白僵菌是目前世界上研究和应用最多的病原真菌之一,白僵菌的寄生范围极广,可寄生1个目149个科的700多种昆虫及蜱螨类。根据野外调查昆虫的越冬情况发现,因白僵菌致病而死的昆虫占真菌致病总数的21%。球孢白僵菌是一种广谱性昆虫病原真菌,其致病性强、杀虫范围广、在我国广泛应用于马尾松毛虫和玉米螟等多种林业及大田害虫的防治并取得了显著的经济、社会和生态效益。虽然球孢白僵菌得到了广泛的应用,但仍存在击倒害虫时间长和防治效果易受环境影响等缺点。
球孢白僵菌对昆虫的浸染途径
一种是通过与昆虫接触从昆虫的体壁、气节、节间膜、气孔及伤口等外部途径侵入,另一种是在昆虫取食、呼吸时,通过消化道、呼吸道等内部途径侵入。如白僵菌对茶丽纹象甲的侵染,幼虫是孢子萌发后直接侵染体壁、气门、节间膜等,而成虫则是通过吞食大量孢子,孢子进入体内萌发而感染。马尾松毛虫在高温高湿条件下,主要是通过体壁感染白僵菌,而在低温低湿条件下,消化道感染白僵菌的百分率提高,库蚊幼虫以呼吸道感染白僵菌为主,成虫则以体壁感染白僵菌为主。同种昆虫的不同虫态对白僵菌的反应不同,马铃薯瓢虫的幼虫最易感染白僵菌,成虫的染病率明显低于幼虫和蛹。球果花蝇不同虫态对分离自球果花蝇的白僵菌菌株的易感性为:老熟幼虫大于成虫大于蛹。另外,昆虫的生理状态与白僵菌的致病力也有一定的关系。昆虫的越冬前和冬眠滞育期,对外界环境不敏感,感病较少。而昆虫的低龄虫态较高龄虫态易感病,因为低龄虫态处于生长时期,抵抗外界不良环境条件的能力较差,极易感染白僵菌而死亡。高龄虫态器官机能已发育成熟,不易发病,即使感染也不至于死亡或拖至蛹期、成虫期死亡。此外,在昆虫的同一发育阶段或同一发育时期,由于环境条件的改变或营养不良,引起昆虫生理状况改变,致使昆虫抗病力低下,也容易感染发病。总之,球孢白僵菌对昆虫侵染途径因昆虫的种类、虫态、环境条件等不同而有差别。
球孢白僵菌对昆虫的浸染过程
白僵菌的分生孢子可随气流和水流向周围环境扩散,当与昆虫相遇时,便附在昆虫的外表皮上。分生孢子和昆虫表皮都具有很强的疏水性,两者接触时,由于共同的疏水作用而引起介导吸附的发生。分生孢子被吸附以后,可在昆虫体壁上分泌一些粘性物质——附着孢,使其进一步固着在昆虫外表皮上。昆虫的体表有充足的营养成分(如棉铃虫体表的氨基酸和萄糖胺),可满足分生孢子营养生长的需要。在适宜温度和湿度的条件下,孢子即吸水膨胀,约经过8到12h便萌发。从孢子的端部或侧面生出1到2条芽管。在芽管伸出时便分泌多种水解酶。芽管借助自己分泌的水解酶、代谢酶和菌丝的机械压力等因素的联合协调作用,穿透寄主体壁,进入血腔中。芽管就在血腔中进行营养生长,产生芽生孢子,芽生孢子也可直接长成菌丝,菌丝不断生长,侵入昆虫的各个器官,逐渐充满昆虫的整个血腔,使昆虫正常的体液循环受到阻碍,造成生理饥饿,并会引起组织细胞的机械破坏。同时菌丝在生长过程中会分泌毒素和代谢产物(如白僵菌素和草酸盐类等)使昆虫血液的理化性质发生变化,从而使昆虫的代谢机能发生改变,正常的生理及代谢功能也发生紊乱,最终因不能维持正常的生命活动而死亡。
球孢白僵菌浸染过程中昆虫的防御作用
白僵菌对昆虫的入侵过程是昆虫与病原菌之间相互抑制,相互斗争的过程。当白僵菌进入昆虫的同时,昆虫的防御机制便开始发生作用,白僵菌的防御机制有两种:一种是外部屏障作用的防御,包括体壁防御和消化道防御,一种是血腔内部的天然防御反应,包括体液免疫及细胞免疫反应。
体壁的防御动作:当白僵菌侵入昆虫表皮时,酚氧化酶在表皮的入侵部位发生黑化防御反应形成黑斑,黑斑对白僵菌的入侵具有防御功能,昆虫经过脱皮后黑斑会消失,昆虫体壁对白僵菌的防御主要是低级脂肪酸对白僵菌孢子萌发的抑制作用,但昆虫表皮中存在的多数是中高级脂肪酸,对促进孢子萌发和进一步生长发育又是有利的,所以很多昆虫对白僵菌的体壁防御又是有限的。
消化道的防御:白僵菌的分生孢子随昆虫进食进入消化道,在消化道内萌发,长成菌丝,再穿过肠壁细胞向体腔内入侵扩展。不过,很多昆虫的消化道中还存在着微生物区系,如鳞翅目和鞘翅目的消化液呈碱性,加上缺少充足的条件,不适于白僵菌的生长,构成了一道生物屏障。此外消化道中还存在着一些从植物中直接吸收的抗生物质,如有机酸类,对某些病原菌也有抵抗作用。
细胞的防御:昆虫没有以免疫e细胞免疫主要是指血细胞对入侵异物的吞噬作用,形成结节及产生包囊,在包囊形成的过程中由于多酚氧化酶的作用会发生黑化现象,但血细胞对病原物的抵御作用又受到病原物有毒代谢物的影响。所以,它们的防御机制并不能有效地抑制真菌的生长,在血腔中,球孢白僵菌一旦击溃了昆虫的细胞防御机制,便旺盛生长起来,最终导致昆虫死亡。