尹婷,徐秉良,梁巧蘭,古麗君,李榮峰
(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院 草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心,甘肅 蘭州730070)
木霉(Trichodermaspp.)作為一類重要的生防真菌,廣泛存在于土壤、空氣和植物體表面等生態(tài)環(huán)境中[1],具有適應(yīng)性強(qiáng),存在范圍廣和廣譜、高效等優(yōu)點(diǎn)。但目前單獨(dú)使用生防因子來(lái)控制作物病害,往往受到環(huán)境條件等因素的干擾,造成田間防治效果不穩(wěn)定[2],因此生產(chǎn)上常與殺菌劑混合使用,然而,木霉菌對(duì)化學(xué)藥劑較為敏感,限制了其使用范圍和防治效果。因此,深入研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)優(yōu)良木霉菌及進(jìn)行木霉菌株的耐藥性研究,對(duì)防治植物真菌病害,促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。近年來(lái),殺菌劑,特別是高效、內(nèi)吸、專一性殺菌劑得到了廣泛應(yīng)用[3],雖然化學(xué)農(nóng)藥見(jiàn)效快,防效高,但是它的長(zhǎng)期使用會(huì)給人類健康帶來(lái)嚴(yán)重隱患,并且造成生態(tài)環(huán)境失衡,引發(fā)有害生物產(chǎn)生抗藥性,導(dǎo)致其他有益生物數(shù)量下降、人畜中毒,不利于綠色植保事業(yè)的發(fā)展[4,5]。隨著人類對(duì)生態(tài)環(huán)境及綠色食品的重視,促使人們開(kāi)展多方面研究以開(kāi)發(fā)高效、低毒、低殘留及與環(huán)境和諧的生態(tài)合理農(nóng)藥[6]。目前,國(guó)內(nèi)對(duì)抗真菌藥物耐藥機(jī)制的研究和抗真菌藥物的耐藥性研究取得了一定的進(jìn)展,有關(guān)木霉耐藥性的報(bào)道也越來(lái)越多。王勇等[2]通過(guò)含藥培養(yǎng)基的篩選,得到了速克靈抗性拮抗木霉菌株,二者協(xié)同使用比單獨(dú)使用可以更好地防治灰霉病,并研究了最佳配比。為了獲得優(yōu)良的耐藥性木霉菌株,需要對(duì)野生菌株加以改良。目前的菌株改良手段主要有誘變育種、原生質(zhì)體融合和遺傳改造[7-9]。但直到20世紀(jì)80年代,誘變育種技術(shù)才真正用于木霉研究[10],其中,紫外線誘導(dǎo)是一種簡(jiǎn)便、實(shí)用、應(yīng)用廣泛的菌種改良方法。丁中等[11]通過(guò)紫外光照射結(jié)合使用含藥培養(yǎng)基培養(yǎng)得到了3個(gè)哈茨木霉腐霉利抗性突變菌株,抗性菌株與親本菌株相比較,其抗藥性提高100倍以上。魯海菊等[12]用紫外誘變哈茨木霉,通過(guò)多菌靈耐藥性篩選,獲得耐藥性菌株,為進(jìn)一步篩選強(qiáng)根際能力木霉菌株提供了優(yōu)質(zhì)材料。田連生等[13]也篩選出對(duì)化學(xué)殺菌劑腐霉利(商品名稱速克靈)有顯著抗性的突變性霉菌株UT-4。本研究擬通過(guò)耐藥性測(cè)定和紫外光誘變及藥劑馴化培養(yǎng),以期篩選出能夠與殺菌劑混合的木霉菌株。
深綠木霉(T.aureoviride)T2菌株和灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供。
供試藥劑6種,分別是75%百菌清可濕性粉劑(上海亞泰農(nóng)資有限公司生產(chǎn))、80%多菌靈可濕性粉劑(河北益海安格諾農(nóng)化有限公司生產(chǎn))、15%三唑酮可濕性粉劑(江蘇劍牌農(nóng)藥化工有限公司生產(chǎn))、65%代森錳鋅可濕性粉劑(成都皇牌作物科學(xué)有限公司生產(chǎn))、50%速克靈可濕性粉劑(甘肅農(nóng)科院植保所新農(nóng)藥開(kāi)發(fā)中心生產(chǎn))和50%撲海因可濕性粉劑(拜耳作物科學(xué)公司生產(chǎn))。
1.3.1 耐藥性測(cè)定 試驗(yàn)于2010年7月實(shí)施,重復(fù)進(jìn)行3次。采用含毒介質(zhì)培養(yǎng)方法[14]。稱取各供試藥劑,加無(wú)菌水,配成濃度分別為2.5,5.0,10.0,20.0,40.0mg/mL的母液。PDA 培養(yǎng)基(每三角瓶49mL)冷卻到50℃左右時(shí),分別加入1mL上述濃度的母液,使含藥培養(yǎng)基的最終含藥濃度分別達(dá)到50,100,200,400,800 μg/mL,充分搖勻后,均勻倒入3個(gè)培養(yǎng)皿中制成平板。再用打孔器切取直徑為6mm的深綠木霉T2菌塊,移植于含藥平板中央,每處理重復(fù)3次。將各處理置于25℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)60h,測(cè)量菌落直徑。以加入等量無(wú)菌水制成的PDA平板為對(duì)照。用如下公式計(jì)算抑菌率:
以藥劑有效成分濃度對(duì)數(shù)值為自變量(x),相對(duì)抑制率的機(jī)率值為因變量(y),計(jì)算出毒力回歸方程式和相關(guān)系數(shù)。由毒力回歸方程,令y=5(即抑制50%的機(jī)率值),反常用對(duì)數(shù)x即為EC50值。
1.3.2 紫外光誘導(dǎo) 在深綠木霉T2菌株培養(yǎng)物上用直徑6mm的打孔器打孔,將菌餅接到PDA平板培養(yǎng)基上,在25℃下恒溫培養(yǎng)7d,加無(wú)菌水用無(wú)菌毛筆輕輕洗刷,用無(wú)菌紗布過(guò)濾除去菌絲得孢子懸浮液。用血球計(jì)數(shù)板測(cè)定孢子濃度,使其達(dá)到1×108個(gè)孢子/mL。將此懸浮液0.1mL,均勻涂布于PDA平板上[10],置于超凈工作臺(tái)上10W紫外燈管下60cm處(不加蓋),用黑布遮住超凈工作臺(tái),避開(kāi)外界光進(jìn)行照射。設(shè)0.5,1.0,1.5,2.0,2.5和3.0h共6個(gè)照射時(shí)間處理。處理后立即用黑紙把平板包好,并放入25℃的恒溫箱中黑暗培養(yǎng)[15],5d后統(tǒng)計(jì)平板上生長(zhǎng)菌落數(shù)。以不經(jīng)過(guò)紫外光照射的PDA平板為對(duì)照。
1.3.3 藥劑馴化 將以上培養(yǎng)5d后在PDA平板上生長(zhǎng)的菌落打孔,取直徑6mm菌餅轉(zhuǎn)移到含速克靈濃度為50μg/mL的含藥平板上培養(yǎng)。5d后選取生長(zhǎng)最快菌落,在邊緣打孔,取直徑6mm菌餅接種在速克靈濃度為100μg/mL的含藥平板上,在25℃恒溫培養(yǎng)。5d后再次選擇生長(zhǎng)最快的菌落,取直徑6mm的菌餅接種在速克靈濃度為200μg/mL的PDA平板上[16]。用此方法,將在速克靈濃度400和800μg/mL上測(cè)試,最終選擇出生長(zhǎng)最快的菌落。
1.3.4 抗藥穩(wěn)定性測(cè)定 將篩選出的抗藥性木霉菌株分別接種在PDA平板上,于25℃恒溫培養(yǎng),每7d轉(zhuǎn)接1次,連續(xù)轉(zhuǎn)接10次[17]。再在速克靈濃度為800μg/mL的PDA平板上培養(yǎng),測(cè)量60h時(shí)菌落直徑,以原始菌株為對(duì)照,計(jì)算速克靈對(duì)選出菌株的生長(zhǎng)抑制率。每處理重復(fù)3次。
1.3.5 生長(zhǎng)速率及產(chǎn)孢能力測(cè)定 將各抗藥性木霉菌株取直徑6mm的菌塊接種于PDA平板上,在25℃下恒溫培養(yǎng),每天測(cè)量菌落直徑1次,連續(xù)測(cè)量3d,計(jì)算各抗藥性木霉菌株的生長(zhǎng)速率;培養(yǎng)7d后取10mL無(wú)菌水沖洗培養(yǎng)物表面,得到孢子懸浮液。取該懸浮液1mL加入盛有99mL無(wú)菌水的三角瓶中,在轉(zhuǎn)速為200r/min的搖床上振蕩20min,使孢子在無(wú)菌水中分散均勻,用血球計(jì)數(shù)板測(cè)產(chǎn)孢濃度[17]。以上每處理均為3次重復(fù)。
1.3.6 對(duì)灰葡萄孢菌的拮抗作用測(cè)定 將木霉親本菌株和各抗藥性菌株分別與灰葡萄孢菌對(duì)峙接種于PDA平板,菌塊直徑6mm,兩接菌點(diǎn)相距40mm。同時(shí),單獨(dú)接種木霉菌灰葡萄孢菌做對(duì)照。每處理重復(fù)3次,于25℃下培養(yǎng),并測(cè)量對(duì)照灰葡萄孢菌直徑和灰葡萄孢菌菌落中心到木霉菌菌落邊緣的距離,計(jì)算各木霉菌株對(duì)灰葡萄孢菌的抑菌率,統(tǒng)計(jì)拮抗系數(shù),并篩選出拮抗性最強(qiáng)的菌株。
計(jì)算抑菌率采用以下公式:I=100-(R2/R1)×100%[18]。式中,I為木霉菌的抑菌率,R1為對(duì)照灰葡萄孢菌直徑,R2為灰葡萄孢菌菌落中心到木霉菌菌落邊緣的距離。
拮抗系數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(5級(jí))[19]:Ⅰ級(jí):深綠木霉菌絲面積≥100%平皿面積;Ⅱ級(jí):深綠木霉菌絲面積≥67%平皿面積;Ⅲ級(jí):33%平皿面積<深綠木霉菌絲面積<67%平皿面積;Ⅳ級(jí):深綠木霉菌絲面積≤33%平皿面積;Ⅴ級(jí):病原菌菌絲面積≥100%平皿面積。
深綠木霉T2菌株在含不同殺菌劑的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)情況詳見(jiàn)表1。深綠木霉T2菌株對(duì)不同殺菌劑耐藥性不同,殺菌劑對(duì)木霉菌的抑制作用隨藥劑施用濃度的增大而逐漸增強(qiáng)。接種培養(yǎng)60h后發(fā)現(xiàn),深綠木霉T2菌株對(duì)百菌清、多菌靈、三唑酮、代森錳鋅、速克靈和撲海因的耐藥性順序由強(qiáng)到弱分別是代森錳鋅、三唑酮、百菌清、多菌靈、撲海因、速克靈,EC50分別為221.14,171.12,150.90,123.24,42.12和26.24μg/mL。
紫外光處理對(duì)木霉分生孢子有一定的致死作用,但不同照射時(shí)間均能有一定數(shù)量的孢子存活。其中照射0.5 h平板上產(chǎn)生的菌落數(shù)最多,共產(chǎn)生5個(gè);照射3.0h平板上產(chǎn)生的菌落數(shù)最少,共產(chǎn)生2個(gè);照射1.0和1.5h平板上產(chǎn)生的菌落數(shù)均為4個(gè);照射2.0和2.5h平板上產(chǎn)生的菌落數(shù)均為3個(gè)。
表1 深綠木霉T2菌株對(duì)6種殺菌劑的耐藥性測(cè)定Table 1 Endurance of T.aureoviride T2against 6kinds of fungicides
將上述紫外光誘導(dǎo)得到6株突變型菌株,分別標(biāo)記為T2-1~T2-6。根據(jù)測(cè)量的各菌落直徑,計(jì)算生長(zhǎng)抑制率。結(jié)果表明,親本菌株T2在含速克靈的培養(yǎng)基上基本不生長(zhǎng),其受抑制率為91.58%,而6個(gè)突變型菌株分別為20.75%,24.83%,15.76%和12.41%。其中T2-6受速克靈的影響很小。速克靈對(duì)其他突變型菌株 T2-3、T2-4的抑制率較高,分別達(dá)到62.34%和70.18%。因此篩選出4株對(duì)速克靈抗性較好的突變型菌株T2-1、T2-2、T2-5和 T2-6。
將上述篩選出的抗藥性木霉菌株T2-1、T2-2、T2-5和T2-6連續(xù)10次轉(zhuǎn)接后發(fā)現(xiàn),速克靈對(duì)各抗藥性木霉菌株生長(zhǎng)抑制率的變化都不是很大,表明突變菌株的抗藥性沒(méi)有隨著傳代培養(yǎng)而消失。其中T2-6菌株的抗藥特性更加穩(wěn)定,基本未發(fā)生變化(表2)。
表2 速克靈對(duì)轉(zhuǎn)接后各抗藥性木霉菌株的生長(zhǎng)抑制率測(cè)定Table 2 Growth inhibition rate of Procymidone on each antagonistic Trichodermastrains after inoculation %
從菌絲的生長(zhǎng)速率來(lái)看,T2-6菌株的平均生長(zhǎng)速率最快,明顯高于親本菌株T2和其他3個(gè)抗藥菌株,T2-5菌株與親本菌株接近,T2-1和T2-2菌株均低于親本菌株;在產(chǎn)孢量上,T2-6菌株的產(chǎn)孢量同樣明顯高于親本菌株T2和其他3個(gè)抗性菌株,親本菌株的產(chǎn)孢量高于其他3個(gè)抗藥菌株(表3)。
表3 抗藥性木霉菌株的生長(zhǎng)速率和產(chǎn)孢能力Table 3 Growth rate and ability of producing spores of antagonistic Trichodermastrains
各抗性菌株和親本菌株對(duì)灰葡萄孢菌都有強(qiáng)烈的拮抗作用。各個(gè)木霉菌株和灰葡萄孢菌先在平板兩邊各自生長(zhǎng),48h后兩菌落邊緣接觸,木霉菌對(duì)灰葡萄孢菌產(chǎn)生抑制作用,使其生長(zhǎng)速率減緩直至停止??剐跃闠2-6對(duì)灰葡萄孢菌的抑制率最高,達(dá)到93.26%,T2-5菌株和親本菌株抑制率相近,僅相差1.31%,T2-2菌株對(duì)灰葡萄孢菌的抑制率最低,為82.75%(圖1)。T2-1、T2-2菌株對(duì)灰葡萄孢菌的平菌抑菌率與親本菌株的抑菌率差異顯著,T2-5和T2-6菌株對(duì)灰葡萄孢菌的抑菌率差異不顯著,T2-1、T2-2和T2-5菌株對(duì)灰葡萄孢菌的抑菌率差異不顯著,T2-6菌株與T2-1、T2-2菌株對(duì)灰葡萄孢菌的抑菌率差異顯著??剐跃闠2-5、T2-6和親本菌株的拮抗系數(shù)均為Ⅱ,T2-1和T2-2菌株的拮抗系數(shù)為Ⅳ。通過(guò)對(duì)以上試驗(yàn)結(jié)果的綜合分析,最后篩選出突變型木霉菌株T2-6為最佳抗藥性菌株(表4)。
6種殺菌劑對(duì)深綠木霉的生長(zhǎng)均有一定的抑制作用,且隨著藥劑濃度的增加,抑制作用越明顯;不同的藥劑對(duì)木霉的抑制力不同,其中代森錳鋅的抑制力最低,速克靈的抑制力最高;通過(guò)對(duì)深綠木霉T2菌株的紫外線誘變處理和含藥平板馴化培養(yǎng),成功篩選出了對(duì)速克靈產(chǎn)生高度抗性的突變型菌株。紫外線作為一種物理誘變因子,具有誘變效果明顯和方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),是誘導(dǎo)微生物突變的一種非常有用的工具,通過(guò)擴(kuò)大突變體的篩選基數(shù),可得到性能優(yōu)良的變異菌株[20]。Papvizas[21,22]以苯菌靈為敏感性標(biāo)記物,采用紫外線誘變對(duì)哈茨木霉(T.harzianum)和綠色木霉(T.viride)進(jìn)行誘變,得到了對(duì)苯菌靈有耐藥性的菌株,這些變異菌株的生長(zhǎng)特性,產(chǎn)孢量以及抗菌能力同親本菌株相比都有顯著改善。楊合同等[10]通過(guò)紫外線誘變處理,獲得了對(duì)多菌靈具有抗性的突變菌株,該突變株在PDA培養(yǎng)基上連續(xù)轉(zhuǎn)接培養(yǎng)20代后,其抗藥性、生長(zhǎng)速度都沒(méi)有改變,表現(xiàn)非常穩(wěn)定。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)深綠木霉菌株T2-6,該突變型菌株的生長(zhǎng)速率、產(chǎn)孢量以及拮抗作用與親本菌株相近,而抗藥性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于親本菌株,連續(xù)轉(zhuǎn)接10代,其抗藥性隨傳代仍然表現(xiàn)穩(wěn)定。
木霉菌適應(yīng)環(huán)境的一個(gè)重要方面就是對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的抗性,解決了這個(gè)問(wèn)題,才能保證木霉菌在生防中發(fā)揮更好的作用,能夠最大限度地發(fā)揮生物農(nóng)藥的作用,減少化學(xué)農(nóng)藥的使用,提高木霉菌制劑對(duì)作物病害的防治效果[23,24]。
由于木霉菌在PDA平板的培養(yǎng)是無(wú)性繁殖,這種由微效多基因控制的抗性似能穩(wěn)定遺傳[18],這在本試驗(yàn)中也得到了證明。但是木霉菌在自然條件下存在準(zhǔn)性生殖,其抗藥性是否能夠穩(wěn)定遺傳,還需進(jìn)一步證明。同時(shí)生防制劑的應(yīng)用還受到溫度、濕度、光照等各種因素的影響,獲得的抗性菌株與速克靈如何混合、混合使用后的田間防治效果等問(wèn)題本試驗(yàn)尚未涉及,還有待進(jìn)一步的研究。
表4 抗藥性木霉菌株對(duì)灰葡萄孢菌的拮抗作用Table 4 Antagonism of antagonistic Trichoderma strains to Botrytis cinerea
圖1 抗藥性木霉菌株對(duì)灰葡萄孢菌的拮抗作用Fig.1 Antagonism of antagonistic Trichoderma strains to Botrytis cinerea
[1] 張茹,李金華,柴兆祥,等.甘肅河西馬鈴薯根際生防木霉菌對(duì)接骨木鐮刀菌的拮抗篩選及鑒定[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2009,18(2):138-145.
[2] 王勇,楊秀榮,劉水芳.拮抗木霉耐藥性菌株的篩選及其與速克靈防治灰霉病的協(xié)同作用[J].天津農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào),2002,9(4):19-22.
[3] 古麗君,徐秉良,梁巧蘭,等.生防木霉菌T2菌株對(duì)禾草腐霉病抑菌作用及機(jī)制研究[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2011,20(2):46-51.
[4] 高書晶,劉愛(ài)萍,徐林波,等.8種生物農(nóng)藥對(duì)草原蝗蟲的田間防治效果評(píng)價(jià)[J].草業(yè)科學(xué),2011,28(2):304-307.
[5] 胡冠芳,劉敏艷,李玉奇,等.甘肅天然草地30種有毒植物提取物對(duì)菜粉碟幼蟲的拒食和觸殺作用研究[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2011,20(5):169-176.
[6] 孫孌姿,王佺珍,呼天明,等.菊苣葉提取物對(duì)粘蟲的生物活性研究[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2011,20(2):60-66.
[7] Baker R.Diversity in biological control[J].Crop Protection,1991,10:85-94.
[8] Lewis J A,Papavizas G C.Biocontrol of plant disease:the approach for tomorrow[J].Crop Protection,1991,10:1086-1105.
[9] Harman G E.The genetic nature and biocontrol ability of progeny from protoplast fusion in Trichoderma[A].In:Chet I.Biotechnology in Plant Disease Control[C].Wiley Liss Press,1993:237-255.
[10] 楊合同,唐文華,李紀(jì)順,等.綠色木霉LTR-2菌株的紫外線改良[J].中國(guó)生物防治,2004,20(3):182-186.
[11] 丁中,劉峰,慕立義.紫外光誘導(dǎo)哈茨木霉產(chǎn)生腐霉利抗性菌株的研究[J].中國(guó)生物防治,2002,18(2):75-78.
[12] 魯海菊,劉云龍,張?jiān)葡?哈茨木霉多菌靈耐藥性菌株的篩選[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005,20(3):436-437.
[13] 田連生,李貴香,高玉爽.紫外光誘導(dǎo)木霉產(chǎn)生對(duì)速克靈抗藥性菌株的研究[J].中國(guó)植保導(dǎo)刊,2006,26(6):18-20.
[14] 程?hào)|美,張志祥,區(qū)麗文,等.哈茨木霉T2菌株耐藥性的測(cè)定及其對(duì)幾種病原菌的抑制作用研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(10):4170-4172.
[15] 田連生.紫外光誘導(dǎo)哈茨木霉產(chǎn)生對(duì)多菌靈抗藥性的菌株[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007,26(1):318-321.
[16] 田連生,馮樹波.耐藥性木霉菌株的篩選及其對(duì)灰霉病的防治[J].生物技術(shù),2005,15(5):26-28.
[17] 田連生.抗藥性木霉菌株的選育及其與多菌靈的協(xié)同作用[J].核農(nóng)學(xué)報(bào),2008,22(1):32-35.
[18] 梁志懷,魏林,安哲宇,等.生防木霉菌耐三唑類殺菌劑菌株的選育[J].中國(guó)生物防治,2010,26(1):60-65.
[19] 覃柳燕,蔣妮,唐美瓊,等.木霉菌對(duì)山豆根根腐病菌的拮抗作用[J].中藥材,2011,34(4):499-502.
[20] 孫冬梅,楊謙,張軍政.黃綠木霉誘變菌株對(duì)大豆根腐病鐮刀菌的拮抗[J].大豆科學(xué),2005,24(3):171-175.
[21] Papvizas G C.Evaluation of new biotypes of Trichderma harziaumfor tolerance tobenomyl enhanced capabilities[J].Phytopathology,1982,72:126-132.
[22] Papvizas G C.Physiological and biocontrol characteristis of stable mutants of Trichoderma viride resistant to MBC fungicides[J].Phytopathology,1983,73:407-411.
[23] 陳伯清,屈海泳,劉連妹.木霉菌在園藝植物上的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(12):4960-4963.
[24] 于雪云,扈進(jìn)冬,楊合同.木霉菌抗藥性研究進(jìn)展[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,6:81-85.