日本東京農工大學及茨城大學應用微生物製劑防治作物病害之成果(二) - 農業知識入口網

本文接續上期報導

水稻徒長病防治成果
東京農工大學有江力教授主要研究領域為鐮孢菌屬的鑑定、親和反應及無病原性鐮孢菌防治萎凋病之研究。有江力教授研究團隊利用無病原性鐮孢菌防治水稻徒長病的成果，第一項試驗設計為水稻開花期後，應用微生物製劑W3及W5在第1、3、5、7日進行花器噴灑試驗，每穗帄均施用量為5ml，對照組以無菌水替代。待水稻成熟後收取種子，將各處理之水稻種子浸泡於水稻徒長病之孢子懸浮液中，再進行播種作業。後續調查苗徒長病的罹病情形，其結果發現無菌水試驗組之水稻徒長病罹病率達38.7%；而處理微生物製劑W3之罹病率僅只有2.1%，W5處理之罹病率則為0%。
第二項試驗，該團隊將帶有綠色螢光蛋白基因的微生物轉型株（Transformant） 於水稻開花期間噴灑，同樣進行採收種子，重新播種後21天，利用共軛焦顯微鏡檢測，發現可以在苗的子葉鞘、種子表面及根部發現綠色螢光基因的微生物轉型株，顯示接種後可以長時間於種子上存活，同時可以降低水稻徒長病的感染與入侵，達到保護的效果。
第三項實驗則是將微生物製劑W3與W5混和徒長病菌的孢子懸浮液共同接種於水稻種子上，在播種後觀察苗期徒長病的罹病率，對照組之罹病率已達87.1%，處理組W3與W5之罹病率僅2.9%與3.3%，以上試驗成果可以顯示施用無病原性鐮孢菌菌株確實有降低與控制水稻徒長病的成效。

植物內生菌的研究與應用
植物內生菌（Endophytes）在自然界中廣泛存在，大部分的內生菌對於作物不造成危害，可以與寄主作物建立共生關係，某些菌種更可以促進作物生長作用、提高作物對於植物病原菌產生抵抗力及抗環境逆境之能力，或是能透過固氮、分泌激素誘發植物生長，甚至部份的微生物具抑制微生物的功能。植物內生菌的種類繁多，主要包括內生細菌、內生真菌及內生放線菌等，其中內生細菌中的根瘤菌可與植物產生固氮共生作用，無植物時可行異營生活。根瘤菌原本即為在土壤生活的格蘭氏陰性菌，植物缺氮時，根部會分泌甜菜鹼（Betaine）、類黃酮（Flavonoid）與異黃酮（Isofalvonoid）等物質來誘引根瘤菌，根瘤菌受吸引後會分泌由糖跟脂肪酸的Nod Factor，作用在植物的根毛上，使自己附著於根部，而形成根瘤的構造。因此對植物而言，內生菌會間接影響植物防禦功能與代謝產物組成，藉以抑制有害昆蟲的危害或病原菌的感染。茨城大學成澤才彥教授是研究有關植物內生菌的專家，他從植物深層根部分離出許多種的根瘤菌（Rhizobium spp.），其中代號Y34之根瘤菌菌株，屬於暗色具隔膜之內生菌（Dark Septate Endophytes，DSE），可以產生高量的生長素（Auxin），濃度可達每毫升可產生300μm，在37℃的溫度Y34菌株仍然能夠生長，測試在23℃、30℃及37℃的環境下，施用Y34根瘤菌均可以明顯增加作物的乾重量。另外，也利用根瘤菌進行土壤堆肥試驗，混和固定比率根瘤菌的土壤，裝成小包裝放置於有光照的區域，作為農家推廣試驗用，可用來混拌育苗土，讓根瘤菌慢慢佔據植物的根部。

若利用Y34菌株處理作物種子，再接種萎凋病菌（Fusarium oxysporum）之孢子懸浮液；對照組用水處理作物種子，後續接種萎凋病菌。其結果顯示接種Y34之作物種子仍可正常發芽與生長，對照組則呈現腐敗無發芽現象，試驗說明了預先施用根瘤菌Y34可以預防萎凋病的發生。成澤教授以帶有綠色螢光蛋白（Green Fluorescent Protein，GFP）的根瘤菌Y34（DSE）轉型株，接種於植物根部，後續以共軛焦電子顯微鏡觀察Y34-GFP轉型株在根部的分布情形，發現Y34轉型株分布於作物根表面、根毛及跟組織內部，顯示根瘤菌Y34不僅可纏聚於作物根部，還能進入植物內部組織，促進作物生長及誘導植物產生抗病反應，達到降低病害防治的效果。

結語
（一） 在微生物肥料的部分，東京農工大學橫山教授團隊研發出多功能微生物肥料及生物肥料協同促進劑，特別因應福島核災後，受到放射性銫汙染的土壤耕作困難，遂利用微生物製劑針對福島核災後，受到放射性銫汙染的土壤復育工作，其結果顯示使用微生物製劑後，在落花生及水稻的產量有提升的效果。
（二） 有關微生物防治病害的部分，東京農工大學有江力教授早期研究應用非病原性Phoma glomerata以及Penicillium simplicissimum等微生物進行萎凋病防治試驗，以及應用腐黴菌類微生物（Phythium oligandrum）所誘導植株產生茉莉香酸（Jasmonic Acid）系統性抗病反應防治青枯病防治，近年則是著重於應用無病性鐮孢菌屬微生物防治水稻徒長病菌的研究。臺灣近年來已發現許多安全且有效的拮抗微生物，如放線菌、木黴菌與枯草桿菌等，可利用氣候條件與微生物相眾多的優勢，作為開發生物農藥及應用技術的基礎。
（三） 植物內生菌的研究相當多，其中一類根瘤菌對於作物是有相當多的正面效 應，茨城大學成澤才彥教授分離多種的根瘤菌，其中Y34菌株（DSE）在各項實驗中均顯示有優異的促進植物生長表現，同時預先接種於作物根部，可以有效預 防萎凋病的感染及降低罹病度。此外，亦開發小包裝的根瘤菌堆肥，可以加入作物的育苗土混拌處理，提早讓根瘤菌佔據植物根部，同時達成內生作用，避免病原菌的入侵。
（四） 東京農工大學植物工廠，對於藍莓與草莓的栽培研究結合了養液栽培、LED 光照及環境條件監控系統，可以生產優質的藍莓果實。另外工廠內也有模擬不同季節的生長室，每個生長室內均有可自動調整受光面的機器，確保作物受到適當的光照時間，整體而言，植物工廠的花費成本相當高，仍可以提供具參考價值的研究資訊，至於是否適合應用於國內，則需評估作物種類與生產成本。

（全文完）

文圖/郭建志 臺中區農業改良場 周浩平 胡智傑 高雄區農業改良場