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微生物与植物抗逆性
自然环境的各种因素是经常变化的,旱涝冷冻盐碱虫害病害以及大气、水质、土壤污染等不良环境条件即为逆境或胁迫。植物在长期的系统发育中逐渐形成了对逆境的适应和抵抗能力,这种适应和抵抗能力称为抗逆性。任何植物的抗逆性都不是骤然形成的。遇到逆境使,植物会做出反应,这个逐步适应的变化过程称为锻炼。
在农业生产中,对作物产量影响最大的是病虫害和干旱等。日愈严重的环境污染问题、食品安全问题对要求对现今农业生产中广泛运用的化学农药提出严峻挑战;在中国这样一个干旱缺水状况严重的农业大国,增强植物抗旱性是从事自然科学研究者研究的热点。微生物学的快速发张,微生物在农业生产、工业生产加工等各领域的广泛运用,为植物抗逆性研究提供了新的思路,新的可能。
微生物运用于植物病虫害的防治是现今“绿色农业”发展的新的出路。除了现在在广泛研究的运用“生物农药”等外部施用的生物制剂(大部分是微生物次生代谢产物或直接是微生物本身)防治植物病虫害,许多研究发现,与植物共生或是营寄生生活的真菌、细菌等都有增强植物抗病虫害能力的作用。许多感染植物的内生真菌能产生多种生物碱和真菌毒素如黑麦草碱、麦角碱、波胺和覃青毒素等,这些次生代谢物因对食草动物和昆虫等具有毒性,阻抑昆虫和食草动物的采食、抵抗病虫害等,从而能提高植物对多种食草昆虫的抗性。其中较为人熟知和运用较广的就是苏云金杆菌。有学者从黄瓜、小麦、白菜以及番茄四种植物茎中发现两株植物内生放线菌Lj20和St24,用其粗提物处理番茄植株后,测定了根、茎、叶中过氧化氢酶(CAT)、多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性,发现 CAT、PPO和POD酶的活性都有所增强的。结果表明,Lj20和St24的代谢物不仅对病原菌具有直接抑制作用,而且可通过提高植物体内防御性酶活性来提高植物的抗病性。
内生真菌对植物抗逆性的增益作用既表现在生物胁迫(如阻抑昆虫和食草动物的采食、抵抗 病虫害等),也表现在非生物胁迫(如抗高温、抗干旱等)方面。与植物共生或是营寄生的微生物除了对病原菌、害虫有直接的抑制甚至杀灭的作用之外,还可以诱导植物产生许多的抗性因子。植物产生的植物效应因子如丝氨酸蛋白酶、几丁质脱乙酰基酶、22kD木聚糖酶等。有学者研究木霉发现,木霉能产生的挥发性和非挥发性的抗菌次生代谢产物多达几百种,能对细菌、真菌类引起的植物病有有效的防治作用,还可以诱导植物免疫形同基因表达,实现对病害的防治。木霉菌诱导植物抗性可通过以下三种途径实现:增强MAMPs分子(植物效应因子)激发的免疫反应;减少效应因子诱发的感病性;提高效应因子激发的免疫反应。Sml是从绿木霉分泌物中分离出的一种富含半胱氨酸的疏水蛋白,不仅对植物和微生物无毒,还能诱导睡到、棉花和玉米活性酶的释放以及多种防御反应基因的表达,如MAPK基因可受木霉菌特异性诱导,而MAPK表达的MAPK蛋白是络氨酸受体激酶信号通路中重要的效应物质,可调控多个基因的表达。研究表明,植物受到干旱胁迫时,会产生特定的渗透物质,如脯氨酸、甜菜碱等,一些寄生在植物中的菌类可以分泌特定物质诱导植物相应基因表达,从而提高植物的抗逆性。
自然界存在着大量的对人类有益的充满潜力的微生物。然而,我们除了不断的发掘其用途同时,也应该注意对生态的维持。微生物大都处在生态系统的基础地位,在物质循环中的扮演至关重要的角色。对微生物的利用不是不知节制地发掘最大的益处,而是在确保生态平衡的基础上寻求人类生存的有利因素。