汝甲榮 明立偉 李志新 張金鵬 趙 雪 劉衛(wèi)平 李長(zhǎng)輝 王懷鵬 史喬丹 劉玲玲

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院克山分院，齊齊哈爾 161005）

糧食安全是全球重要問題，保障糧食供應(yīng)是世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心使命。馬鈴薯因其營(yíng)養(yǎng)豐富，維生素C 和維生素B 含量遠(yuǎn)超于蘋果，被國(guó)際糧農(nóng)組織美譽(yù)為“被埋沒的寶物”，有“地下蘋果”之稱[1-2]。目前馬鈴薯在我國(guó)有著廣闊的生產(chǎn)前景，與其他作物相比優(yōu)勢(shì)巨大，是我國(guó)最有發(fā)展前景的經(jīng)濟(jì)作物之一[3]。馬鈴薯主食產(chǎn)業(yè)化是促進(jìn)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)跨越發(fā)展的有效途徑，是滿足居民膳食結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要選擇，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、確保國(guó)家糧食安全意義重大[4]。

隨著馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的實(shí)施與推進(jìn)，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)馬鈴薯的種植和加工業(yè)逐漸重視起來，如何保證馬鈴薯增產(chǎn)增效成為業(yè)內(nèi)討論的重要問題，但由于我國(guó)馬鈴薯種植面積較廣且栽培環(huán)境復(fù)雜，馬鈴薯生長(zhǎng)過程中常受到病原菌的侵染，嚴(yán)重影響馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)[5]。其中真菌性病害在馬鈴薯栽培中發(fā)生最頻繁，危害也最嚴(yán)重。馬鈴薯主要真菌性病害包括馬鈴薯晚疫病、環(huán)腐病、早疫病、黑痣病和枯萎病[6]，這些病害的出現(xiàn)，給中國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展帶來了威脅。一直以來化學(xué)殺菌劑作為主要的病害防治手段，因其作用效果快等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，但是長(zhǎng)期不合理的施用帶來“3R”（Resistane，Resurgence，Residue）問題，即會(huì)使農(nóng)藥大量殘留，對(duì)水源、土壤和空氣等環(huán)境造成污染，農(nóng)作物病原菌產(chǎn)生抗藥性且農(nóng)藥殘留還會(huì)對(duì)人體造成影響。隨著生物科技的不斷發(fā)展，更多綠色、安全、高效和環(huán)保的生防方式被開發(fā)利用，高效的生防菌被大家所重視。生防菌能夠直接或者間接地改良土壤、恢復(fù)土壤肥力、預(yù)防土傳病害、維持根際微生物區(qū)系平衡和降解有毒物質(zhì)等[7]。目前已經(jīng)成熟的、進(jìn)行商業(yè)化的生防菌主要類別為枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、地衣芽孢桿菌（Bacillus lichenformis）、解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）、綠針假單胞菌（Pseudomonas chlororaphis）、哈茨木霉（Trichoderma harzianum）、灰綠鏈霉菌（Streptomyces griseoviridis）等[8]。芽孢桿菌因其獲取方面，耐高溫、耐鹽堿，物美價(jià)廉，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，本文旨在研究芽孢桿菌在馬鈴薯早疫病、晚疫病及瘡痂病等方面的防治效果，并對(duì)其進(jìn)行整理及探討，為后續(xù)進(jìn)一步探究生防菌用于作物提供借鑒和方向。

1 芽孢桿菌對(duì)馬鈴薯早疫病的影響

1.1 發(fā)病癥狀馬鈴薯早疫病在全球馬鈴薯種植區(qū)均可發(fā)生，由壞死性不完全的真菌引起，是影響全球馬鈴薯產(chǎn)量的重要病害，其中最常見的是A.solani和3 種小孢子物種（A.alternata、A.infectoria.和A.tenuissima）。馬鈴薯早疫病發(fā)病較快，初期侵染時(shí)主要在植株下部的葉片形成圓形褐色斑點(diǎn)，直徑約為3.5mm，且易發(fā)生于較老葉片，侵染后期病斑迅速擴(kuò)大蔓延至植株上部，形成棱角型病斑后壞死[9-11]。馬鈴薯早疫病侵染塊莖后，表皮形成褐色突起，塊莖周圍有圓形至不規(guī)則形狀的輕微凹陷，且變軟[12]。馬鈴薯葉片掉落后，馬鈴薯早疫病因其分生孢子具有較強(qiáng)的生存能力，能夠在冬天的泥土里存活，導(dǎo)致翌年種植發(fā)生二次侵染，加重馬鈴薯早疫病的病害。

1.2 流行特點(diǎn)馬鈴薯早疫病病原菌生存的環(huán)境條件影響著馬鈴薯早疫病的發(fā)生和流行。溫暖、潮濕的環(huán)境條件有利于馬鈴薯早疫病的發(fā)生，在適宜溫度下形成的孢子囊可借助風(fēng)、雨、氣流等媒介傳播，形成再次侵染。研究發(fā)現(xiàn)，平均氣溫在11～15℃，相對(duì)濕度超過70%，植株會(huì)遭到早疫病的侵害；氣溫20～25℃，相對(duì)濕度80%以上，馬鈴薯早疫病將迅速流行。疏松的沙質(zhì)土壤若有機(jī)質(zhì)含量較少、肥力較弱、所需營(yíng)養(yǎng)元素不均衡，長(zhǎng)勢(shì)較差的植株早疫病發(fā)生嚴(yán)重。在雨后，病原菌會(huì)隨雨水進(jìn)入土壤內(nèi)，致使病原菌在土壤內(nèi)生長(zhǎng)，播種時(shí)期不適、施肥不科學(xué)、田間排水不良、種植過密及常年連作重茬地易導(dǎo)致馬鈴薯早疫病發(fā)病嚴(yán)重。收獲時(shí)機(jī)械損傷多，貯藏環(huán)境溫度偏高、通風(fēng)不暢發(fā)病也較重。

1.3 生物防治研究發(fā)現(xiàn)，芽孢桿菌形成的抗菌物質(zhì)會(huì)扭曲細(xì)胞，抑制孢子萌發(fā)，同時(shí)芽孢桿菌還可以誘導(dǎo)植株獲取抗性，因芽孢桿菌屬具有獨(dú)特的快速?gòu)?fù)制能力并表現(xiàn)出廣譜抗生素活性，這些抗性對(duì)于病害都有不同的防治效果，其作為植物細(xì)胞激活劑，誘導(dǎo)植物獲得抗性[13]。不同種芽孢桿菌具有不同生防效果，例如枯草芽孢桿菌的特定有益菌株可有效控制許多真菌病害，包括由病原體青枯鏈孢菌引起的鏈格孢桿菌病。解淀粉芽孢桿菌可產(chǎn)生抑菌物質(zhì)，抑制革蘭氏陽(yáng)性菌、革蘭氏陰性菌和真菌等多種病原菌。這些物質(zhì)還具有抗病毒、抗支原體、抗原性蠕蟲等生物防治活性；同時(shí)還具有較強(qiáng)的抗真菌活性，能抑制病原菌的生長(zhǎng)。其中，豐原素具有廣譜抗菌活性、低毒、耐藥等特點(diǎn)[14]。

許多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，部分芽孢桿菌對(duì)馬鈴薯早疫病有較好的防治效果。王怡凡等[15]篩選出1株拮抗細(xì)菌WK-1，鑒定為枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis），WK-1 對(duì)馬鈴薯早疫病的防治效果為88.39%，表明WK-1 對(duì)馬鈴薯早疫病具有較強(qiáng)的抑制作用，可以有效防控馬鈴薯早疫病的發(fā)生。張岱等[16]在篩選出的枯草芽孢桿菌ZD01 的基礎(chǔ)上，利用基質(zhì)輔助激光解析串聯(lián)飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDITOF-MS）分析手段，對(duì)芽孢桿菌分泌的抑菌物質(zhì)進(jìn)行成分鑒定，并利用轉(zhuǎn)錄組技術(shù)分析了抗菌肽豐原素對(duì)茄鏈格孢菌的影響，研究結(jié)果表明，枯草芽孢桿菌ZD01 發(fā)酵液可顯著降低馬鈴薯早疫病的發(fā)病率和病斑面積，經(jīng)葉片離體試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，葉片經(jīng)ZD01次級(jí)代謝產(chǎn)物處理后，茄鏈格孢病菌拷貝數(shù)降低72.86%。同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)，豐原素為枯草芽孢桿菌ZD01 次級(jí)代謝產(chǎn)物抗菌肽中主效抑菌物質(zhì)，可顯著抑制馬鈴薯早疫病菌菌絲生長(zhǎng)，導(dǎo)致菌絲彎曲、表面褶皺、局部膨大等畸形，細(xì)胞外分泌物明顯增多。經(jīng)抗菌肽豐原素處理茄鏈格孢菌孢子后，其萌發(fā)率僅為16.67%，表明枯草芽孢桿菌ZD01 對(duì)馬鈴薯早疫病具有良好的生防作用，且主要的作用物質(zhì)為豐原素。韓龍等[17]篩選出1 株解淀粉芽孢桿菌D1，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)菌液濃度為4%時(shí)，D1 的抑菌率為68.59%，菌液濃度達(dá)到32%時(shí)，D1 的抑菌率為100%，致使馬鈴薯早疫病病原菌不能生長(zhǎng)，表明解淀粉芽孢桿菌D1 對(duì)馬鈴薯早疫病有較好的抑制作用，在馬鈴薯早疫病的防治中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

2 芽孢桿菌對(duì)馬鈴薯晚疫病的影響

2.1 發(fā)病癥狀馬鈴薯晚疫病是制約馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響因素之一，其導(dǎo)致馬鈴薯莖葉死亡和塊莖腐爛，是一種毀滅性卵菌病害，其病原菌為致病疫霉（Phytophthora infestans），具有很高的流行性[18]。馬鈴薯晚疫病的主要發(fā)病部位是葉片、莖和莖塊，病害早期先從植株下部的老葉葉尖開始，形成水漬狀褪綠斑點(diǎn)，病斑周圍有淺綠色暈圈，且在潮濕條件下逐漸擴(kuò)大，顏色變成黑灰或黑褐色，周圍產(chǎn)生霉層。葉片的病原菌可逐漸侵染蔓延至莖稈及葉柄，使其表皮產(chǎn)生褐色條斑。薯塊受到侵染后，表面形成不規(guī)則狀褐色病斑，病斑下面的薯肉呈深度不等褐色壞死斑，受致病疫霉侵染的馬鈴薯抗性降低，儲(chǔ)藏期間易被其他腐生菌侵染而軟腐。

2.2 流行特點(diǎn)從馬鈴薯晚疫病的流行角度分析，可分3 個(gè)發(fā)病階段：首先為病株中心發(fā)病階段，其次是病情逐漸蔓延階段，最后是病情發(fā)生嚴(yán)重階段，蔓延趨勢(shì)為中心向四周擴(kuò)散[19]。多數(shù)植株葉片出現(xiàn)個(gè)別病斑后，則進(jìn)入了普遍蔓延階段，從中心病株出現(xiàn)經(jīng)過15d 左右后病情蔓延，病情嚴(yán)重階段大量植株枯死[20]。

2.3 生物防治國(guó)內(nèi)外早有對(duì)微生物制劑的研究，自1887 年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)豆科植物根瘤具有固氮功能，并且根瘤菌的純培養(yǎng)獲得成功后，微生物的研究與應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。我國(guó)微生物制劑的研究應(yīng)用始于豆科植物應(yīng)用根瘤菌接種劑，20 世紀(jì)50 年代一些細(xì)菌肥料從蘇聯(lián)被引進(jìn)，如磷細(xì)菌和自生固氮菌等；70 年代放線菌制劑被推廣，如“5406”抗生菌肥料和固氮藍(lán)藻；70 年代至80 年代中期開始研究推廣VA 菌根；80 年代中期至90 年代聯(lián)合固氮菌被推廣使用[21]。如今微生物防治植物病害在眾多科研工作者努力下，已經(jīng)有很大的進(jìn)展，而馬鈴薯晚疫病病害原因具有多樣性和復(fù)雜性，芽孢桿菌具有一定的生物防治效果，被大眾逐漸開發(fā)重視[22]。

已有報(bào)道許多拮抗微生物已被用作生物防治劑來抑制馬鈴薯晚疫病的侵?jǐn)_并減少合成殺菌劑的使用[23]。其中最具有生防潛力和商業(yè)價(jià)值之一的生防菌——芽孢桿菌，日益受到人們的重視，國(guó)內(nèi)外各界學(xué)者紛紛探究其生防機(jī)理，是當(dāng)前開發(fā)生防資源的研究熱點(diǎn)[24]。因?yàn)檠挎邨U菌能夠產(chǎn)生耐熱、耐旱、抗紫外線和抗有機(jī)溶劑的內(nèi)生孢子，所產(chǎn)芽孢可制成粉劑、可濕性粉劑等各種劑型，且與化學(xué)農(nóng)藥混用后不失活，是理想的生防菌篩選對(duì)象。

黃保全等[25]研究發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌對(duì)馬鈴薯晚疫病的防效為80.59%，能夠增加馬鈴薯產(chǎn)量且對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)無不良影響，連續(xù)使用可改善土壤微生態(tài)，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，增強(qiáng)抗病性，提高馬鈴薯產(chǎn)量和商品性；2021 年學(xué)者Rani 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，芽孢桿菌顯著減少馬鈴薯晚疫病病變區(qū)域面積，培養(yǎng)濾液濃度為100%時(shí)效果最顯著，證明芽孢桿菌對(duì)致病菌群有顯著的拮抗作用；2020 年Sorokan 等[27]多位學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌26DCryChS 菌株能夠從蘇云金芽孢桿菌B-5351 中產(chǎn)生Cry1Iaδ-內(nèi)毒素，所產(chǎn)生的Cry1Iaδ-內(nèi)毒素是B-5351 成為1 株具有綜合殺菌劑和殺蟲活性菌株的關(guān)鍵因素，Cry1Iaδ-內(nèi)毒素能夠很好地抑制馬鈴薯晚疫病的菌絲生長(zhǎng)，與未處理的植物相比，植物的晚疫病癥狀發(fā)展減少了35%，并對(duì)馬鈴薯甲蟲具有殺蟲活性，表明使用以枯草芽孢桿菌26DCryChS 為基礎(chǔ)的生物防治劑，可作為一種植物綜合保護(hù)的替代策略。

3 芽孢桿菌對(duì)馬鈴薯瘡痂病的影響

3.1 發(fā)病癥狀馬鈴薯瘡痂?。≒otato common scab）是由腐生性絲狀革蘭氏陽(yáng)性鏈霉菌疥瘡鏈霉菌（Streptomyces scabies）、酸性瘡痂鏈霉菌（S.acidiscabies）和腫痂鏈霉菌（S.turgidiscabies）等多種植物致病性鏈霉菌引起的土傳兼種傳病害[28]。病薯癥狀主要表現(xiàn)為瘡痂病病原菌在馬鈴薯表面形成褐色木栓化病斑，嚴(yán)重時(shí)呈瘡痂狀，外觀的破壞對(duì)于馬鈴薯商品化有較為不良的影響[29]。

馬鈴薯瘡痂病可以在馬鈴薯塊莖內(nèi)和土壤內(nèi)過冬，繼續(xù)侵染次年的馬鈴薯，其致病菌可在土壤內(nèi)存活10 年之久。馬鈴薯瘡痂病主要侵染的部位為馬鈴薯塊莖，對(duì)于馬鈴薯地上部位無較大影響，發(fā)病初期薯塊表面形成淺褐色小斑點(diǎn)，隨著侵染面積加大，馬鈴薯塊莖出現(xiàn)較大的斑塊，且形狀多表現(xiàn)為不規(guī)則形，主要形狀為凸起病斑。

3.2 流行特點(diǎn)馬鈴薯瘡痂病病原菌能夠種傳和土傳，其中種植帶菌種薯是馬鈴薯瘡痂病發(fā)生和傳播的重要途徑，白色薄皮品種易感染瘡痂病，褐色厚皮品種相對(duì)薄皮品種不易感染?，F(xiàn)有研究表明，馬鈴薯瘡痂病中的致病性鏈霉菌一旦在土壤中建立，就極難根除，其可以在馬鈴薯作物之間持續(xù)數(shù)年，且被感染的馬鈴薯塊莖表面常出現(xiàn)凹陷或凸起的壞死病變，嚴(yán)重影響塊莖品質(zhì)[30]。馬丹丹等[31]研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯瘡痂病較重發(fā)生時(shí)，在植株的地上、地下組織中均可檢測(cè)到瘡痂病病原菌，其中塊莖的含菌量隨病害的發(fā)展明顯增加，土壤中的瘡痂病菌在馬鈴薯塊莖膨大期明顯增加，根際土的含菌量高于自由土。

3.3 生物防治國(guó)內(nèi)外已有芽孢桿菌作用于馬鈴薯瘡痂病方面的相關(guān)報(bào)道，Li 等[32]通過拮抗試驗(yàn)獲得了110 株分離株，發(fā)現(xiàn)其中1 株芽孢桿菌AMCC 101304 對(duì)馬鈴薯瘡痂病病原菌中疥瘡鏈霉菌有較好的防治效果。試驗(yàn)證明，施用AMCC 101304 后，馬鈴薯發(fā)病率由100%降至34.19%，效果較為顯著。Chen 等[33]研究發(fā)現(xiàn)，側(cè)孢芽孢桿菌AMCC5 在土壤中能夠穩(wěn)定定植，使馬鈴薯收獲期鏈霉菌病原菌群從土壤中顯著減少，病害嚴(yán)重程度顯著降低，生防效果高達(dá)70.51%，表明AMCC5 對(duì)于馬鈴薯瘡痂病有較好的生防效果。糜芳等[34]在土壤中分離獲得的1 株解淀粉芽孢桿菌Ba002，通過試驗(yàn)證明其對(duì)馬鈴薯瘡痂病病原菌有一定的抑制作用，通過田間試驗(yàn)與盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施用Ba002 后，馬鈴薯瘡痂病防治效果分別達(dá)到59.72%、66.44%，且與傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥多菌靈防治效果相比，施用Ba002 的防治效果顯著提高，田間試驗(yàn)結(jié)果表明，Ba002 能夠提高馬鈴薯產(chǎn)量。前人研究結(jié)果表明，生防菌芽孢桿菌在馬鈴薯瘡痂病生物防治方面具有顯著的作用，同時(shí)為未來微生物菌劑替代傳統(tǒng)農(nóng)藥防治馬鈴薯瘡痂病提供理論依據(jù)。

4 展望

本文總結(jié)了一些研究報(bào)道，證明部分芽孢桿菌能夠?qū)︸R鈴薯部分病害起到生物防治效果，發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌對(duì)于馬鈴薯病害是一種有效的生物防治手段，具有廣闊的研究前景，能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有力的技術(shù)保障。基于對(duì)現(xiàn)有研究結(jié)果的理解，對(duì)芽孢桿菌的前景進(jìn)行分析展望。

研究表明，芽孢桿菌對(duì)馬鈴薯病害具有較為有效的抑制作用，能夠起到很好的生防作用，但是多數(shù)試驗(yàn)都是在室內(nèi)溫室進(jìn)行的微生物拮抗試驗(yàn)與植株表達(dá)試驗(yàn)，應(yīng)用到田間的試驗(yàn)較少，而室內(nèi)試驗(yàn)的環(huán)境是人工可控的，田間試驗(yàn)的環(huán)境則較為復(fù)雜且不可控制，每年的種植環(huán)境與氣候變化多樣且復(fù)雜，因此想要更好地將有效菌株應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，并將其作用發(fā)揮到最大化，應(yīng)提高生防菌株的生物防治效率。本研究認(rèn)為加強(qiáng)生防菌株的實(shí)踐基礎(chǔ)研究也很有必要，例如開展較多的、連續(xù)性的田間試驗(yàn)，進(jìn)行同種菌株不同地域、不同環(huán)境的試驗(yàn)，加強(qiáng)生防菌株在不同土壤中的適生性（如存活、定殖和繁衍等），探索芽孢桿菌與作物根系土壤微生物的互作關(guān)系，以便于在田間試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)并解決問題，對(duì)于植物病害的生物防治具有重要指導(dǎo)作用。