蠟蚧輪枝菌致病機理及生防機理研究進展

蠟蚧輪枝菌致病機理及生防機理研究進展

隨著農(nóng)藥用于預防和控制三“r”問題的出現(xiàn)，人們逐漸尋求一個良好的控制和防止各種問題的害蟲。蟲生真菌殺蟲劑的研究與開發(fā),使得由于農(nóng)藥使用而出現(xiàn)的問題在一定程度上得到緩解,同時也為生物防治工作開辟了新的領域。對于蠟蚧輪枝菌的利用與研究,相對于其他蟲生真菌是比較晚的。它的利用價值直到20世紀70年代才被認識。但由于它的諸多優(yōu)良特性,很快就成為研究的熱點,反而成為一個極具發(fā)展勢能與發(fā)展?jié)撃艿纳谰?。關于此菌的分類、形態(tài)特征及培養(yǎng)技術等方面,國內(nèi)學者作過很多的研究和敘述(陳吉棣,1985;羅小剛,1988;蒲蟄龍,1992),不再累述。本文僅就近十幾年國內(nèi)外學者對此菌的致病機理及其作為生防材料應用的研究工作作一綜述。1昆蟲入侵的機制蠟蚧輪枝菌的寄主范圍廣,能寄生蚧類、蚜蟲類、螨類和粉虱,還可寄生鱗翅目的一些害蟲及線蟲薊馬等。主要的侵染致病作用機理有以下兩個方面:1.1胞外蛋白酶的降解當分生孢子或菌絲落于蟲體表面時,在適溫和空氣相對濕度85%～100%,或體表有自由水存在的條件下,孢子很容易萌發(fā),并穿透寄主表皮(這一過程在26～27℃及飽和濕度條件下,約經(jīng)4h即可完成)。侵入體內(nèi)的菌絲,形成菌絲體進行分支生長。在體腔內(nèi),菌絲寄生對組織是沒有選擇性的。通常,菌絲最初在侵入部位的血腔內(nèi)生長,然后向前足和口腔的開口部位生長,向后沿著體壁的內(nèi)側在肛門的開口部位生長,菌絲停留于腔內(nèi)的局部,以后才逐漸充滿整個體腔,吸取蟲體的營養(yǎng)和水分等,致使蟲體循環(huán)障礙,組織細胞受到機械破壞,以致生理饑餓而死。Williams(1984)研究此菌對蚜蟲的侵染過程,將其概括為6個階段:孢子著落于蟲體表面;孢子的萌發(fā);表面菌絲的鋪展;侵入表皮;侵害發(fā)展和次生分生孢子的形成。蟲生真菌通過體壁致死昆蟲的過程,早在1966年Robinson就認為包括機械作用和酶的機制。目前的研究表明,真菌在穿透昆蟲體壁的過程中能夠發(fā)泌的酶有蛋白質(zhì)酶、幾丁質(zhì)酶、脂酶、酯酶和淀粉酶等(姚劍等,1996)。其中病原菌分泌的胞外蛋白酶對體壁的降解在影響侵入過程的因素當中被認為是最主要的,因為蛋白質(zhì)是昆蟲表皮的主要結構成分。國內(nèi)外有許多人證明,此菌所分泌的胞外蛋白酶能降解寄主表皮蛋白質(zhì),促進菌絲或孢子穿透寄主表皮這一過程的加快(Bidochka,etal.,1987,1990;Charnley,etal.,1991)。并且,昆蟲表皮中的羧基影響胞外蛋白酶的吸附。昆蟲表皮酪氨酸羧基的乙酰化處理將導致此菌蛋白酶吸附力的下降(Bidochka,etal.,1994)。用Southern-blot分析表明,此菌中存在的Prl(角質(zhì)層降解蛋白酶)與綠僵菌的內(nèi)切蛋白酶Prl有很大的同源性(St.Leger,1992)。徐均煥等(1998)將胞外蛋白酶降解昆蟲表皮的過程分為以下3個階段:(1)酶分泌后被吸附到表皮上,該吸附過程多半由于表皮中羧基的作用;(2)蛋白酶的作用位點與表皮蛋白酶的專性肽鏈序列對接;(3)表皮肽片段被降解成氨基酸。從而為真菌的生長提供營養(yǎng)物質(zhì)。胞外蛋白酶降表皮蛋白質(zhì)后,暴露的幾丁質(zhì)是否被此菌分泌的幾丁質(zhì)酶所降解,才能完成菌絲的侵入,國內(nèi)外尚未見這方面的詳細報道。但Samsinakova(1972)在研究白僵菌時指出,白僵菌侵染菌絲分泌的脂肪酶蛋白質(zhì)酶幾丁質(zhì)酶結合在一起才能打開昆蟲表皮,單種酶不行,這一點也適于蠟蚧輪枝菌。1.2蠟蚤輪枝菌的初步生物活性物質(zhì)1978年日本首次報導了對蠟蚧輪枝菌毒素的研究,從蠟蚧輪枝菌和白僵菌中提取出對家蠶有毒殺作用的活性物質(zhì),并對此活性物質(zhì)的化學結構和生物活性等方面作了詳細的測定與說明。認為蠟蚧輪枝菌產(chǎn)生的毒素是一種與球孢白僵菌產(chǎn)生的相同的環(huán)狀縮羧肽—球孢白僵菌素(bassianolide)。1982年英國學者也對此菌的具有殺蟲活性的物質(zhì)作了研究與報導,認為此菌代謝產(chǎn)物中含有吡啶二羧酸(pyridine-2,6-dicarboxylicacid),這種物質(zhì)具有殺蟲活性。此外,從有些菌株中還可獲得新的具有殺蟲活性的C25化合物。而俄羅斯的學者則認為蠟蚧輪枝菌的次生代謝物中含有磷酸酯類物質(zhì),這類物質(zhì)具有殺蟲作用,該活性物質(zhì)有兩個組分:(1)占絕對量,且相對穩(wěn)定的組分,在15～20min即可使供試害蟲死亡;(2)為不穩(wěn)定組分,供試害蟲在幾小時內(nèi)死亡(王克勤等,2000)?？梢?對于此機理方面的研究需進一步深入,以便搞清究竟是哪一種活性物質(zhì)對哪一種害蟲更具有較強的毒殺作用。可以看出,蠟蚧輪枝菌對寄主的侵染致病作用主要是通過以上兩種機理的聯(lián)合作用而實現(xiàn)的,兩種機理的共同作用促使了寄主由發(fā)病至最終死亡過程的發(fā)生。2蠟吾輪枝菌與病原菌細胞間的相互作用菌物防治植病依靠幾種不同的方式(機制),包括占領、競爭、人工免疫、拮抗(抗生)和重寄生等,蠟蚧輪枝菌對植病的防治方式屬于重寄生機制(李增智,1999)。已報導的蠟蚧輪枝菌能寄生的植物病原菌涉及8個屬20余種(Whipps,1993)。盡管人們早就觀察到此菌寄生植物病原菌后,相互之間存在一些微妙的生理生態(tài)方面的變化。此菌的一些種可以溶解銹菌的孢子和芽管(Kottoff,1937;Spencer,1980);此菌的孢子梗時常通過產(chǎn)生具有無定型粘液的假根狀的結構來附著于病原菌的表面(Boucias&latge,1986);病原菌孢子被此菌芽管的穿透過程有酶的參與(Locci,Ferrante&Rodriguez,1971);蛋白酶、脂酶、幾丁質(zhì)酶和低分子量熱穩(wěn)定的抗菌次生代謝物在培養(yǎng)蠟蚧輪枝菌時陸續(xù)被發(fā)現(xiàn),這些物質(zhì)在寄生病原菌的過程當中可能起著重要的作用(Silveira&Rodriguez,1971;Hall,1984;Eskes,1989);不同的生態(tài)環(huán)境能誘導此菌產(chǎn)生不同的酶類物質(zhì),此菌在寄生植物病原菌時能產(chǎn)生較高水平的降解多糖、纖維素、木聚糖和角質(zhì)層物質(zhì)的酶(St.leger等,1997)等。但較為詳細地用實驗證明此菌與病原菌細胞間相互關系的是Askary等人。Askary等(1997)對此菌與黃瓜白粉病菌細胞間的相互作用作了研究。蠟蚧輪枝菌寄生病原菌引起病原菌一系列的反應:在接種的最初24h后,很容易檢測到病原菌細胞質(zhì)的生理失調(diào)及空胞的形成;36h后,原生質(zhì)膜開始收縮,局部細胞質(zhì)開始聚合,用小麥胚芽凝集素和卵粘蛋白(胰蛋白酶抑制劑)復合物標記的幾丁質(zhì)表明,此時除菌絲侵入附近的病原菌細胞外,并未引起大量病原菌細胞壁的變化;48h后,進一步的細胞質(zhì)生理失調(diào)(如細胞膨壓的消失和細胞壁的變形扭曲),這些變化是由于拮抗物的侵入而產(chǎn)生的機械壓力和幾丁質(zhì)酶發(fā)生局部水解作用的結果;72h后,由于蠟蚧輪枝菌的大量繁殖,病原菌細胞的胞質(zhì)被耗盡而死亡,從而被拮抗物充滿和包圍。Askary等人認為這些變化起因于蠟蚧輪枝菌對病原菌的機械壓力與幾丁質(zhì)酶的局部水解作用。并且將該菌與病原菌之間的相互對抗關系分為以下4個過程:(1)拮抗物質(zhì)(如菌絲、孢子)吸附到植物病原菌上;(2)機械壓力與細胞壁降解酶的產(chǎn)生;(3)拮抗物質(zhì)穿透寄主菌絲,并快速生長;(4)降解寄主組織,并進一步從死亡寄主細胞向外擴展。3加加味時間病毒80年代,此菌率先被英國用于防治溫室白粉虱和蚜蟲,并商品化。此后,西歐一些國家花大力氣開發(fā)此菌。國內(nèi)外在用這種真菌防治溫室病蟲害上已有很多成功的報導。3.1b對5種鄉(xiāng)村真菌的毒殺效果Hall等在溫室用此菌的分生孢子或芽生孢子懸浮液噴灑被蚜蟲為害的菊花,發(fā)現(xiàn)對菊花小長管(Macrosphouiellasanbornii)、杏圓尾蚜(Brachycaudushelichrysi)及桃蚜(Myzuspersicae)均有防效,尤其對后兩者效果穩(wěn)定。Hayden(1992)比較了5種蟲生真菌對麥長管蚜(Macrosiphumavenea)的LT50,發(fā)現(xiàn)蠟蚧輪枝菌的毒力最大,LT50為2.4d。李國霞等(1995)報導此菌代謝產(chǎn)物粗提物對3種蚜蟲無翅蚜成蟲的毒殺作用大小依次為:麥長管蚜(Macrosiphumavenea)>瓜蚜(Aphisgossypii)>桃蚜(Myzuspersicae)。李國霞和杜家緯(2000)對4株蠟蚧輪枝菌對桃蚜的侵染力及對其生殖力的影響作了研究。3.2對行業(yè)平均致病性的影響Riggs等(1983)報導在溫室內(nèi)用此菌防治粉虱的效果隨濕度下降而降低。Franse(1994)報導,在新澤西用此菌防治白粉虱取得良好效果。李國霞等(1995)報導,液體發(fā)酵5～12d的代謝產(chǎn)物粗提物(稀釋10倍)對溫室白粉虱成蟲的毒殺作用,以發(fā)酵7d為最好,24h較正死亡率為50.18%,同時對各種蚜蟲的防治效果略高于氰戊菊酶(7768mg/L)。李國霞等(1996)對北京地區(qū)此菌11個單孢分離菌株對溫室白粉虱2齡若蟲致病性研究比較,結果篩選出B3/S1—Sub2和4號兩個優(yōu)良菌株,對2齡粉虱若蟲12d的致死率≥95.76%。為今后生物制劑的生產(chǎn)提供了具有實用價值的菌株。王克勤等(2000)報導,從俄羅斯引入的蠟蚧輪枝菌Tri-BA81提取的粗提素具有很高的殺蟲活性。2%和4%的粗提素液對溫室白粉虱成蟲的平均死亡率分別為96.46%和100%,1%和2%的粗提素液對保護地成蟲的平均防效為81.75%和84.17%,對若蟲的防效也達59%以上。3.3濕地松菌teheniothficienMeyer(1997)報導,胞囊線蟲的性激素與此菌的聯(lián)合使用,降低了大豆田間胞囊線蟲的數(shù)量,獲得較高的大豆產(chǎn)量。異皮線蟲生長于大豆的根部,在接種此菌的16h內(nèi),菌絲就侵入凝膠化的線蟲母體,對于有些線蟲,此菌在一周內(nèi)就可以在其體內(nèi)大量繁殖(Meyer,1998)。Skinner(1991)報導,在佛蒙特州南部的一個小縣,此菌對桃薊馬(Taeniothripsinconsequens)的侵染率約為12%。一周之中連續(xù)4d在夜間通過霧化水的方法保持高的濕度,此菌對菊花上的蚜蟲薊馬和白粉虱有很好的控制作用,且不會對作物產(chǎn)生負面影響(Helyer,1992)。采用此菌孢子加機油乳劑及添加劑的混合劑,對濕地松粉蚧(Oracellaacuta)的越冬代成蟲和第一代粉蚧的成蟲及若蟲均有很好的防效(殷鳳明等,1996)。在相同的孢子濃度下,對梨黃木虱(Psyllapyricola)毒力蠟蚧輪枝菌大于綠僵菌(Puterka等,1994)。3.4黃瓜抗性菌株在適宜的溫濕度下,如果此菌的孢子得到很好的擴散,5d以內(nèi)此菌就可完全侵染葉面上所有銹菌引起的膿包(Whipps,1993)。Verhaar(1996)報導,此菌對黃瓜一個抗性品種的白粉病菌有極好的控制作用,在蠟蚧輪枝菌接種9周后,仍能保持黃瓜葉面的受害程度在15%以下。配合具有一定抗性的黃瓜品種,此菌能有效地控制白粉病菌的發(fā)生。通過對不同濕度條件下蠟蚧輪枝菌菌株的分析,可以篩選出用于防治黃瓜白粉病的優(yōu)良菌株(Verhaar等,1998)。4菌種的篩選蠟蚧輪枝菌是一種良好的生防材料,不僅可以寄生昆蟲,還可以作為植物病原菌的寄生菌。同時它還具有不污染環(huán)境,對人畜家禽未發(fā)現(xiàn)毒性,不侵染天敵昆蟲,可以和某些殺蟲劑殺菌劑及殺螨劑同時混用,易培養(yǎng)等優(yōu)點。但也要正視它的缺點:在應用其分生孢子或芽分生孢子防治害蟲時,往往對濕度條件要求高,在15～23℃,相對濕度至少達85%～95%才能生長繁殖,而此條件下又常會激發(fā)植物真菌病害;不同菌株之間的致病力不同,