拮抗细菌拮抗作用的方式及作用机理

(1)抗生作用

由于细菌的同化作用而产生的抗菌物质对病原菌生长繁殖的抑制作用被称为抗生作用或拮抗作用。这些抗生物质在很低浓度下即可对病原菌等其他微生物的生长和代谢活动产生毒害作用。这类抗生物质大致包括抗生素、细菌素(bacteriocin)、蛋白质类抗真菌素及挥发性抑菌物质等。

①芽孢杆菌抗生素

生防芽孢杆菌往往同时产生多种对特定病原菌具有很高活性的抗生素。无细胞培养物或抗生素粗提物平板抑菌试验和田间防病试验均能直接反映抗生素的生防作用。如B916无细胞培养液对水稻纹枯病防效可达58.1%,而孢子发酵液的为77%[17]。B.subtilis M51脂肽抗生素Iturin A2使用浓度为100μg/g的土时就能完全抑制Fusarium oxysporum f.sp.lycopersici对番茄的侵染[13]。目前,生防芽孢杆菌发酵液、无细胞培养液、抗生素和产抗生素缺失突变株的综合防病试验,已经系统证明抗生素是芽孢杆菌抗菌防病作用的重要机制。已证实B.subtilis CL27能产生3种抗生素。其中,一种为非多肽抗生素,只对Botrytiscinerea有活性;另两种为多肽抗生素:一种对Alternaria brassicicola有高活性,而另一种同时对两种病原菌有活性。

Utkhede和Rahe(1980)发现,B.subtilis能产生抑制S.cepivoum的抗生素。Broadbent等(1971)对A13菌株在离体条件下的广谱抗生作用研究后认为,该菌是通过对聚居于植株根部的有害微生物或对其毒素的抑制作用促进植株生长的;Cubeta等(1985)对Bsl菌株的抗生试验研究后发现,该菌株能对包括青霉菌(Penicillium sp)在内的26种大豆种子病菌起杀菌或抑菌作用,即使经高压灭菌后的培养物滤液,仍能抑制病菌Phomopsis sp的生长和子座的形成;Dunleavy(1955)和Mckeen等(1986),Baker等(1983),Pusey和Wilson(1984)分别用B.subtilis的不同分离物进行的各类病害防治试验一致表明,产生抗生素是该菌的共同防病机理。业已发现B.subtilis类抗生体可产生诸如枯草菌素(subtilis)、杆菌毒霉素(toximycin)、伊枯草菌素A(iturin A)、抗霉枯草菌素(mycosubtilin)、酶基肽(acylpeptide)、优霉素(eumycin)、伊枯草菌素C及枯草杆菌肽(bacitracin)等多肽类抗生素,多肽抗生素26a,以及杆菌毒素S.L.D(bacillomycin S.L.D)等蛋白类抗真菌素,有的甚至还能产生挥发性的抑菌物质。这些抗菌物质或抑制菌丝生长,或抑制孢子萌发,或二者兼具,对病菌产生有效的拮抗作用。例如B.subtilis NCIB8872及PRS[46]等菌株产生的挥发性代谢物质几乎可完全抑制Penicillium spp.Aspergillus ochracens及R.solani等病菌菌丝的生长和孢子及毒素的形成,阻止病害的发生。生产实践中,主要是通过改变土壤或特定空间(如包装容器)的气体组成抑制病菌生长的。在已知的50多种抗生素中,绝大多数都是不常见的氨基酸、多肽或含氮(N)杂环化合物等次生代谢产物。

Pseudomonas产生的抗生物质包括细菌素、抗生素等,种类很多,如Pyoluteorin,Pyrrolnitrin(Chao W.L Nelson E B,Harman G E,Hoch H C,1986),能有机地抑制菌丝生长和孢子萌发,降低菌核的活性等,从而达到防病效果[47]。

②抗菌蛋白的生防作用

微生物抗菌蛋白的生防作用不仅被平板抑菌试验证实,而且已经被应用于植病生防试验和生产实践[16,37]。Enterobacter agglomerans对R.solani引起的棉花病害防效为64%～86%,而其产的几丁质酶突变株则没有抗菌作用。Aeromonascaviae几丁质酶能使R.solani,F.oxysporum,以及Sclerotium rolfsii引起的棉花和菜豆病害减轻78%、57%和60%。Serratiamarcescens几丁质酶基因chiA导入荧光假单胞菌、大肠杆菌和高等植物已经获得有显著防效的转基因遗传工程体,但对于芽孢杆菌几丁质酶、葡聚糖酶和其他抗菌蛋白的植病生防作用目前只涉及平板抑菌活性研究,尚未见到有关直接的遗传证据和防治应用报道。

(2)溶菌作用

许多B.subtilis类拮抗体产生的次生性代谢物质对病原菌的菌丝或孢子的细胞壁产生溶解作用,致病菌细胞壁穿孔、畸形、菌丝断裂、原生质消解、外溢而丧失活力。例如,B.subtilisPRS5菌株的代谢产物可使R.solani菌丝分隔增多,隔间变短,胞内原生质消解,胞壁大量穿孔,或不规则消解,菌丝缩短、断裂,原生质外溢解体而失活。Rovira A.D.和Campbell R.通过电镜扫描发现,P.fluorescens定殖在Gaeumonnomycesgraminis菌丝上对菌丝产生溶解作用。胡炳福观察到,Pseudomonas spp.对Hypoderma desmazierii,Fusarium sp.Lophodermium pinastri,L.unicinatum的孢子有明显的溶解作用。