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新一代植物病害防治利器,从抑菌圈说起

赵彬涵 访问量: 【字号:

培养基含有微生物生存所需的营养物质,如今已成为实验室培育微生物的基本工具。利用培养基,人类可对微生物进行观察、鉴定、筛选、传代、保存等操作。在培养基上,微生物可形成肉眼可见的菌落(如图一),从而有利于后续研究。这仅仅是个开端,如今,培养基被开发出更多的功能,用于更广泛的科学研究。得益于这个简单的工具,微生物世界许多鲜为人知的现象陆续被科学家发现。我们今天的故事便开始于几个普通的培养基。

图一

为了解身边微生物,我曾利用培养基“捕捉”来自空气以及皮肤上的微生物,结果如图二所示。在感叹微生物形态各异、种类繁多的同时,会发现一个有趣的现象,在一些微生物周围,其他微生物无法生长(图中圆圈所示区域),这个圈的专业名称叫抑菌圈。

图二

说起抑菌圈大家可能会陌生,但它的提出者——弗莱明大家一定耳熟能详。当年,弗莱明偶然发现,他培养金黄色葡萄球菌的培养基被青霉菌污染了,有趣的是,在青霉菌的周围,出现了一块空白区域,区域内无金黄色葡萄球菌(如图三),由此,他提出抑菌圈的概念。弗莱明推测,青霉菌能够抑制金黄色葡萄球菌的生长,使得在以青霉菌为圆心的圆形区域内无金黄色葡萄球菌,因而表现为一块空白区域。这一不经意的发现最终导致一代神药青霉素的诞生,人类平均寿命因此提高了近30岁。从这一现象中,人类也意识到,微生物世界并非风平浪静,实则是一个无声的战场。为了争夺有限的生存空间和养料,微生物耍起了“小心机”,利用各种手段抑制其他微生物的生长。从图一我们便可窥见微生物间竞争的激烈。在自然界中,一种微生物抑制其他微生物生长的现象是普遍存在的。

图三

更让我感兴趣的是图二- C这幅图,该图中1为孺孢菌,一种植物病原真菌;而圆圈内的微生物分别为地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌,土壤中常见的细菌。在它们周围出现了明显的抑菌圈,孺孢菌无法生长。换句话说,在植物上肆无忌惮的孺孢菌,在两种芽孢杆菌面前明显不占优势,它的生长被两株芽孢杆菌抑制住了。那么,可否将这两种微生物应用于农业生产中,来抑制植物病原菌生长,使其担负起保护植物免受病原菌侵袭的职责?答案是肯定的。这类微生物便是我们今天的主角——生防菌。

生防菌泛指那些能够防治植物病害的有益微生物,包括真菌、细菌、放线菌等,真菌中的木霉、细菌中的枯草芽孢杆菌、放线菌中的链霉菌都是它们中的杰出代表。生防菌防治植物病害的机制多种多样,拿枯草芽孢杆菌来说,它可以通过与植物病原菌竞争营养、分泌抗菌物质、溶解病原菌等途径抑制植物病原菌的生长。而木霉等生防真菌还有独特的重寄生作用,即它可寄生于植物病原真菌上,从中获取营养,导致植物病原真菌死亡。此外,生防菌还能够诱导植物产生对病原菌的抗性,提高植物自身的抵抗能力。总之,不同生防菌通过不同机制,对不同植物病害起到防治效果。

生防菌的发现可谓意义巨大,可以预见,它将成为人类对付植物病原菌的新一代利器。近年来,曾风靡一时的化学杀菌剂逐渐显现出其弊端,环境污染、农药残留超标、病原菌抗性形成,这些问题急需解决。生防菌给人类提供了一种防治植物病害的新思路——以菌治菌。这个过程绿色环保,对环境友好,对人畜安全,符合当今社会的绿色发展理念。毫不夸张地说,生防菌有着巨大的发展前景。当然,现在就认为生防菌可以完全取代化学杀菌剂还为时尚早,在实验室这一单纯环境下表现出明显抑菌效果的微生物,并不意味着其在自然环境下也拥有同样的效果。目前,生防菌在植物病害防治上还存在一些问题,如稳定性较差、在自然条件下往往达不到足够的数量、对田间残留的农药敏感,这些问题制约了生防菌的推广应用。

如何提高生防菌在自然环境下的杀菌能力,使其能够发挥最佳效果?科学家依然在不断探索。对生防菌进行菌种改良,提高其环境适应力可以说是最直接的方法。而将活菌制成各类生物制品,如微生物菌剂、生物农药,则提供了另外一种思路。同时值得注意的是,自然界中尚有超过90%的微生物资源未被人类研究,不断探索,不断尝试,在丰富的微生物资源库中筛选得到效果更好的生防菌,也不失为一种可行方法。

目前,对于生防菌的研究尚处在实验阶段,它就像一个百宝箱,只等着人们寻找合适的钥匙打开它。相信在不久的将来,人们将告别有毒副作用的化学杀菌剂,只需将生防菌或其制品喷洒于土地上,便可发挥其防治病害菌的效果,更好地保护各类植物。