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拮抗微生物

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拮抗微生物(英語:Antagonistic microorganism)是指一種能夠導致其他生物(如細菌昆蟲)生長受阻甚至死亡的微生物[1]

一部分拮抗微生物會產生有害代謝物質,例如抗生物質等,直接殺死鄰近生物。另有一部分拮抗微生物與病原菌競爭營養和生存空間,抑制病原菌的繁殖。小部分的拮抗微生物藉捕食超寄生英语Hyperparasite微寄生英语mycoparasitism破壞其他寄生物[2][3]。拮抗微生物普遍存在於土壤根圈植物組織植物體表[4],亦存在於人類腸道[5]

生物實驗

小鼠實驗

給小鼠餵服具活性的鼠傷寒沙門氏菌Salmonella Typhimurium),若不施加仼何干預,約需十萬個細菌方可使小鼠發病身亡。然而,若先給小鼠服用鏈黴素,小鼠腸道裏的正常菌羣會被殺死。其後再餵服傷寒沙門氏菌,僅需十個細菌已能令小鼠發病身亡[6]。由此可以得知正常菌羣有拮抗微生物的作用,可以對抗鼠傷寒沙門氏菌[6]

泥土實驗

若將0.1%至10%的抑病土英语Disease supressive soils(supressive soil)接種英语Inoculum給導病土(conducive soil),能使導病土獲得疾病的抑制。因此可以總結泥土中存在拮抗微生物[7]

例子

著名細菌

乳酸菌

乳酸菌可代谢产生如细菌素英语Microbial toxin#Bacterial有机酸过氧化氢胞外多糖英语Extracellular polymeric substance#Components(Exopolysaccharides)、铁载体英语siderophore生物表面活性剂英语biosurfactant等抗菌物质,因而具有良好的抗菌活性[8]。乳酸菌还可通过糖发酵产生多种有机酸,主要包括乳酸乙酸柠檬酸苹果酸丙酸以及苯乳酸等,均具有一定的抗菌作用[9]。此外,乳酸菌还可以产生其他抗菌物质,例如二氧化碳丁二酮脂肪酸[10][11]

链霉菌

鏈霉菌以其獨特的代謝功能聞名,是活性天然产物的重要来源。这些天然产物的结构类型包括生物碱聚酮萜类甾体卤代物聚醚类等。其中不少產物具生物活性,如抗菌、抗和抗寄生虫[12]。1943年,赛尔曼·瓦克斯曼灰色鏈黴菌英语Streptomyces griseus中提取出鏈霉素,在醫藥和果樹及蔬菜的細菌性防治有廣泛應用。[13]

其他微生物

微生物 效果 方法
乳桿菌 具有過氧化氫[6] 治疗白色念珠菌引发的阴道炎[14]
血鏈球菌 具有過氧化氫[6] 对牙周可疑致病菌有拮抗作用[15]
大腸桿菌
變形桿菌
腸球菌
產生抗菌素 抵抗引起痢疾傷寒志賀菌傷寒沙門氏菌英语Salmonella typhi[6]
拮抗酵母菌如:
假絲酵母英语Candida oleophila
克勒克酵母
粘紅酵母英语Rhodotorula glutinis
羅倫隱球酵母
以極快的繁殖速度競爭營養;且

有些酵母菌可以誘導植株產生抗性,如羅倫隱球酵母促進水果與自身抗病性有關的多酚氧化酶英语Polyphenol oxidase過氧化物酶的釋放;或

有些酵母菌可以分泌溶菌霉類,如粘紅酵母及羅倫隱球酵母能分泌胞外幾丁質酶,可溶解病原菌菌絲細胞壁

可抑制果蔬青霉、灰霉、毛霉病等病变,包括梨黑斑病及柑橘青霉病[16]
枯草芽孢杆菌 可以产生抗菌物质,抑制灰霉病、炭疽病等病原菌的生长 減少菊花莖腐病[2]
淡紫拟青霉菌 抑制線蟲繁殖 感染線蟲的卵[17]
荧光假单胞菌 可以诱导植物抗病性;或者代謝產生2,4-二乙醯基間苯三酚[18]莫匹羅星[19]β内酯抗生素英语Obafluorin[20][21] 保護植物根部免受寄生真菌鐮孢菌腐霉的感染[22]

病毒

真菌

農業應用

有機作物病害防治

圖中綠色部分所示的益菌(Beneficial)是拮抗微生物,能抵禦病原菌對有機作物的侵略。與病菌的關係為競爭拮抗

生物防治,舊的定義為借助仼何除人類外的生物體使病源菌的存活或活性降低,因而導致病原菌所引起的病害減少的狀況。

現今的定義是指運用自然或人為的操作調整環境、寄主植物或拮抗微生物來促進一種或一種以微生物的活性,或大量導入一種或一種以拮抗微生物,使存在於寄生或休眠的病原之接觸密度或致病能力降低的方法[2]

在農業上,拮抗微生物可用作生物農藥,防治病蟲害,從而提高農業產量,並減少農藥使用量[24]。部分拮抗微生物能誘導植物產生抗性。[7]

蓮霧保護

多黏類芽孢桿菌英语Paenibacillus polymyxaP. polymyxa)及Bacillus sp. LB5[註 1](為一種革蘭氏陽性桿菌,有過氧化氫酶氧化酶,會產生內生孢子[25])對蓮霧果實病原菌具有強拮抗性。其通過抑制病原菌孢子發芽,造成菌絲孢子膨大變形。而對田間果樹常使用的化學藥劑具有強忍受性,有利於田間應用[4][26]

對柑桔、水稻、煙草、蘆荀、泥土、榆樹、碗豆、大豆和番茄的保護

1948年,研究表明放線菌所產生的抗生素Musarin[註 1](C35H60O14N2)可以抑制尖孢鐮刀菌古巴專化型,對抗香蕉株的巴拿馬病[27]

1950年代,科學家從金黃色鏈黴菌英语Kitasatospora aureofaciens分離出四環霉素[28],其後用於柑桔立枯病的防治。

1958年,日本科學家住木諭介日语住木諭介灰产色链霉菌英语Streptomyces griseochromogenes分離出一種新名為滅瘟素的新抗生素[29],用於水稻熱病的防治。

1963年,日本科學家鈴木三郎及磯野清由可可鏈黴菌(Streptomyces cacaoi subsp. asoensis)分離出保粒黴素(Polyoxins)[30],用於治療水稻紋枯病、煙草白星病、及蘆筍莖枯病[13]

1982年,科學家發現Streptomyces longisporus英语Streptomyces longisporus [註 1]對泥土中的稻長蠕孢黴英语Cochliobolus miyabeanus茄鏈隔孢菌英语Alternaria solani有抑制作用[31]

1984年,大卫·戈特利布利用灰色鏈黴菌英语Streptomyces griseus產生的杀假丝菌素英语candicidin防治荷蘭榆樹病。同年有科學家以吸水鏈黴菌英语Streptomyces hygroscopicus(Streptomyces hygroscopicus subsp. geldanus)產生的格尔德霉素英语Geldanamycin防治因感染立枯絲核菌英语Rhizoctonia solani產生的豌豆根腐病。[32]

1989年,有生命科學家在温室中利用Streptomyces graminofaciens[註 1]發酵液防治番茄棘壳孢英语Pyrenochaeta lycopersici引起的蕃茄木栓化(corky root)及黄瓜黑色根腐病菌英语Phomopsis sclerotioides引致的胡瓜根腐病。[33]

註釋

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 現時中文微生物學界暫未將其命名

參見

參考文獻

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