般在C9-C35之間,可成為生物柴油潛在開發資源。木霉菌降解作物秸稈中纖維素和木質纖維系等生產燃料——乙醇已有較多報道。山東大學利用基因工程手段改良木霉菌相關基因的表達水平,提高了纖維素酶產率。上海交通大學構建了高產纖維素酶突變株,酶活達3.76U·mL-1,明顯提高了對水稻和玉米秸稈的降解率。

5 木霉菌產品的耐貯性與加工技術

生防木霉菌能否商業化應用,在很大程度上取決于木霉菌劑的抗逆性(如高溫、干燥、紫外輻射等)和耐貯性(常溫下1年以上)。目前主要有兩方面技術,一方面是降低酸度和調節氧氣利用率誘導木霉菌產生抗逆性厚垣孢子,另一方面在菌劑中加入一些化學助劑(如添加銅)。

上海交通大學和沈陽農業大學經過幾年研究形成了誘發木霉菌產生厚垣孢子專利技術,已在中試發酵水平上大量誘導厚垣孢子的產生。華東理工大學和中國農業科學院植物保護研究所近年來也開展了木霉菌高產厚垣孢子發酵工藝和相關基因研究。目前國內外關于調控厚垣孢子形成的分子機理一直沒有取得突破。Kandula等通過向木霉菌加入海藻糖提高木霉對高溫(35~40℃)和紫外線的抗性。Sriram等加入甘油做濕潤劑延長了木霉菌劑的貨架期。專用包裝設計、真空干燥、低密聚乙烯包裝材料等均可延長貨架期至15個月。在木霉菌劑型加工方面,沈陽農業大學和上海交通大學聯合開發出木霉菌分生孢子粉塵劑,獲得了國家發明專利。

6 展望

6.1 木霉菌-植物特異互作的分子機理

研究表明:木霉菌與玉米和番茄等作物品種存在一定的特異性互作關系,因此在田間應用生防木霉菌產品之前需要進行品種適用性生物測定,確保木霉菌應用的效果和安全性。目前國內外學者正試圖鑒定控制木霉菌-玉米品種間特異互作的基因。

6.2 木霉菌誘導植物免疫分子基礎

國際上提出的微生物相關分子模式(MAMPs)受到普遍關注,木霉菌產生的各效應因子如何與植物細胞受體互作成為揭示木霉菌誘導植物免疫機理的關鍵,需要加強研究。

6.3 木霉菌發酵工藝改良

為了提高木霉菌生物農藥的質量,除了需要監測發酵過程中的pH、溶氧量和溫度等傳統指標外,還需要在細胞代謝流、基因組、蛋白質組和代謝組等尺度上監測與拮抗物質產率的相關性。另一方面,需要建立更為科學的活體木霉菌產品質量標準,如增加拮抗物質含量或活性指標。應加強開發新劑型,如細胞微囊劑、油包水乳劑等保護性劑型;還要進一步研究厚垣孢子產生的分子機理。隨著轉基因木霉菌研究的深入,應開展轉基因木霉菌生物和環境安全性的前瞻性研究。

6.4 建立多樣化的應用技術模式

美國康奈爾大學Harman等提出了木霉菌的4種應用模式:(1)以生物農藥形式注冊和市場營銷的模式;(2)以接種體、植物生長促進劑和生物肥料形式應用的模式;(3)當地直接生產應用的模式;(4)政府或國營主導應用的模式。上述4個模式中第2種模式和第3種模式比較適合我國的情況。其中木霉菌以生物肥料的形式注冊相對容易,可同時應用于多種病害的生物防治,同時還能兼顧對作物生長的促進和土壤環境的修復。


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