全 文 ：第 12卷 第 3期
2 0 0 4年 7月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco-Agriculture
V01．12 No．3
July， 2004
假单胞菌的生物防治作用研究
杨海君 谭周进 肖启明 何可佳
(湖南农业大学植物保护学院 长沙 410128)
摘 要 假单胞菌能产生多种抗生素，改善植物营养，促进植物生长，且能降解土壤中有毒物质，对植物促生长防
病作用显著。部分假单胞菌株具有杀虫功能，由假单胞菌可开发一系列生物防治产品。
关键词 假单胞菌 PGPR 生防作用
Biocontrolfunctions of Pseudomonad．YANG Hai-Jun，TAN Zhou-Jin，XIAO Qi—Ming，HE Ke-Jia(Colege of P1ant
Protection，Hunan Agricultural University，Changsha 41012．8)，CJEA，2004，12(3)：158～161
Abstract Pseudomonas spp． carl produce many kinds of antibiotics，improve the plant nutrient，promote the plant
growth and degrade poisonous materials in soil，and has a signifcant biocontrol function．Recently some study show that
8ome Pseudomonad s~ains are poisonous to pests and can be used to develop a series of biocontrol preparations．
Key words Pseudomonad．PGPR，Biocontro1 function
无致病假单胞菌是活跃在植物根际的一类微生物，属 Plant Growth—promoting Rhizobacteria(PGPR)一
大类，假单胞菌的促生长作用机理一是产生活性物质或改善矿质营养直接促进植物生长；二是产生代谢物质
或竞争作用抑制或阻碍根区病原微生物的发展，间接促进植物的生长l】 。其生防作用机理包括有效的根部
定殖、抗生作用、根际营养竞争(特别是对 Fe的竞争)、诱导植物抗性和分泌降解微生物的酶等。最近研究发
现类产碱假单胞菌(Pseudomonas pseodoalcaligenes)还具有杀虫作用。
1 假单胞茵防治害虫作用
类产碱假单胞菌为昆虫病原菌，对草地蝗虫和竹蝗等具有良好的致死作用，其杀虫作用主要靠产生蛋白
质。张文等⋯从类产碱假单胞菌代谢分泌物中分离到 1种杀虫蛋白，含 1种亚基，其分子量为 25100道尔
顿，等电点 5．16，含 17种氨基酸(其中谷氨酸含量最高，胱氨酸含量最低)，最大吸收峰为 278，在 pH值
6．0～10及 40℃以下杀虫蛋白的活性稳定，对胃蛋白酶敏感，对胰蛋白酶不敏感，不具溶血性。罗霞等 对
类产碱假单胞菌代谢所产生的有较强毒杀蝗虫作用的杀虫蛋白进行二级结构含量研究分析表明，p折叠含
量为58％，无规卷曲为34％，酪氨酸残基大部分暴露在分子表面，少部分埋藏于疏水环境中。丁之铨等 以
荧光假单胞菌(Pseudomonas~h,roscens)P303为出发菌株，导入 Bacillus thuringiensis(Bt)的杀虫基因后，获
得遗传工程荧光假单胞菌 IPP202，而 IPP202在抑菌、定殖等有益于植物的优良特性方面并未发生显著变
化，且在广波长紫外线照射 2h后该工程菌的杀虫活性变化较小，田问杀虫活性与 Bt野生菌株接近，有望解
决 Bt本身存在的杀虫蛋白多以裸露晶体形式存在而易受紫外线破坏的弱点，并发挥了P303菌株可定殖多
种植物的优点，使其在植物上大量繁殖而起到杀虫作用。
2 假单胞菌对植物病害的生物防治作用
抗生作用。抗生素吩嗪酸(PCA)和 2，4一二乙酰滕黄酚(Phi)为荧光假单胞菌 2种最典型的次生代谢产
物，对防治由小麦全蚀病菌 Ggt(C-aeamuuomyces gramiais var．tritici)引起的小麦全蚀病有重要作用u引。
已报道的由假单胞菌产生的吩嗪抗生素有 1一羧基吩嗪和 1一羟基吩嗪n 。硝吡咯菌素作为另 1种假单胞菌
抗生素已被开发用作农用杀真菌剂。滕黄绿脓菌素系 Stipanovic从棉苗根围分离的荧光假单胞菌 Pf-5菌株
所产生的抗生素，对由 Pythium ultimum 与 Rhizoctonia solani引起的棉苗期猝倒病有较好保护作用。
Gutterson等和 Howie and Suslow分别在棉花根际分离到 1株 P．Oquorescens，能产生卵霉素A抑制 Pythium
*湖南省教育厅重大项目(02A019)资助
收稿日期：2003-01—08 改回日期：2003—02 12
第 3期 杨海君等：假单胞菌的生物防治作用研究 159
ultimum的生长。Gil and Warren从棉花根际分离到 1株 fluoyescent Pseudomo ad，能产生假单胞杆菌素
抑制 P．ultimum 的生长。Linderg从棉花根际土壤中分离到 1株 fluoyescent Pseudomonad，能产生环庚三
烯酚酮抑制 Helminthosporum cynodontis的生长。Dahiya从油菜根际土壤中分离到 1株 Fl“oyesce t Pseud—
omonad，能产生脓青素抑制 Rhizoctonia solani的生长以及另 1种具有生物防治作用的 2一acetamidophenol
( )物质 。
嗜铁素。Fe¨ 的运输基本依靠高亲和铁的螯合体产物绿脓菌素(假单胞菌素)和水杨酸以及对金属具低
亲和力的绿脓菌素螯合蛋白，这些能与 Fe 特异性结合的化合物称为嗜铁素。故拥有 1种对异源嗜铁素的
受体能在根际获得竞争优势。病原微生物本身不能产生嗜铁素或产生很少，所产生的嗜铁素也被假单胞菌
所利用，而假单胞菌能产生嗜铁素，并且不被病原微生物所利用，这样病原微生物由于缺 Fe而不能生长繁
殖。许煜泉等H 发现假单胞菌(Pseudomonas sp．)JKIY2在无 Fe环境下能分泌高亲和力的 Fe载体，在低 Fe
条件下 Fe载体的分泌量减少，而在富 Fe环境下则不能分泌，结果显示菌株JKD-2在无 Fe条件下分泌的Fe
载体，能在低 Fe条件下抑制稻瘟病菌(Piricularia oyzae)的生长。
细菌的竞争与定殖。微生物之间竞争包括营养竞争和位点竞争，假单胞菌的强竞争能力是其发挥生物
防治作用的关键，而微生物在根圈的成功定殖才能真正发挥生物防治价值。刘国奇等【5 从韭菜根内分离出
荧光假单胞菌 P． “0rc s DE1，通过拌种和拌培养土回接韭菜表明P．厂．NKDE2能定殖于韭菜根表、根
内和根围。恶臭假单胞菌 P．putida P861(Gus)可在油菜根部定殖，且接种 3～6d后定殖密度达最大值，之
后减少并保持稳定水平 j。
HCN与酶的作用。多种荧光假单胞菌生物防治菌株均能产生 HCN，作为 1种生物杀菌剂(生物农药)
有助于抑制烟草黑根腐病害_l 。微生物分泌的酶对物质进行降解，既可给植物提供营养，又可减少植物病
害的发生。假单胞菌可产生包括几丁质酶在内的多种酶，几丁质酶具分解真菌细胞壁的特性。Wang San—
Lang等 报道，Pseudomonas aeruginosa K一187能产生几丁质酶 和溶菌 酶，抑制 36株真菌 的生长。
Lee H．S．等 副对 Pseudomonas sp．YHS—A2产生的几丁质酶性质和结构进行研究并将其基因导人大肠杆菌
中。许煜泉等 获得具有 1一氨基环丙烷一1一羧酸(ACC)脱氨酶活性和拮抗瓜类枯萎病菌双重功能的根际假
单胞菌株 B8。王钦宏等 从土样中分离到 1株产胞外壳聚糖酶能力较高的假单胞菌(Pseudomonas sp．)。
苏玉萍等 从荧光假单胞菌中分离纯化到单一组分的木聚糖酶。Kenneth G．Milne等 分离到 1株假单
胞菌能分泌乙酰辅酶A合成酶，利用二羧基脂肪酸合成乙酰辅酶 A。可见活跃在植物根际的这些假单胞菌
酶系很丰富，并通过其产生的酶防治植物病害和加速植物对一些有机物的利用。
改善植物营养。微生物在土壤物质转化中具有非常重要作用，包括对一些难溶性无机物质的转化和分
解有机质为植物提供养分。国内外学者已将一些假单胞菌研制成无机磷细菌肥料施于土壤，转化难溶性无
机磷，并对优良菌株分离与有关功能机理进行了研究。赵小蓉等 利用冬小麦苗期根际与非根际土壤测定
分解卵磷脂和溶解磷酸三钙的细菌发现，根际土壤解 P细菌数量大大高于非根际土壤，但根际与非根际土
壤有机磷细菌均高于无机磷细菌。根际土壤解 P细菌种类较多，而非根际土壤解 P细菌种类较少。根际土
壤有机磷细菌主要为假单胞菌属，无机磷细菌主要为假单胞菌属和欧文氏菌属。Annete Deubel等_20 研究
证明，Pseudomonas fluorescent(PsIA12)分解葡萄糖比分解果糖、木糖、阿拉伯糖和乳糖对植物根际溶 P的能
力高。Miroslav Vosdtka等 ¨ 研究假单胞菌 P．putida与Glomus fistulosum相互关系发现，假单胞菌培养
物中低分子量的提取物能促进 Glomus fistulosum生长和磷酸酯酶产生，假单胞菌菌体可明显促进玉米生长
和提高根圈磷酸酯酶活性，其培养物能促进马铃薯和玉米生长，减少病害发生。
消除植物根圈土壤的有毒物质。土壤中有毒物质的积累对植物生长造成很大影响甚至产生严重毒害，
对土壤中有毒物质的清理可视为对植物生长微环境的调节作用，具有间接的促生长防病害作用。Richard
G．Mattison等 研究发现，土壤中捕食性 Heteromita globosa的存在，能使 Pseudomonas sp．降解甲苯量提
高7．5倍，这可解释为Heteromita globosa对Pseudomonas sp．的捕食，引起 Pseudomonas sp．为延续种族而大
量繁殖，导致对甲苯的利用。Petanen T．等 在 P．fluorescens OS中构建了一个对 Hg和 敏感且寄主范
围广的质粒。Hassen z．等 利用等级分类分析法将 P．aeruginosa分为4个群：C1(L1和L2 phage types，对
I-Ig有耐性或抗性， 血清型)， (P2绿脓杆菌素型，对 Cd有耐性或抗性，S1血清型)，C3(对 和 Cr有耐
性或抗性)和 C4(P1绿脓杆菌素型，对 Ni、Zn和 Cu有耐性或抗性)。Seema G．Pai等 在无植物土壤中发
160 中 国 生 态 农 业 学 报 第 12卷
现，接种 Pseudomonas fluorescens 30d后对 N一(2，6一dimethylpheny1)一N一(methoxyacety1)一DL-alanine的降解率
可达 71％。Pseudomonas fluorescens和 Chrysobacterium indologenes的混合培养物能在 54h内将这些农药
(10ug／mL)JL乎完全降解。Simoncyri U．等 研究发现，被原油污染的土壤接种 P．putida(PP)后土壤中油
被 PP完全降解，并显著加速对 P 和NO,的利用，可见假单胞菌PP具有很强的分解烃类化合物能力。
诱导系统抗性作用。一些根部定殖假单胞菌能诱导某些植物如黄瓜、烟草、拟南芥等对病毒、细菌和真
菌叶部病原的系统抗性，其中水杨酸的积累被认为是引发植物抗病基因表达的重要因素，在 P．aeruginosa
中水杨酸生物合成的基因 pchA和 pchB已被克隆，各 自编码邻一香豆酸合成酶和邻一香豆酸一丙酮酸裂解酶，
均为pchDCB操纵子的一部分，这2种酶在离体状况或在原位均能催化邻一香豆酸转变为水杨酸。另外脂多
糖(Lipo-polysaccharide，Lps)和嗜铁素也是重要的诱导物质_2 ’ ，其诱导系统抗性(Induced systemic resis—
tance，ISR)的可能机制为产生抗微生物的低分子量化学物质，如植物保卫素、叶面的双萜积累、多聚物(可形
成保护层)、木质素和富含羟脯氨酸的糖蛋白；诱导一些水解酶和氧化酶类，如几丁质酶、』3—1，3一葡聚糖酶和
过氧化物酶；诱导病程相关蛋白的产生等 ¨。有报道表明先用荧光假单胞菌 WSC417处理康乃馨，然后再
接种镰刀萎蔫病病原菌，则明显提高寄主植物植保素水平 。
3 问题与展望
假单胞菌具有杀虫、改善植物营养、降解有毒物质、产生抗生素和植物生长调节物质、改善植物微环境和
诱导系统抗性等生物防治作用，其产品开发对象包括微生物活菌制剂、抗生素及其基因等。值得注意的是开
发和使用其活菌制剂过程中离体培养时发现，高细胞密度和生长速度慢时荧光假单胞菌类常典型产生胞外
酶和次生代谢产物，因此假单胞菌类在根际要显示出生物防治活性，需达到相对较高水平的种群密度，这就
要求产品的活菌数必须达到一定数量标准。另外还要注意施用过程中各种环境因素对其作用效果可能产生
的影响 。 。随着分子生物学向不同学科领域的广泛渗入，通过对这些作用机制的遗传性状进行分析，进
而采用遗传工程加以改良已成为可能。假单胞菌属生物防治作用可通过向具基础生物防治活性的菌株中导
入添加有益性状和涉及抑病机制的性状超量表达两类方法得以加强，而多功能假单胞菌制剂必将为植物保
护学增光添彩。
参 考 文 献
1 张 文，杨志荣．类产碱假单胞菌杀虫物质的分离纯化和鉴定．微生物学报，1998，38(1)：57～62
2 罗 霞，杨志荣．类产碱假单胞菌杀虫蛋白的激光拉曼光谱研究．生物化学与生物物理进展，2000，27(1)：68-71
3 丁之铨，黄大放．杀虫遗传工程荧光假单胞菌IPP202的部分生物学特性．微生物学报，2001，41(1)：3～8
4 许煜泉，高 虹．假单胞菌株JKD-2分泌铁载体抑制稻瘟病菌．微生物学通报，1999，26(3)：墙0～183
5 刘国奇，蒋如璋．韭菜根际荧光假单胞菌株的分离和初步研究．微生物学通报，1999，26(3)：189～192
6 胡小加，黄沁洁，张银波等．恶臭假单胞菌1861(Gus)在油菜根部定殖的生态研究．植物营养与肥料学报，1999，5(4)：359-365
7 许煜泉，石 荣．具有 ACC脱氨酶活性及抗枯萎病菌的假单胞菌株 B8．上海交通大学学报，1999，33(2)：206-209
8 王钦宏，蔡静平．壳聚糖酶生产菌的筛选、鉴定及其产酶培养条件的研究．工业微生物，2000，30(4)：32-36
9 苏玉萍，王 书．翰荧光假单胞菌产木聚糖酶的纯化和性质．南京林业大学学报，2000，24(2)：60-62
10赵小蓉，孙焱鑫．小麦根际与非根际解磷细菌的分布．华北农学报，2001，16(1)：111～115
l1杨海莲，孙晓璐，宋 未．植物根际促生细菌和内生细菌的诱导抗病性的研究进展．植物病理学报，2000，30(2)：106～109
12 O’Sulivan D．J．，O’Gara F．Traits of Fluorcescent Pseudomonas spp．involved in suppression of plant root pathogen．Micmbiological Re—
view，1992，56(4)：662-676
13 Thomashow L．S．，Wel D．M．Current concepts in the use of introduced bacteria for biobgical disease ontrol：mechanisms and antifungal me—
taborites．Plant Microbe Interactions 1．1996．187～235
14 S6veno N．A．，Morgan J．A．W．，WelingtonE．M．H．GrowthofPseudomonasaureofaciens PGS12andthe dynamicsofHHLand phenazine
production in liquid culture，on nutrient agar，and on plant rots．Microbial Ecology，2001，41(4)：314-324
15 SliningerP．J．，BurkheadK D．，SchislerD．A．，etal Isolation，identification，and accumulationof2-acetamidophenolinliquid culturesofthe
wheat take-aU biocontml agent Pseudomonas ftuorescens 2-79．Applied Microbiology and Biotechnology，2001，54(3)：376-380
16 VoisartrdC．，KeelC．，HaasD．，eta1．Cyanide production byPseudomonas ∞ help suppress black root rotoftobacco undergnoto—
biotic condition．The E～m0 Journal，1989，8：351～358
17 Wang s~-Lang，Yieh Tsu—Chau，Shih Ing-Lung．Production of antifungal compounds by Pseudomonas aeruginosa K‘187 using shrimp and
crab shel powder as a car~n source．EnzymeandMicmbialTechnology，1999，25(1)：142～148
18 Lee H．S．，Hart D．S．，Choi S．J．，et a1．Purification，characterization，and primary structure of a chitirmse from Pseudomonas sp．YHS-A2．
第 3期 杨海君等：假单胞菌的生物防治作用研究 161
Applied Microbiology and Biotechnology，2001，54(3)：397-405
19 Kenneth G．Milne，Angela Mehlert，Michael A．J．Ferguson．The use of P zD M5 acyl—CoA synthetase to form acyl—CoAs from diearbox—
ylic fatty acids．Molecular and CeU Biology of Lipids，2001，1531(1～2)：1～3
20 Annete Deubel，Andreas Gransee，Wolfgang Merbach．Transformation of organic rhizodepositions by rhizosphere bacteria and its influence on
the availability of tertiary calcium phosphat．Plant Nutrition and Soil Science，2000，163(4)：387～392
21 Miroslav Voedtka，Milan Gryndler．Treatment with culture fractions from Pseudomonas putida modifies the development of Glomus fistu10一
sLnxl mycorrhiza and the response of potato and maize plants to inoculation．Applied Soil Ecology，1999，11(2～3)：245～251
22 Richard G．Mattiso n，Shigeaki Harayama The predatory soil flagelate Hetemmita globo sa stimulates toluene biodegmdation by a Pseudo—
rnonas sp．FEMSMicmbiology gette Federation ofEuropeanMicmbiological Societies，2001，194(1)：39～45
23 Petafen T．，Virta M．，Karp M．，el a1．Construction and use of broad host range mercury and a 粥nite sensor plasmids in the soil bacterium
Pseudmmn~ Igore,~ciTs 0S8．Microbial Ecology，2001，41(4)：360-369
24 Hassen Z．，Jerbo ui M ．Chrrif，el a1．Impact of heavy metals on the selective phenotypical markers of Pseudomonas aerug／7oso．．Microbial Eco-
logy，2001，42(1)：99-107
25 SeemaG．Pai，M elissaB．，RileyN．D．Camper．M icmbial degradationofmefenoxam in rhizosphereofZinnia angustifolia．Chemos phere，2001，
44(4)：577～582
26 Sirnoncyri U．Nwachukwu．Bioremediation of sterile agricultural soils poluted with crude petroleum by application of the soil bacterium ，Pseu—
db z0 5put／da，withinorganic nutrient supplementations CurrentMicmbiology，2001，42(4)：231～236
27 Lee man M．，Den Ouden F．M．，Van Pelt J．A．，el a1．Hon availability attects induction of systemic resistance to fusarium fusarium wilt of
radish by Pseudomonas “，n cP 5．Phytopathology，1996，86：149～ 153
28 Van peer R．．Schippers B．Lipo po lysaccbarides of plan t—growth promoting Pseudomonads sp．Strain W Cs417 induce resistance in carnation to
fusarium Wilt．Neth．J．Plant Pathol，1992，98：129～139
29 Van peer R．，Niemarm G．J．，Schippers B．Introduced resistance and phytoalexin accum ulation in biological control of fusarium wilt of camation
by Pseudomonas sp．Strain W SCA17．Phytopathology，1991，81：728～734
30 Yu Huan Gu，M ark Mazzola． Impact of carbon starvation on stress resistan ce，survival in soil ha bitats and bioco ntml ability of Pseudomonas
putida strain 2C8．Soil Biology and Biochemistry，2001，33(9)：1155～1162
31 L／maro Molina，Cayo Rmnos ，Estrela Duque，el a1．Survival of Pseudomonas pu tida KT2440 in soil and in the rhizosphere of plants under
greenhouse and environmental conditions．Soil Biology and Biochemistry，2001，32(3)：315～321
32 Wafa Achouak，Jean M．Thirry，Patrick Roubaud，et a1．Impact of crop management on intraspecific diversity of Pseudomonas corrugata in
bulk soil．FEMS Microbiology Ecology／Federation of Eumpean Micmbiological Societies，2000，31(1)：11～19