【现学现卖】链霉菌防治谷类作物病害（3）
接上文
The Potential of Streptomyces Bacteria as Efficient Biocontrol Agents
链霉菌作为生防制剂的潜力
前两篇推送介绍了链霉菌有作为生防制剂的潜力，比如它们产生酶和抗生素以及诱导植物系统免疫的能力。生物防治可以作为化学防治的一种有效的补充和替代策略，克服化学防治的一些问题。
生防菌在自然界中大量存在且长期与植物和真菌共同进化，所以使用它们对环境生态的破坏较小，对人和动物的副作用也很小。而且链霉菌一般含有多种抗菌素生物合成基因簇（BGCs），不容易导致病原菌产生耐药性。
当前，市场上有两种活菌生防制剂，它们是Mycostop®（Streptomyces griseoviridis K61）和Actinovate®（Streptomyces lydicus WYEC 108）。商品是干燥的孢子，可用作种子处理剂或培养基添加剂。
两种链霉菌都在实验中表现出较好的生防特性。但是，它们在使用环境中功效不一。例如，在野外试验中发现Actinovate®在抑制西瓜枯萎病方面效果较差。另一项评估Mycostop®五年来在同一田地上处理大麦和春小麦的有效性的研究表明，两种作物的产量在最初都有增长，但每年的结果不一致，在病原菌抑制方面也是。尽管Mycostop®总体上减少了根腐病的发生，但与农药相比，其效果较差。
有很多因素会影响土壤和根际微生物群落的组成，进而可能会影响生防菌效果（见下图）。广义上讲，这些因素可以分为两类。首先，非生物因素，例如土壤类型（营养水平，水分，pH和微量金属等特征），气候和气候变化，耕作方式（包括灌溉，施肥）都会对微生物群落产生影响。其次，生物因素包括寄主作物种，寄主遗传，根系分泌物，施用时的植物生长阶段以及植物微生物群落中已经存在的竞争微生物。
这方面已经有一些进展了，例如Microbiome Stress project是开放存取数据库，用于整理和分析16S rRNA基因的测序数据。目的是确定细菌群落如何响应各种环境刺激，这些信息可用于预测不同环境条件下生物防治策略的有效性，对于面对气候变化制定强有力的生防策略尤为重要。
下面简单介绍一下生防菌效果的影响因素以及生防制剂广泛应用前需要考虑的问题。
1. Abiotic Factors InfluencingBiocontrol Efficacy
非生物因素
一项研究表明，在田间试验中，预先接种S. analatus S07的土壤，可以显着减少小麦根系线虫感染。为了使链霉菌菌株在土壤环境中具有优势，还将链霉菌固体发酵后加入土壤。结果表明，通过S. analatus S07来控制疾病的功效与阿维菌素的功效相似。此类研究表明，通过帮助生防菌在土壤中预先建立群落来减少非生物胁迫，可以提高生防效果和稳定性。
除了土壤环境，农药、化肥、化学添加剂的使用等会影响植物根部和土壤微生物群落的组成和功能，有的与生防制剂共同作用可以有助于预防作物病害，然而有的不利于生防制剂发挥作用，这方面仍缺乏全面的研究。
2. Optimising Biocontrol DeliverySystems Involving Streptomyces
使用方式
生防菌施用有多种方式，并可能进一步影响生防效果。Actinovate®和Mycostop®等产品为含有孢子和菌丝体的干燥制剂。它们可以悬浮在液体中并喷洒到农作物上（叶面喷洒），在播种前先将其混合到土壤中（接种土壤），或用作种子包衣。
叶面喷涂方法看起来不错，特别是有喷涂设备条件的话。但是，微生物悬浮液会因溶液沉淀而损坏或阻塞机械，并且通过喷涂设备引起的应力（例如热应力或剪切力）会降低生防菌活性。叶面喷雾剂通常也被更多设计用于对抗叶面病原菌，因此可能不太适合控制根部疾病。
土壤接种是另一种推荐的施用方式，如前所述，使用这种方法可以提高生物防治的成功率。但是它通常会增加应用的费用和复杂性，且可能改变土壤化学成分和微生物群落组成而产生未知的影响。
还有直接将生物防治剂施用到植物根部的方法，例如流体钻接种和根部移植浸洗。两种方法都可以使生防菌在受控的情况下在根部定植。与土壤接种相比，浸根增加了链霉菌的根定植，然而，此方法劳动强度大，还需要培养大量生防菌接种物。
另外一个方法是种子包衣，可以使用多种方法将生防菌粘附到种子表面。例如，可以将种子浸入微生物悬浮液中，然后在发芽之前进行干燥；或者使用粘合剂将种子包被在生防菌中。实验中证明种子包衣方法可以有效抑制病原菌，但存在保质期和储存条件等实际问题。
3. Exploiting Plant RecruitmentMechanisms to Improve Biocontrol Agents
利用植物招募机制改善生物防治剂
植物根部渗入周围土壤的渗出液包含各种化合物，包括离子，氨基酸，糖和酚类，以及高分子量的化合物，如多糖和蛋白质。渗出液释放到土壤中会导致根部周围土壤区域的微生物丰度和活性大大增加，这称为“根际效应”。
但是，渗出液也可以充当筛选机制，使植物能够选择性地富集具有特定代谢功能的特定微生物物种，不同的微生物群体可以代谢不同植物宿主的根系分泌物（当然，非生物和生物因素也可改变根系分泌物）。
除了改变丰度外，根系分泌物还可以通过改变微生物基因表达来改变根系微生物组的功能，从而使宿主植物受益。拟南芥根在后期发育阶段会分泌出更多的酚类相关化合物，刺激微生物的抗菌素或其他拮抗分子相关基因表达，而与微生物丰度的调节无关。这些拮抗分子可能在后期发育阶段对植物有益，因为它可以抑制病原菌或激活植物免疫系统，从而为寄主在花期提供保护。
可以利用植物的这个性质对植物进行工程改造，提高有益微生物的定殖潜力和生防能力。但是，关于化合物充当生防菌招募的信号和营养物，仍然存在巨大的知识空白。需要诸如同位素探测，代谢组学，测序和质谱等工具开始阐明植物-微生物的相互作用。
4. The Biosafety of Streptomycete-BasedBiocontrol Agents
基于链霉菌的生物防治剂的生物安全性
生防制剂除了缺乏生防效果稳定性和一致性之外，缺点还在于难以制备适合大规模应用和长期储存的商业产品；此外还需要确定菌株不会引起临床毒性和在农业环境中持续存在的时间等。
链霉菌作为生物防治剂的一个潜在问题还有，它们产生的次级代谢产物的多样性可能表现出广泛的非靶标作用，包括那些对人体健康有害的作用。例如，除了靶向病原菌以外，已知有几组次生代谢物靶向人类细胞的关键成分，从而导致严重的毒副作用。
很少有研究调查土壤中生防菌实际产生抗菌素的程度。但是一些研究表明，抗菌素可能仅以非常低的浓度产生，并且在抑制植物根系生境中的病原体方面起着次要作用，空间和资源竞争和激活植物免疫应答才是生物防治的主要机制。
不管哪个是主要的生防作用机制，进一步研究生物防治剂在动物体内的行为和作用方式，以及它们在土壤环境中产生的次级代谢产物的浓度，将有助于未来广泛应用和开发。
除了考虑链霉菌生物防治剂对人类健康的可能副作用外，还要考虑对土壤中的土著微生物种群产生拮抗作用；是否破坏关键的生物地球化学循环。例如，已分离出数种产生抗菌素的链霉菌，这些菌素可抑制植物宿主共生菌，这些共生菌在土壤中磷的循环以及植物养分的吸收中起着重要作用，对其的抑制会导致植物健康和生物量下降。
向土壤中添加链霉菌和其他生物防治剂无疑会短期改变本地土壤细菌群落的组成和多样性。然而，相关研究的结果差异很大，并且结果受到生物防治菌株种类，接种技术，植物宿主物种，土壤条件，植物的生长阶段，季节变化和农业操作等等多因素影响。
未来可以通过监测有助于植物健康和营养循环的重要指示物种类的丰度，或监测与植物有益过程相关的指示性功能基因的表达（包括参与PGP的酶如1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC）脱氨酶或菌根诱导的磷酸盐转运蛋白），以及土壤土著微生物群落生态指标来研究生防菌对寄主和土壤环境长期的影响。
