微生物次级代谢产物抗辣椒疫霉的研究进展- 大数跨境

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微生物次级代谢产物抗辣椒疫霉的研究进展

天然产物研究与开发

2023-05-18

导读：本文对近二十年来94种具有抗辣椒疫霉活性的微生物次级代谢产物的来源、抗菌效果和部分次级代谢产物的抗菌机理进行综述。

廖宏娟1 张志斌1 江玉梅1* 朱笃1,2

1 江西师范大学生命科学学院江西省亚热带植物资源保护与利用重点实验室

2 江西科技师范大学生命科学学院江西省生物加工过程重点实验室

前言

辣椒疫霉隶属于卵菌门(Oomycota) 、卵菌纲(Oomycetes) 、霜霉目(Peronosporales)、霜霉科(Peronosporaceae)、疫霉属(Phytophthora spp.)，于1922年被首次报道，是一种破坏性极强的入侵性病原菌，可引发植物患疫病(如图1)，从而对农业生产造成巨大的经济损失。Kamoun等报道了对全球粮食安全和自然生态系统保护具有重大负面影响的前十大卵菌病原体，其中包括6种疫霉，辣椒疫霉排名第5。辣椒疫霉最初被认为是辣椒特有的病原菌，后来发现它还能侵染某些茄科、豆类和大多数瓜类作物。辣椒疫霉生长迅速，喜高温高湿天气，可感染包括根、茎、叶和果实在内的所有植物部位，且其孢子囊可在土壤中越冬并能存活1～2年之久，这严重影响了辣椒等作物的轮作。此外，辣椒疫霉可经水源、带菌土壤和空气对流等多种途径传播，一旦被引入田间就很难控制，而且往往无法根除。因此，辣椒疫霉作为一种毁灭性的土传病菌，是限制辣椒、豆类和瓜类等作物产业发展的主要因素之一。

化学农药防治、抗病品种选育和生物防治是防治辣椒疫霉的常见方法。目前，应用于辣椒疫霉防治的化学农药主要有丙森锌(propineb)、烯酰吗啉(dimethomorph)、甲霜灵(metalaxyl)和嘧菌酯(azoxystrobin)等，它们的防治效率在50%～90%之间。化学农药因其施用方便、防治效果快和成本低等优点成为农业生产中防病丰产的重要手段，但长期使用化学农药会导致病原菌产生耐药性，同时还污染环境。抗病品种选育主要通过杂交育种、诱变育种和生物技术辅助育种技术来选育抗病品种，是防治作物病害较为经济和环保的方法。但抗病品种选育所需的时间较长，且抗病品种会产生抗病性丧失现象。相比于化学防治，生物防治是一种更安全的选择，因为它可避免环境污染。微生物防治是生物防治的一种，防治植物病害的微生物通常是细菌、放线菌和真菌，它们可以通过多种机制来抑制病原菌感染寄主植物。其中，抑制性代谢物是微生物拮抗植物病原菌最重要的生防机制之一。微生物次级代谢所产生的生物碱类、脂肽类、大环内酯类和萜类等物质对辣椒疫霉有良好的抑制效果。例如，从枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)中分离出的新型脂肽gageopeptide A能使辣椒疫霉的游动孢子的运动受到抑制并发生裂解; 从小单孢菌Micromonospora coerulea的培养液和菌丝体中纯化出的抗生素Ao58A对辣椒疫霉的最小抑菌浓度(MIC)为3μg/mL，且在温室条件下抗生素Ao58A与甲霜灵在控制辣椒疫病方面效果相当。因此，大量的杀菌剂不仅来源于化学合成，还来源于微生物的次级代谢产物。本文以微生物类型为线索，从微生物次级代谢产物的来源、抗菌效果和部分次级代谢产物的抗菌机理等方面，对近二十年来94种具有抗辣椒疫霉活性的微生物源次级代谢产物进行综述，以期为微生物源次级代谢产物抗辣椒疫霉的研究与开发提供参考。

代表性结果

讨论与结论

微生物及其代谢产物衍生生物制剂的开发和使用被认为是控制植物病害的有效手段，也是实现农业绿色发展的有效策略。本文总结了94种具有抗辣椒疫霉活性的微生物次级代谢产物，其中细菌来源的产物最多占46.8%，放线菌和真菌来源的产物分别占27.7%和25.5%。这94种微生物次级代谢产物中绝大部分产物对辣椒疫霉有良好的抑制活性，且某些次级代谢产物可通过限制孢子运动、裂解孢子、破坏细胞膜、抑制蛋白质合成以及诱导植物产生抗性等方法来抑制辣椒疫霉。此外，真菌中的毛壳菌、木霉和曲霉是常用的生防菌，但这三类真菌拮抗辣椒疫霉的研究大多集中在活菌及发酵液，而对其纯产物抗辣椒疫霉的研究较少。因此，非常有必要对这三类真菌的发酵产物进行分离和纯化，以便获得更多结构新颖且抗辣椒疫霉活性强的次级代谢产物。

虽然微生物次级代谢产物在抑制辣椒疫霉及其他植物病原菌上有巨大潜力，但不可否认的是，若想将微生物次级代谢产物真正应用于农业生产中还存在多方面的限制因素。首先，对于微生物次级代谢产物抗辣椒疫霉的报道绝大部分停留在产物的分离鉴定和抗辣椒疫霉活性的初步筛选与评价，而对其抗菌机制和大田实验研究很少; 其次，许多产物的稳定性不强，易受外界环境因素的影响，使抗菌效果大打折扣。因此，在今后还需注重结合抗菌机制和田间试验等进行多层次、多方面的深入研究; 并对有应用前景的产物进行结构修饰，提高产物的稳定性及对辣椒疫霉的防治效果。总之，我们应该客观地认识微生物来源的次级代谢产物在防治植物疫病中的潜力，并充分发挥其优势。且在化学农药污染严重和抗病品种选育困难的条件下，开发和利用微生物该研究成果发表在《天然产物研究与开发》2023年第4期，欢迎引用(点击左下方“阅读原文”可查看全文)。

引用格式：廖宏娟,张志斌,江玉梅,等.微生物次级代谢产物抗辣椒疫霉的研究进展[J].天然产物研究与开发,2023,35:705-721. Liao HJ,Zhang ZB,Jiang YM,et al.Research progress of microbial secondary metabolitesagainst Phytophthora capsici[J].Nat Prod Res Dev,2023,35:705-721.