全 文 ： 72
文章编号：1000—8551(2004)01—072—05
核 农 学 报 2004，l8(1)：72～76
Acta AgrieulturaeNucleatae Sinica
假单胞菌的微生态调节作用
谭周进 肖 罗 谢丙炎 易有金
(1．湖南农业大学植物保护学院，湖南 长沙 410128；2．中国农业科学院蔬菜花卉研究所 ，北京 100081)
摘 要：假单胞菌能够抑制植物病原微生物的生长，对改善植物营养、促进植物生长具有很好的
作用，同时假单胞菌还能够对土壤中的有毒物质进行降解，可以作为一种理想的植物微生态制
剂生产菌种进行开发。
关键词：假 单胞菌；微生态制剂；PGPR；生防作用
n ICROEC0L0GICAL FUNCTIoNS oF 眦 UDOMONAD
TAN Zhou-jin XIAO Luo XIE Bing．yan YI You．jin
(1．Colege ofPlant Prot ction，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128；
2．Instituteof Vegetable and Flower，China AcademyofAgricultural Science，Beifng．100081)
Abstract：Pseudomonas spp．can inhibit the growth of plant pathogenic microbes
． They also play important roles in
improving plant nutrient，promoting plant growth and degrading poisonous materials in soil
． Some Pseudomonad
strains can be used to develop plant mieroeeologieal preparation．
Key words：Pseudomon~t；microecological preparation；PGPR；biocontrol function
微生态学(Micmecology)是研究微生物之间及其与环境和宿主之间相互依存和相互制衡关系的学
科。它的形成和发展起源于医学界长期滥用抗 生素而致使病原菌 的抗药菌株激增和对肠道正常菌丛的
伤害和破坏，即正常肠道防疫体系被打乱，导致肠道菌丛失调或称生态失调，造成医学界对疾病失控
的恶果。人们试图借助于有益菌丛调节肠道菌丛的失调，达到肠道微生态系统平衡。医学界于 80年
代初开始推出双歧菌和乳酸菌等活菌制剂，开创了微生态调节剂类型生物制品的先河。医学上微生态
调节剂的研制启发人们研制出了植物微生态制剂⋯。无致病假单胞菌是活跃在植物根际的一类微生
物 ，属于 PGPR(Plant Growth-Promoting Rhizobaeteria)的一大类。假单胞菌的促进作用机理可概括为两种 ’
情况：一是产生活性物质或改善矿质营养直接促进植物的生长；二是产生代谢物质或竞争作用来抑制或
阻饶根区病原微生物的发展 ，间接促进植物的生长 ]。其生防作用的机理包括 ：有效 的根部定植 、抗生 。
作用、根际的营养竞争(特别是对铁的竞争)、诱导植物抗性和分泌降解微生物的酶等 ]。根据以上所
述 ，其活菌制剂应属于植物微生态制剂 。本文就假单胞菌的微生态调节作用作一综述。
1 抗生作用
抗生作用一直以来被认为是假单胞菌类生防菌作用的重要方面。抗生素吩嗪酸(PCA)和 2，4．二乙
酰滕黄酚(Phi)为荧光假单胞菌(Pseudomonas ∞ ce， )土壤分离物中最典型的两种次生代谢产物，对
防治由小麦全蚀病菌 Ggt(Gaeamuuomyces gramiais var．tritiei)引起的小麦全蚀病起着重要的作用⋯。已
报道的由假单胞菌产生的吩嗪抗 生素主要有 1．羧基吩嗪(phenazines．1-earboxylate，PCA)和 l一羟基吩嗪
收稿 日期 ：2002—08—24
作者简介：ill周进(1971一)，男，讲师，博士研究生．主要研究方向为微生物发酵与土壤微生物学。
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(phenazines—l—hydrox) 。硝吡咯菌素(Pyvrdnitrin，Pm)作为另一种假单胞菌抗生素，已被开发作为抑制
真菌病害的农用杀菌剂。滕黄绿脓菌素(Pyoluiteorin，Pit)是荧光假单胞菌 Pf-5菌株产生的另一种抗生
素，对由 Pythium ultimum 与 Rhizoctonia solani引起的棉苗期猝倒病有较好的保护作用。Guters0n等
(1988)和 Howie等(1991)分离到 l株 P．fluoresce,~，能够产生卵霉素A(toomycin A)抑制 即 lm uhimum
的生长。Gil等(1988)分离到 l株 Fluorescent Pseudomonad，产生假单胞杆菌素(pseud0bactin)，抑制 P．
ultimum的生长。Linderg(1981)分离到 l株 Fluorescent Pseudomonad产 生环庚三烯酚酮 (tropolne)抑制
Helminthosporum cynodontis的 生 长。Dahi)ra(1988)分 离 到 一株 Fluorescent Pseudomonad产 生 脓 青 素 (
pyocyanin)抑制 Rhizoctonia solani的生长 。P．，z 船ce strain 2-79(NRRLB-15132)是一种能够产生
PCA的菌株，除了PCA之外，还产生一种具有生防作用的代谢物2-acetamidophenol(AAP) J。活跃在植
物根圈的假单胞菌通过产生多种抗生素作用于其他微生物，调节植物根圈环境中的微生物区系，改善微
生态环境 ，减少病害的发生，促进植物生长。
2 嗜铁素(Siderophores)
铁是所有生活细胞许多酶系统的一个必须成分，但微生物环境中吸收铁的能力是有限的。铁的运
输基本上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
菌螫合蛋白，因此，这些能特异性地与 Fe”结合的化合物称为嗜铁素。拥有对异源嗜铁素的受体能在
根际获得一种竞争的优势。病原微生物由于自己本身不能产生嗜铁素或产生很少，产生的嗜铁素也会
被 PGPR所利用，而 PGPR假单胞菌能够产生嗜铁素，并且不能被病原微生物所利用。这样，病原微生物
由于缺铁而不能生长繁殖。许煜泉等 发现 Pseudomonas sp．JKD．2能在低铁条件下抑制稻瘟病菌
(Piricularia olzt~)的生长。也就是说，某些假单胞菌菌株能够在低铁条件下抑制病原微生物的生长，减
少病害的发生，说明可以通过人工调控的方式减少植物根圈的有效铁，控制植物病害。
3 有关细菌的竞争与定殖
微生物之间的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防作用的关键。
微生物在根部的定殖是一个复杂的多步过程．最初由于细菌对根泌出物的趋化性而向根部移动 ，之后附
着在根系并随根的生长而增殖，这一过程还涉及到与土著徽生物的竞争。微生物在根圈的成功定殖才
能真正发挥生防价值。刘国奇等⋯ 从韭菜(Aliumtuberosum)根内分离筛选出自发突变株 P．f．NKDE2，通
过拌种和拌培养土回接韭菜，能定殖于韭菜根表、根内和根围中，有明显的促生效果。许煜泉等 ¨分离
出一株具促生拮抗双功能假单胞菌株 M18，抑制黄瓜枯萎病菌以及多种其他枯萎病原菌和植物病原菌
的生长，能定植在黄瓜根际土壤。恶臭假单胞菌 P．put／da P861(Gus)能在油菜根部定殖，并且在接种 3
～ 6天后定殖密度达到最大，以后减少并保持稳定的水平 。王远山等 发现绿针假单胞菌(P．
choloraphis)菌株 PL9L可以在烟草根圈成功定殖。假单胞菌通过有效的定植占驻在植物的根圈，抑制某
些微生物的生长 ，改善微生态环境 。
4 有关 HCN
HCN可以抑制呼吸链，抑制某些病原微生物的生长。多种 P．fluoresce,~生防菌株均能产生 HCN，作
为一种生物杀菌剂，有助于抑制烟草黑根腐病 。
5 有关诱导抗性
一 些根部定殖细菌能够诱导某些植物对病毒、细菌和真菌叶部病原的系统抗性。其中，水杨酸的积
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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DchA和
pchB已被克隆，其编码的两种酶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 。其诱导系统抗性(Induced systemic resistance，ISR)的可能机制如下：
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(可以形成保护层)、木质
素、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、B一1，3．葡聚糖酶、过氧化物酶；诱
导病程相关蛋白的产生等 。先用荧光假单胞菌 WSC417处理康乃馨，然后接种镰刀萎焉病的病原菌，
则寄主植物的植保素水平明显提高 ¨。
6 有关酶方面
微生物分泌的酶对物质进行降解，可以给植物提供营养，减少植物病害的发生。假单胞菌能够产生
包括几丁质酶在内的多种酶，几丁质酶能够分解真菌的细胞壁，达到防治某些真菌病害的效果。P．
aeruginosa K一187能够产生几丁质酶和溶菌酶，可以抑制 36株真菌的生长 。Pseudomonas sp．YHS—A2
的几丁质酶基因已导入了大肠杆菌中 。宗兆锋等 从¨健康西瓜根组织和根际土壤中分离到68个荧
光假单胞菌株，23．53％的菌株可以利用几丁质作为碳源。胡炳福等 从林木叶部分离到类产碱假单
胞菌 P751和蜡状芽孢杆菌 BC752两种杆状细菌，能产生吲哚乙酸、赤霉素、几丁质酶、卵磷脂酶 c、微量
肽和含氮杂环类抑菌物质。许煜泉等 到获得了具有 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，能分泌较多的嗜铁素。王钦宏等 分离到6o株分泌胞外
壳聚糖酶的 Pseudomonas sp．。苏玉萍等 从荧光假单胞菌(P．fluroscen~)所产的半纤维素酶分离纯化
得到单一组分的木聚糖酶。Kenneth G．Milne等 分离到一株假单胞菌能够分泌乙酰辅酶 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，通过产生的酶能
够防治植物病害和加速植物对一些有机物的利用。
7 改善植物营养
微生物在土壤物质转化中具有非常重要的作用，包括对一些难溶性无机物质的转化和分解有机质
来为植物提供养分。在对微生物肥料的开发过程中，国内外学者已将一些假单胞菌研制成无机磷细菌
肥料施用于土壤⋯。同时，研究者们也对优良菌株的分离与有关功能机理进行了研究。赵小蓉等发
现 ，在冬小麦苗期根际土壤解磷细菌的数量大大高于非根际土壤，但无论是根际还是非根际土壤，有
机磷细菌比无机磷细菌多。根际土壤解磷细菌种类较多，而非根际土壤解磷细菌种类较少。根际土壤
的有机磷细菌主要为假单胞菌属，无机磷细菌主要是假单胞菌属和欧文氏菌属。Annete Deubel等 发
现 P．fluorescent(PslA12)在植物根际溶磷的能力与其利用的糖的种类有关，分解葡萄糖比分解果糖、木
糖、阿拉伯糖和乳糖的溶磷能力都要强。Miroslav Vosdtka等 在研究假单胞菌 P．put／da与 G／omus
fistulosum相互关系的过程中发现，假单胞菌培养物中低分子量的提取物能够促进 G．fistulosum的生长
和磷酸酯酶产生，培养物能够促进马铃薯和玉米的生长，减少病害的发生。
8 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的生长造成很大的影响，甚至对植物造成严重的毒害。对土壤中有
毒物质的清理，实际上是对植物生长的一种间接促生防病作用。假单胞菌能够对土壤中许多有害物质
进行分解和转化。土壤中捕食性 Heteromita globosa的存在，能够使 Pseudomonas sp．降解甲苯的量提高
7．5倍 J。这似乎可以解释为 H．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。T．Petanen等 在 P． 船OS中构建了一个对汞和砷敏感的寄主
范围广的质粒。I-Iassen等 利用等级分类分析法将 P．aeruginosa分为 4个群：Cl(Ll和 L2 phage
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1期 假单胞菌的微生态调节作用
types，对 }Ig有耐性或抗性，s2血清型)，C2(P2绿脓杆菌素型，对 cd有耐性或抗性，s1血清型)，c3
(对 co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等 在无
植物的土壤中用 HPLC进行分析发现，P．fluorescen~30d后对 N．(2，6-dimethylpheny1)．N一(methoxyacetY1)一
DL．alanine的降解可达 71％ ，但对 N．(2，6-dimethylpheny1)一acetamide的降解要差一些。P．fluoresce~ 和
Chrysobacterium indologenes的混合培养物能够在54h内将这些农药 (10tg／m1)差不多完全降解。Simoncyri
等 研究发现，在被原油污染的土壤接种 P．putida(PP)，油会被完全降解，并且可显著加速对 P04．3
和 NO3—1，的利用，可以看出假单胞菌 PP具有很强的分解烃类化合物的能力。从土壤 中分离的
Pseudomonas sp．strain NGK1能够利用 2．methylnaphthalene作为唯一碳源和能源 。从土壤 中分离 出的
假单胞菌属(Pseudomonas．sp)186，在培养 38 h的条件下 ，可以使废水中的甲醇净化 90％以上 】。从农
田土壤中分离到 3株能降解含有阿特拉津、扑草净和扑灭津的除草剂生产废水的假单胞菌，在接种 12d
后可将原水中的 CODCr值降低 79．54％ 。人工接种假单胞菌(Pseudomonas sp．)DLL一1能去除土壤中
的甲基对硫磷(M一1605)残留，从而减少了植物对农药的吸收 。
9 问题与展望
假单胞菌的其生防作用已不容忽视，有关假单胞菌的产品也会越来越多。值得注意的是，在开发和
使用其活菌制剂(微生态制剂)的过程中，我们应该认识到，在离体培养时发现，高细胞密度和生长速度
慢的情况下荧光假单胞菌类常典型地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
防活性，需要达到一个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的数量标准。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
遗传工程来加以改良已成为可能。假单胞菌属微生态调节作用可以通过两类方法得以加强：(1)向具基
础生防活性的菌株中导人添加的有益性状，(2)涉及抑病机制的性状的超量表达。
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