粘质沙雷氏菌在环境修复与农业虫害生物防治的研究概述.pdf
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1、绿色防控2 0 2 3 年第8 期四川农业科技SICHUAN AERCULTURAL SCENGE AND TECHNOLOGY粘质沙雷氏菌在环境修复与农业虫害生物防治的研究概述李?晴,吴建凯,林志艺1*(1.福建农林大学林学院生态公益林重大有害生物防控福建省高校重点实验室,福州3 5 0 0 0 2;2.福建省林业科技推广中心,福州3 5 0 0 0 0)摘要:随着环境污染的日益加剧,人们越来越期待一种绿色安全高效的生物修复与防治手段。粘质沙雷氏菌(Serratiamarcescens)是的良好昆虫内生菌,在近年来是生物防治的研究热门物种,本文综述了粘质沙雷氏菌在重金属污染、化学杀虫剂污染生
2、物修复与农业害虫生物防治上的重点物种与主要防治原理,同时针对粘质沙雷氏菌的未来发展提出了需要解决的问题与障碍,以期为未来微生物制剂的发展提供一些帮助。关键词:粘质沙雷氏菌;重金属生物修复;生物防治重金属污染、化学药剂污染和植物病虫害在世界范围内对现代农业均造成了数以亿计的重大经济损失。由于矿产资源的大规模开发利用与快速的工业生产的发展,大量含有重金属的污染物以各种途径进人了自然环境中,导致环境中产生了严重的重金属污染。化学农药在杂草控制虽然有很多优势,然而杂草对农药的免疫力增和环境药物残留的问题不容忽视。我国已建立起以化学与物理手段进行生物修复与病虫害防治的主要控制措施,但化学与物理方式带来的
3、二次环境污染加重,害虫抗药性的增加和经济上的高成本,因此,急需寻找一种更为绿色清洁高效的防控措施。粘质沙雷氏菌(Serratiamarcescens)是沙雷氏菌科中一种典型的昆虫共生菌,广泛存在于自然界与昆虫肠道体内,是良好的生物防治工程菌株,同时有研究发现沙雷氏菌也可用于修复土壤和去除水体中的重金属。文章针对近年为对沙雷氏菌在环境生物修复与农业病虫害生物防治方面的研究进行了总结论述。1沙雷氏菌的生物修复作用1.1重金属生物修复1.1.1重金属耐性重金属污染是当今环境保护时的重点探讨对象之一,我国常见且危害严重的重金属有镉、铬、铜、锌等,各种种类的重金属拥有着相似却又不相同的污染机制,传统的化
4、学治理程序既昂贵又容易产生二次污染。所以,安全绿色的微生收稿日期:2 0 2 3-4-2 0基金项目:福建农林大学大学生创新创业训练项目(X202210389176)作者简介:李晴(2 0 0 2 一),女,本科,研究方向:微生物防治研究。E-mail:3 13 0 16 5 12 9 q q.c o m。*为通讯作者。40.物修复技术成为了如今研究的热点之一,其包括使用土壤原生微生物或使用能够吸收或降解外界污染的外源微生物,将其投入土壤环境中来修复被污染的环境水体和土壤2 。但由于重金属对生物的高毒力,重金属生物吸附的难点和关键点在于如何寻找到能够对土壤重金属拥有高耐受力的工程菌株且明确菌株
5、对重金属进行生物吸附的内在机制。在近期的研究中为了寻找到有高耐受性的工程菌株,最常见的方法是从重金属污染的土壤或水体中大范围进行分离,以寻找出通过特异性变异产生高耐受性的土壤原生微生物。为了寻找到重金属耐受性的功能微生物并研究重金属微生物的吸附机制,陈亚奎等3 从重金属严重污染的土壤中寻到一株对Cd2+有高耐受力的粘质沙雷氏菌HB-4,同时对菌株的重金属吸附机制进行了探究,结果表明该菌株主要以胞外吸附进行重金属吸附,同时少量的胞内吸附加强了菌株的吸附能力,HB-4对重金属高而稳定的吸附,使其在废水及土壤处理具有潜在的应用前景。但环境的污染并不像实验室中都为单一重金属污染,因此伍迪等4 探索粘质
6、沙雷氏菌对土壤中3 种危害严重重金属U(V I)、C o()、C r(V I)混合后耐受性的变化。结果表明在U(V I)-Co(I)-C r(V I)3 种混合的重金属中,相较于粘质沙雷氏菌对于Cr(V I)金属的极低的耐受性,粘质沙雷氏菌在重金属混合后的可承受浓度提高到了30mg/L,证明了土壤中3 种重金属的混合反而能够降低了Cr(V I)对粘质沙雷氏菌的毒性。上述研究通过对沙雷氏菌株对于各种重金属的耐药性的分析,为后续沙雷氏菌吸附土壤与水体中的重金属污染奠定了理论基础。1.1.2重金属清除百分为细胞吸附和重金属还原成危害更小的还原态离菌株对重金属的清除作用可SICHUAN AERICUE
7、TURAL SCENCEAND TECHNOLOGY四川农业科技子。为了研究粘质沙雷氏菌对重金属的吸附能力,何元等5 为了研究微生物修复铬的重要菌株,从Cr污染环境中分离出来一株粘质沙雷氏菌S2。研究发现该菌株可耐受高达10 0 0 mg/L的Cr(VI),对Cr(V I)的还原能力达到2 0 mg/L,是电镀污染物排放标准(GB219002 0 0 8)的40 倍,同时该菌株在还原Cr(V I)的同时易形成Cr(O H),沉淀,利于Cr的除去,可有效应用于环境中的Cr(V I)污染的生物治理。何元6 后续的研究探讨了金属元素对高耐铬性的粘质沙雷氏菌S1吸附铬元素效率的影响,结果表明S1在空白
8、对照组中的除 Cr(VI)能力仅为31.92%,而在含有实验金属的Cu+、Zn+、Co+的含Cr(VI)金属LB中共同培养48 h发现S1的除Cr(VI)能力均有促进作用,其中Cu+促进作用高达90.91%。刘媛等7 从高铬环境中分离出了另一只粘质沙雷氏菌CMO1,通过研究发现CM01与其他沙雷氏菌8-9 相比有较强的Cr(VI)还原能力,除铬量最高可达40.8 mg/L,是其他菌株除Cr(V I)量的两倍。针对重金属镉的微生物吸附研究中,王孟杰10 分离到一株高镉抗性的Serratia sp.X10,研究发现在水稻室内与田间实验中,处理组的植株各部分镉含量均显著地下降(P0.05),为了更明
9、确的显示出镉毒害作用的降低,结果表明在水稻重要发育时期灌浆期,处理组中水稻的MDA含量和CAT酶活均显著地下降(P0.05),表明处理组的胁迫环境更小。特殊的是,在本研究中王孟杰对重金属污染的土壤也进行了研究,发现与空白处理相比,Serratiasp.X10处理后的土壤中可利用形态镉下降了40%,难利用形态镉上升了7 2%,极大程度降低了重金属对土壤的污染。1.2微生物源除草剂1.2.1单菌株除草剂现代化学技术的高速发展,使得高效便捷的化学除草剂成为了我国的重要除草途径,同时我国也建立起了以化学防治为中心的杂草防除技术体系1。然而,长期使用化学除草剂造成的环境污染问题也不容忽视12 ,因此,许
10、多研究人员开始关注对环境安全、绿色清洁的微生物除草剂。粘质沙雷氏菌Hal菌株在近期的研究中被发现具有良好的除草活性,李鑫等13 发现运用Ha1 菌株发酵液对玉米田6 种常见杂草反枝苋、马唐、苟麻、牵牛、稗草、虎尾草进行茎叶喷雾处理,发现6 种植株在3 5 d后均出现一些不良症状,如萎焉失绿和干枯。同时针对上述玉米田中常见6 种常见杂草的平均防效为47%以上。杨娟14 采用Hal菌株粗提物对马唐种子进行室内测试,发现Hal 对发芽过2023年第8 期绿色防控程中的马唐种子的根和芽均有抑制作用,对马唐根长和芽长的ICso值分别为2.8 2 8 mg/mL和3.3 3 2 mg/mL,为马唐成苗前封
11、闭除草剂的研发奠定了基础。1.2.2复合菌株除草剂但Hal颗粒剂如同大多数微生物除草剂一样,相比化学除草剂的除草效果相对较低,对杂草严重发生情况或者恶性难除杂草的防治效果不理想。在此基础上,李鑫等15 进行了进一步的研究,发现常用的3 种化学除草剂扑草净、精异丙甲草胺和莠去津与Hal菌株的相容性均较好,实验结果表明7 0%推荐剂量的化学除草剂与Hal颗粒剂复配使用,对马唐、稗草和苟麻的防除效果远远高于Hal颗粒剂个体和化学除草剂个体的防除效果,且增效均高于5 0%。但与Hal混用的化学除草剂仍会对环境土壤造成少量污染,因此田赐等16 选择利用黏质沙雷氏菌Hal菌株与死谷芽孢杆菌0 7-1菌株进
12、行复合菌剂制作,以减少化学除草剂的添加量。实验结果表明Hal菌株复合菌剂与2 种化学除草剂推荐剂量复配后室内除草活性测定中,所有处理组杂草全部死亡,抑制率达10 0%,同时发现Hal符合菌剂对玉米的鲜质量无抑制作用。田间实验发现对减量3 0%的化学除草剂2 6%烟莠分散油悬浮剂与Hal复合颗粒剂复配的处理对田间杂草2 8 d的株数与鲜质量防效分别是85.16%和9 9.5 9%,较对照区的玉米产量提高了17.93%,增产作用明显。2农业虫害生物防治2.1农业虫害防治我国的现代农业呈现出科技全面发展,经济稳定增长趋势,农业的持续蓬勃发展促使人们逐渐加强对无公害农产品的需求,促进了研究者对农业虫害
13、生物防治的重视。农业害虫的不断扩散,导致了农产品的收益的大幅度下降,我国急需一种高效快捷的防治措施。目前我国以化学防治为主,但由于高频率且大量使用化学农药,已有报道称发现多种害虫种群均对常见化学农药产生不同程度的抗药性,同时带来了环境污染、农药残留的问题。大量的研究表明沙雷氏菌作为常见的昆虫共生菌,对如草地贪夜蛾、大蜡、小菜蛾,桔小实蝇等重大全球性农业害虫均有着良好的生物防治效果。2.1.1幼虫防治不同类型的农业害虫在不同时期对农产品造成的危害不同,有些完全变态发育的昆虫往往在幼虫期对农作物造成最大的危害或由于某些害虫成虫期难以防治,因此对幼虫期的生物防治是近期研究的热点之一。吴正伟等17 运
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