真菌病毒對(duì)植物病原物的生物防治作用及其研究進(jìn)展

時(shí)婷婷 覃茜 張君成

摘要 綜述了板栗疫病、玉米黑粉病、油菜菌核病利用真菌病毒來(lái)防治植物病原物的成功實(shí)例，并分析了其致病機(jī)理，通過(guò)其顯著效果評(píng)述了生物防治植物病原物的意義，并展望了該研究領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 真菌病毒;致病力;低毒力菌株;生物防治;生理特性

中圖分類(lèi)號(hào) S432.4+4 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A ?文章編號(hào) 0517-6611（2015）03-131-02

The Biocontrol Effects and Research Advances of Mycoviruses against Plant Pathogens

SHI Tingting， QIN Qian， ZHANG Juncheng

（Agricultural College of Guangxi University， Nanning， Guangxi 530003）

Abstract ?This paper summarized the successful instances of using mycoviruses to prevent and control plant pathogens， analyze its pathogenesis， at the same time review the meaning of biological contol of plant pathogens through its significant effect on Chestnut blight， Ustilago maydis and Rapesclerotiniarot， in addition， the application prospect was forecasted.

Key words ?Mycoviruses; Pathogenicity; Low power strains; Biological control; Physiological characters

作者簡(jiǎn)介 時(shí)婷婷（1991- ），女，山東德州人，碩士研究生，研究方向：植物真菌病害及其防治。

收稿日期 20141211

真菌病毒是以真菌為宿主的病毒。1962年英國(guó)的霍林斯等在電子顯微鏡（簡(jiǎn)稱(chēng)電真菌病毒鏡）下從栽培蘑菇（Agaricus）中發(fā)現(xiàn)了與病害有關(guān)的3種病毒：直徑為25和29 ?nm的球形病毒以及19 ?nm×50 ?nm的短棒狀病毒^[1]。Lampson等報(bào)道病毒的dsRNA是繩狀青霉（Penicillium funiculosum）產(chǎn)生干擾素誘導(dǎo)劑的來(lái)源;Klenschmidt等通過(guò)電鏡在匐枝青霉（P.stoloniferum）的培養(yǎng)液或提取液（抗病毒部分）中發(fā)現(xiàn)了病毒顆粒;Banks等證實(shí)了匐枝青霉病毒（PsV）和繩狀青霉病毒（PfV）都是dsRNA病毒;姜道宏等從油菜菌核病的病原菌核盤(pán)菌致病力衰退菌株 DT8 中分離鑒定出DNA 病毒^[1]。

在真菌的各大類(lèi)群中都發(fā)現(xiàn)過(guò)病毒，約有100種真菌可被病毒感染，包括1種病毒侵染幾種真菌或1種真菌同時(shí)感染幾種病毒。目前已知的真菌病毒有62種，分布于50余屬中，其中僅蘑菇病毒就有5種類(lèi)型?，F(xiàn)有資料表明，病毒和真菌之間的關(guān)系極為復(fù)雜，真菌病毒已成為遺傳學(xué)和分子生物學(xué)中很有價(jià)值的試驗(yàn)體系之一^[1]。為此，筆者綜述了真菌病毒在植物生物防治上的應(yīng)用及其研究進(jìn)展，旨在為植物微生物學(xué)研究提供參考。

1 真菌病毒的形態(tài)特征和生理特性

1.1 真菌病毒的形態(tài)特征

大多數(shù)真菌病毒都是小的、球形或六邊形顆粒，直徑為25～45 ?nm，有單層衣殼（相當(dāng)于高等動(dòng)物或植物dsRNA病毒的內(nèi)層衣殼）， 分子量6×10⁶～131×10⁶，沉降系數(shù)為100～200 s，少數(shù)為桿狀、彎曲桿狀、球棒狀、線狀病毒。如引起雙孢蘑菇的病毒有直徑19、25、29、34～35、50 ?nm的球狀病毒和19～50 nm的桿狀病毒，其中直徑25、35 nm的球狀病毒和19～50 nm的桿狀病毒最常見(jiàn)^[2]。

病毒通常分布在菌絲細(xì)胞的原生質(zhì)或液泡內(nèi)，不規(guī)則聚合或有時(shí)在老菌絲體中呈晶格狀排列，并不與細(xì)胞核、線粒體或其他細(xì)胞相結(jié)合^[3]。真菌病毒不能以常規(guī)的摩擦或混合接種方法侵染菌體。在自然條件下，病毒不是以細(xì)胞廣泛裂解的方式釋放，而是以菌體胞質(zhì)割裂產(chǎn)生有性或無(wú)性孢子的方式傳到后代——縱向傳播;或者由于?。◣Ф荆?、健康的可親的菌絲、孢子之間融合發(fā)生胞質(zhì)交換而傳播——橫向傳播。

1.2 真菌病毒的生理特性

目前根據(jù)核酸類(lèi)型不同將真菌病毒分為3種：dsRNA病毒、dsDNA病毒和ssRNA病毒。大多數(shù)真菌病毒屬dsRNA，如蘑菇（A.bisporus）、香菇（Lentinus edodes）、玉蜀藜長(zhǎng)蠕孢（Helminthosporium maydis）及小麥全蝕病菌（Gaeumannomyces graminis）^[4]。據(jù)Hollings （1979）統(tǒng)計(jì)，在所有已知的dsRNA病毒中，真菌病毒占第1位;而大多數(shù)的植物病毒和脊椎動(dòng)物病毒為ssRNA病毒^[1]。2010年5月4日，國(guó)際權(quán)威刊物《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室姜道宏教授課題組的研究結(jié)果，報(bào)道他們從油菜菌核病的病原菌——核盤(pán)菌致病力衰退菌株 DT8 中分離鑒定出DNA 病毒（SsHADV1），并詳細(xì)描述了菌株的菌落形態(tài)，同時(shí)對(duì)該 DNA 病毒的序列結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)進(jìn)化、轉(zhuǎn)染以及傳播特性進(jìn)行了研究^[5]。 近期他們與美國(guó)肯塔基大學(xué)研究人員共同努力，發(fā)現(xiàn)在很簡(jiǎn)單的遺傳轉(zhuǎn)化條件下純化的該病毒顆粒和寄生在核盤(pán)菌上的病毒顆粒均易轉(zhuǎn)移到蔬菜病原菌核盤(pán)菌中，能夠進(jìn)行胞外轉(zhuǎn)移，說(shuō)明該 DNA 真菌病毒具有與 RNA 病毒完全不同的啟動(dòng)感染宿主的方式^[6]。目前發(fā)現(xiàn)屬于ssRNA真菌病毒的是引起雙孢蘑菇的17 nm×50 nm的桿狀病毒^[7]和香菇菌絲中一種直徑為34 nm的球狀病毒顆粒^[8]。

2 真菌病毒在植物病原真菌生物防治上的應(yīng)用

2.1 板栗疫病

板栗疫病是由栗疫菌（Cryphonectria parasitica=Endothia parasitica）引起的栗樹(shù)病，主要表現(xiàn)為樹(shù)皮及樹(shù)干發(fā)生潰瘍，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致死亡。該病在國(guó)內(nèi)外都相當(dāng)普遍^[9-10]。在栗疫病菌的低致病力菌株中分離到dsRNA， 其對(duì)強(qiáng)毒力栗疫病菌的致病作用降低了栗疫病菌對(duì)栗樹(shù)的侵染性^[11]。天然含dsRNA低毒力菌株的出現(xiàn)使得瀕臨滅絕的歐洲栗樹(shù)林得以恢復(fù)。當(dāng)然，該種致病力作用或侵染性的降低也有可能是低毒力菌株對(duì)寄主植物的誘導(dǎo)抗病或位點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)等保護(hù)作用^[4]。若干年來(lái)，歐美等地用低毒力菌株進(jìn)行生物防治取得了明顯的治療效果^[12]。低毒力菌株以其應(yīng)用簡(jiǎn)便、無(wú)污染、成本低、效果明顯等特點(diǎn)在生物防治中日益受到重視。

2.2 玉米黑粉病

毒素的產(chǎn)生是由特定的dsRNA和病毒顆粒決定的，黑粉菌具有3種殺傷型和3種免疫型，對(duì)6種菌株分析，都有直徑40 nm的病毒顆粒，但dsRNA不相同，其致死體系至少是由1個(gè)核基因的2個(gè)等位基因控制的。黑粉菌的致死型菌株產(chǎn)生的胞外毒素殺死或抑制敏感型菌株，致死型菌株是自身免疫的，并且對(duì)屬于同一專(zhuān)化類(lèi)群的其他致死菌株也是免疫的，而對(duì)不同專(zhuān)化群的致死菌株是敏感的，該種致死-免疫特性是與胞質(zhì)遺傳和含有特殊的dsRNA片段的病毒顆粒的存在相關(guān)的。玉米黑粉菌生物防治的可行性是由其致死體系決定的。研究表明，玉米黑粉菌產(chǎn)生的胞外蛋白質(zhì)毒（致死蛋白質(zhì)KP1、KP4和KP6）對(duì)相近的禾本科黑粉菌也有致死性。真菌病毒影響真菌產(chǎn)生次生代謝產(chǎn)物，沒(méi)有病毒顆粒并不意味著沒(méi)有病毒，可能是病毒在分解狀態(tài)或其他尚未被識(shí)別的狀態(tài)，但對(duì)寄主生理還是有影響的^[13]。

2.3 油菜菌核病

核盤(pán)菌引起的菌核病嚴(yán)重威脅到油菜和豆類(lèi)等 450 多種植物的安全生產(chǎn)，是油菜的第一大病害。人們一直認(rèn)為只有RNA病毒才能感染真菌，姜道宏教授課題組在油菜菌核病的病原菌-核盤(pán)菌致病力衰退菌株DT8中分離鑒定出的真菌DNA病毒打破了這一觀念，為真菌DNA病毒的進(jìn)一步研究提供了理論支持。經(jīng)脫毒處理過(guò)的DT8VF菌株能重新恢復(fù)毒性形成正常菌落，將其與致病力衰退的DT8菌株接觸后又出現(xiàn)致病力衰退現(xiàn)象，為生物防治植物真菌病害開(kāi)辟了廣闊的研究前景。另外，該研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)室內(nèi)和 4 年田間的試驗(yàn)證明空氣噴灑盾殼霉能用于油菜菌核病的生物防治^[14]。

預(yù)測(cè)核盤(pán)菌致病力衰退相關(guān)DNA病毒 （SsHADV1） 能在田地中自然傳播，其寄主范圍可能擴(kuò)大到其他重要的植物病原菌^[5]。通過(guò)感染馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基上的核盤(pán)菌菌絲和擬南芥葉子等試驗(yàn)，結(jié)果表明該真菌病毒能抑制病原菌的擴(kuò)繁，減緩病情的蔓延，同時(shí)能夠顯著提高野外培養(yǎng)油菜籽的產(chǎn)量，為開(kāi)發(fā)新的天然生物農(nóng)藥提供了新的思路和方向。

綜上，真菌病毒對(duì)植物病原真菌的生物防治作用主要存在3種機(jī)理：低毒力菌株的產(chǎn)生;其代謝物對(duì)病原物的致死作用;保護(hù)作用。

3 真菌病毒在植物病原真菌生物防治上的意義與展望

化學(xué)污染最重要、最直接的根源是農(nóng)藥、化肥的不斷追加和非理性施用，給生態(tài)環(huán)境造成的污染和破壞與日俱增^[15]?，F(xiàn)今，控制真菌病害的主要方法依然是使用化學(xué)殺菌劑，為了減少殺菌劑的使用，開(kāi)發(fā)一種既高效又環(huán)保的方法來(lái)有效控制真菌病害十分必要。例如，用活體微生物來(lái)防治有害生物的微生物體農(nóng)藥包括了以細(xì)菌、真菌、昆蟲(chóng)、病毒、線蟲(chóng)以及拮抗微生物所開(kāi)發(fā)的農(nóng)藥等。目前我國(guó)能大規(guī)模生產(chǎn)的生物農(nóng)藥品種主要有4個(gè)，即蘇云金芽孢桿菌、井崗霉素、阿維菌素和赤霉素^[16]。病毒與真菌次生代謝產(chǎn)物關(guān)系以及利用病毒防治植物病原真菌病害可以從生態(tài)角度出發(fā)，保護(hù)環(huán)境，減少化學(xué)農(nóng)藥帶來(lái)的弊端，提高自然防護(hù)系統(tǒng)的擴(kuò)展。

真菌中dsRNA致死因子的存在是一種重要的生物學(xué)現(xiàn)象^[17]。近年來(lái)對(duì)B.cinerea低毒力菌株的研究較熱門(mén)，它是繼E.parasitica后又一研究焦點(diǎn)，可作為生物防治的手段之一^[18]。國(guó)內(nèi)于云南、廣西找到低毒力菌株，成功地實(shí)現(xiàn)了低毒力基因轉(zhuǎn)移，使強(qiáng)毒力菌株基因轉(zhuǎn)變?yōu)榈投玖?sup>[12]。研究低毒力相關(guān)的dsRNA與其他真菌病毒dsRNA的關(guān)系，可為真菌病毒dsRNA的基礎(chǔ)研究以及調(diào)控病原真菌dsRNA對(duì)寄主的毒力提供依據(jù)^[19]。另外，國(guó)際上首次有關(guān)真菌 DNA 病毒的報(bào)道，不僅拓寬了人們對(duì)病毒生態(tài)學(xué)及進(jìn)化的認(rèn)識(shí)，也為進(jìn)一步利用真菌 DNA 病毒防治植物菌核病提供了新途徑。

將真菌病毒應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，需要解決的問(wèn)題很多，植物的栽培條件、栽培措施、自然環(huán)境、微生態(tài)環(huán)境、真菌病毒的形態(tài)穩(wěn)定性等因素都影響真菌病毒發(fā)揮作用，因此利用真菌病毒進(jìn)行大田防病，必須考慮它的生態(tài)學(xué)、病理學(xué)和形態(tài)學(xué)等方面的影響。另外，真菌病毒的分離及篩選方法也有需改進(jìn)和完善之處。

真菌病毒特殊的致病作用決定了真菌病毒既有理論研究的廣度和深度，又有多方面的應(yīng)用潛力，是個(gè)潛力巨大、尚待開(kāi)發(fā)的微生物新資源。一方面，在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中它們與宿主真菌之間的誘導(dǎo)抗性或位點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系能夠減輕病原真菌的致病作用;另一方面，認(rèn)為它們能夠產(chǎn)生多種生物活性物質(zhì)，所以可以用于包括生物農(nóng)藥在內(nèi)的藥物研發(fā)。因此，開(kāi)展植物真菌病毒的研究不僅對(duì)植物微生物學(xué)科的基礎(chǔ)研究有重要的理論價(jià)值，而且對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展也有重要的實(shí)踐意義^[20]。

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