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      桑枝枯菌核病病菌拮抗芽孢桿菌的篩選和鑒定

      2020-03-03 14:37:13宋文欣陳清華楊惠貞蒙姣榮李界秋
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020年22期
      關(guān)鍵詞:枯草芽孢桿菌生物防治

      宋文欣 陳清華 楊惠貞 蒙姣榮 李界秋

      摘要:為獲得有效防治桑枝枯菌核病的生防菌,通過對峙培養(yǎng)法篩選對桑枝枯菌核病病菌具有抑制作用的拮抗菌株,獲得6株抑制作用較強(qiáng)的芽孢桿菌,其菌絲抑制率在65.41%~91.41%之間。葉片離體試驗(yàn)結(jié)果顯示,6個(gè)菌株均能較好地抑制病斑的發(fā)展,其防治效果在50.00%~85.71%之間,均高于化學(xué)藥劑對照40%嘧霉胺可濕性粉劑的防治效果(47.62%),其中以NN05菌株的防治效果最好,達(dá)85.71%。胞外酶活性檢測結(jié)果顯示,6個(gè)拮抗菌株均能產(chǎn)生胞外蛋白酶,均不能產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶;除了NN05菌株外,其他5個(gè)菌株均具有溶磷作用;還有3株菌株(NN01、NN04和NN05)可以產(chǎn)生β-1,3-葡聚糖酶,3株菌株(NN05、NN11和NN29)可以產(chǎn)生纖維素酶。經(jīng)16SrDNA序列和gyrB基因序列分析,將NN01、NN04、NN05菌株鑒定為貝萊斯芽孢桿菌(Bacillusvelezensis),NN11、NN25、NN29菌株鑒定為枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)。本研究結(jié)果可以為桑枝枯菌核病的生物防治提供菌種資源。

      關(guān)鍵詞:桑枝枯菌核病;生物防治;胞外酶活性;貝萊斯芽孢桿菌;枯草芽孢桿菌;拮抗菌

      中圖分類號:S888.71+3文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

      文章編號:1002-1302(2020)22-0106-05

      作者簡介:宋文欣(1995—),女,山東莒縣人,碩士研究生,主要從事植物病理學(xué)研究。E-mail:1093441288@qq.com。

      通信作者:李界秋,碩士,高級實(shí)驗(yàn)師,主要從事植物病害防治研究。E-mail:ljq@geu.edu.cn。

      桑枝枯菌核病是春季桑園中常見的桑樹真菌性病害,該病主要危害春季新萌發(fā)的桑芽及枝梢,在芽基部形成褐色病斑,皮層組織嚴(yán)重腐爛,導(dǎo)致桑枝折斷,造成桑芽、新梢枯萎,嚴(yán)重發(fā)生時(shí)全田倒伏,春梢枯死[1-2],遇上3月天氣異常(特別偏冷或偏暖)年份,桑枝枯菌核病常常大面積暴發(fā),造成桑葉年產(chǎn)量減少,嚴(yán)重影響桑蠶生產(chǎn)[2]。目前,對于桑枝枯菌核病的防治,主要強(qiáng)調(diào)種植抗病品種、清潔田園、及時(shí)清除病殘枝,并加強(qiáng)桑園田間管理以培育健壯植株,必要的時(shí)候要進(jìn)行化學(xué)防治[2-3]。然而,化學(xué)防治會(huì)對環(huán)境造成污染,且易造成家蠶中毒[2]。生物防治對環(huán)境污染小,能發(fā)揮持續(xù)的控制作用,具有安全、成本低的特點(diǎn),是當(dāng)前植物病害綠色防控的主要措施之一。芽孢桿菌(Bacillusspp.)是主要的植物病害生防菌種類[4],針對桑樹病害病原菌的芽孢桿菌類拮抗菌的篩選與鑒定已有一些相關(guān)的報(bào)道。王若琳等從健康桑樹莖中分離獲得內(nèi)生貝萊斯芽孢桿菌(B.velezensis)NPJ13菌株,對桑斷枝爛葉病菌(Boeremiaexigua)具顯著的拮抗作用[5]。方翔等也從桑樹健康植株中分離獲得對肥大性桑葚菌核病菌(Solerotiniasclerotiorum)具有較強(qiáng)抑制作用的貝萊斯芽孢桿菌菌株[6-7]。謝潔等從桑樹中分離到枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)菌株7PJ-16,對桑葚縮小性菌核病菌(S.shiraiana)有明顯的抑制作用[8-9]。除此之外,國內(nèi)外尚未有專門針對桑枝枯菌核病生物防治研究的相關(guān)報(bào)道。蛋白酶、幾丁質(zhì)酶、纖維素酶和β-1,3-葡聚糖酶等由拮抗菌分泌的胞外酶均與生防菌的防病及促生效果直接相關(guān)[4,10]。了解拮抗菌產(chǎn)生胞外酶的種類,可以對其抑菌機(jī)制及應(yīng)用潛力作出初步的評價(jià)。

      前期研究中,蒙朋從桑園土壤、桑根和桑枝上獲得一批對桑樹細(xì)菌性枯萎病病菌有抑制作用的芽孢桿菌菌株[11],為探明這些菌株是否同時(shí)對桑枝枯菌核病病菌具有抑制作用,本研究選擇其中10個(gè)菌株,采用對峙培養(yǎng)法測定其對桑枝枯菌核病病菌菌絲的抑制作用,同時(shí)進(jìn)行離體接種初步評估其防治效果,用透明平板法對其產(chǎn)生胞外酶的種類進(jìn)行初步檢測,以期篩選出桑枝枯菌核病潛在的生防菌株,為桑枝枯菌核病的生物防治提供菌種資源,同時(shí)為研究拮抗菌的抑菌機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

      1材料與方法

      1.1試驗(yàn)材料

      供試病原菌:桑枝枯菌核病病菌(S.sclerotiorum),由亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(廣西大學(xué))分離并鑒定。

      候選拮抗芽孢桿菌菌株來源:10株候選拮抗菌株為筆者所在實(shí)驗(yàn)室前期研究獲得,其中NN04、NN05、NN25從桑根分離得到,NN01、NN09、NN12從桑莖分離得到,NN11、NN29、NN31、NN82從桑園土壤中分離得到[11]。試驗(yàn)用馬鈴薯葡萄糖(PDA)培養(yǎng)基、LB(Luria-Bertani)培養(yǎng)基、牛肉膏蛋白胨(NA)培養(yǎng)基及其培養(yǎng)液均按照常規(guī)方法配制。

      40%嘧霉胺可濕性粉劑和枯草芽孢桿菌可濕性粉劑(1000億個(gè)/g),均由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)所廊坊農(nóng)藥中試廠生產(chǎn)。膠回收試劑盒購自O(shè)MEGA公司,2×ESTaqMasterMix購自康為世紀(jì),引物由北京三博遠(yuǎn)志生物技術(shù)有限責(zé)任公司合成。

      本試驗(yàn)于2015—2019年間在廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院及亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(廣西大學(xué))完成。

      1.2試驗(yàn)方法

      1.2.1桑枝枯菌核病病菌拮抗細(xì)菌的篩選

      參照文獻(xiàn)采用平板對峙培養(yǎng)法[12]進(jìn)行拮抗細(xì)菌的篩選,稍有改動(dòng)。桑枝枯菌核病病菌在PDA平板上28℃條件下培養(yǎng)3~5d,用內(nèi)徑6mm的打孔器在平板上取菌餅,并倒置于牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中央,在距離病原菌菌片約2.0cm處接種拮抗細(xì)菌,劃成長度約1cm的接種帶,每種拮抗菌3次重復(fù),以只接病原菌不接拮抗菌的平皿為對照,重復(fù)2次。在28℃恒溫條件下培養(yǎng),對照平皿上病原菌菌絲長滿整個(gè)培養(yǎng)皿后,測量菌絲帶的寬度及對照的菌落直徑,按如下公式計(jì)算菌絲生長抑制率:菌絲生長抑制率=(1-處理菌落凈生長量/對照菌落凈生長量)×100%;凈生長量=菌落直徑-菌餅直徑。

      1.2.2離體葉片接種病斑抑制效果的測定

      拮抗菌用LB培養(yǎng)基培養(yǎng)3d,離心(10000r/min,離心10min)取上清發(fā)酵液噴霧健康桑葉正面和背面各3次,即整張葉片全部濕潤、晾干、再噴霧,重復(fù)3次,晾干后接種直徑為0.6cm生長一致的桑枝枯菌核病病菌菌絲圓片,每張葉片2個(gè)接種點(diǎn),每個(gè)拮抗菌株處理2張葉片,在28℃條件下保濕,4d后采用十字交叉法型測量病斑直徑。以同樣的方法噴霧40%嘧霉胺可濕性粉劑(稀釋1500倍)和枯草芽孢桿菌可濕性粉劑(1000億個(gè)/g,稀釋1000倍)分別作為化學(xué)防治及生物防治藥劑的對照,以接種病原菌而不噴拮抗菌的健康桑葉為空白對照,并按如下公式計(jì)算防治效果:防治效果=(1-處理病斑直徑/對照病斑直徑)×100%。采用SPSS18.0軟件對菌絲生長抑制率和防治效果等試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

      1.2.3拮抗菌胞外酶活性的測定

      蛋白酶檢測培養(yǎng)基、纖維素酶檢測培養(yǎng)基、β-1,3-葡聚糖酶檢測培養(yǎng)基和幾丁質(zhì)酶檢測培養(yǎng)基參照王芳等的方法[10]進(jìn)行配制及檢測各酶的活性,用來檢測無機(jī)磷溶解能力的改良PVK培養(yǎng)基參照李海云等的方法[13]進(jìn)行配制及測定。

      1.2.4拮抗芽孢桿菌的分子鑒定

      參照文獻(xiàn)[14]中的方法提取拮抗芽孢桿菌菌株的總DNA。以總DNA作為模板,引物fD2/rP1擴(kuò)增16SrDNA序列,引物UP1/UP2擴(kuò)增gyrB基因部分序列[11]。反應(yīng)體系總體積為50μL,其中2×TSINGKEMasterMix25μL、總DNA(10~20ng/μL)2μL、上下游引物各2μL、ddH2O19μL;反應(yīng)程序?yàn)?5℃預(yù)變性30s;94℃變性30s,55℃(16SrDNA)或者57℃(gyrB基因)退火30s,72℃延伸45s,30個(gè)循環(huán);72℃延伸5min。[JP3]上述反應(yīng)獲得的PCR產(chǎn)物經(jīng)過1.0%瓊脂糖凝膠電泳檢測進(jìn)行膠回收純化,克隆至pEASY-T1載體,轉(zhuǎn)化大腸桿菌(Escherichiacoli)DH5α感受態(tài)細(xì)胞,在含50mg/L氨芐青霉素的LA平板上挑取單菌落,進(jìn)行菌落PCR鑒定,提取陽性克隆質(zhì)粒,測序。序列結(jié)果在NCBI數(shù)據(jù)庫進(jìn)行BLASTn(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov)比對,下載相似性較高的標(biāo)準(zhǔn)菌株核苷酸序列,使用MegaX軟件進(jìn)行序列的多重比對,并采用鄰接法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。

      2結(jié)果與分析

      2.1拮抗菌的篩選

      以桑枝枯菌核病病菌作為靶標(biāo),用室內(nèi)平板對峙生長法測定前期研究獲得的10個(gè)芽孢桿菌菌株的抑菌效果,結(jié)果顯示,NN01、NN04、NN05、NN11、NN25和NN29等6個(gè)菌株對桑枝枯菌核病病菌的菌絲生長具有明顯的抑制作用,抑菌率在65.41%~91.41%之間;其他4個(gè)菌株(NN31等)沒有明顯的抑菌作用(圖1)。進(jìn)行第2次重復(fù)篩選,除了NN29菌株外,其他菌株的菌絲抑菌率均高于45.00%。

      2.2拮抗菌的離體防治效果

      葉片離體接種結(jié)果顯示,在桑葉上6個(gè)拮抗菌菌株的發(fā)酵液均能有效抑制病斑的擴(kuò)展。溫度為28℃條件下,接種4d后,對照桑葉的病斑直徑達(dá)到(4.2±0.21)cm,而拮抗菌處理的桑葉病斑直徑均在(2.1±0.50)cm以下,防治效果在50.0%~85.71%之間,其中以NN05菌株的防治效果最好,NN01菌株的次之,其防治效果分別為85.71%、78.57%,再次是菌株NN25、菌株NN04,其防治效果分別為66.67%、64.29%,均顯著高于化學(xué)防治對照40%嘧霉胺可濕性粉劑的防治效果(47.62%);NN11、NN29菌株的防治效果較低,分別為52.38%、50.00%,與40%嘧霉胺可濕性粉劑的防治效果相當(dāng)(表1)。

      2.3拮抗菌株的胞外酶活性

      胞外酶活性檢測結(jié)果(表2)顯示,6個(gè)拮抗菌株在蛋白酶培養(yǎng)基上都可以產(chǎn)生透明酶解圈,在幾丁質(zhì)酶檢測培養(yǎng)基上都不產(chǎn)生透明酶解圈,表明所有拮抗菌株均能產(chǎn)生胞外蛋白酶,均不能產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶;除了NN05菌株外,其他5個(gè)菌株在改良PVK培養(yǎng)基上均能產(chǎn)生透明圈,顯示其具有解磷作用;菌株NN11、NN05、NN29在纖維素酶培養(yǎng)基上可以產(chǎn)生透明圈,表明可以產(chǎn)生纖維素酶;菌株NN01、NN04、NN05在β-1,3-葡聚糖酶培養(yǎng)基上可以產(chǎn)生透明圈,說明可以產(chǎn)生β-1,3-葡聚糖酶。以NN05產(chǎn)生的物質(zhì)種類較多,可以同時(shí)產(chǎn)生蛋白質(zhì)酶、纖維素酶和β-1,3-葡聚糖。

      2.4拮抗芽孢桿菌的分子鑒定

      提取拮抗菌株總DNA作為模板,以引物fD2/rP1進(jìn)行PCR擴(kuò)增得到一個(gè)大小為1500bp左右的特異性條帶,測序結(jié)果顯示,所有菌株的目標(biāo)16SrDNA序列長度為1513bp,不同菌株間16SrDNA序列相似性在99.3%~99.9%之間(登錄號為MT114568,MT114570~MT114574)。BLASTn比對結(jié)果顯示,這些菌株的16SrDNA序列與枯草芽孢桿菌復(fù)合群內(nèi)種類的相似性均超過93.3%,其中NN05、NN01、NN04菌株與貝萊斯芽孢桿菌(B.velezensis)和解淀粉芽孢桿菌(B.amyloliquefaciens)的相似性最高,分別為99.8%、99.7%;NN25、NN29、NN11菌株與枯草芽孢桿菌枯草亞種(B.subtilissubsp.subtilis)的相似性最高,達(dá)99.8%。

      同樣,以6個(gè)菌株的基因組DNA為模板擴(kuò)增gyrB基因部分片段,測序結(jié)果顯示,所有菌株gyrB基因目標(biāo)片段序列的長度均為1259bp,不同菌株gyrB基因序列相似性在80.3%~98.9%之間(登錄號為MT119755,MT119757~MT119761)。BLASTn比對結(jié)果顯示,NN01、NN04、NN05菌株gyrB基因與貝萊斯芽孢桿菌(B.velezensis)的相似性最高,達(dá)到98.2%,與解淀粉芽孢桿菌(B.amyloliquefaciens)的相似性次之,為95.9%;與枯草芽孢桿菌復(fù)合群其他種的相似性則比較低,如與枯草芽孢桿菌枯草亞種的相似僅有79.9%。NN11、NN25、NN29菌株gyrB基因序列則與枯草芽孢桿菌枯草亞種的相似性最高,為98.2%,與枯草芽孢桿菌斯氏亞種(B.subtilissubsp.spizizeni)和枯草芽孢桿菌沙漠亞種(B.subtilissubsp.inaquosorum)的相似性依次為94.1%、93.4%?;趃yrB基因構(gòu)建的系統(tǒng)進(jìn)化樹結(jié)果顯示,菌株NN01、NN04、NN05與貝萊斯芽孢桿菌(B.velezensis)聚集為獨(dú)立的分支,親緣關(guān)系較近;菌株NN25、NN29、NN11則與枯草芽孢桿菌枯草亞種聚集為獨(dú)立的分支(圖2)。依據(jù)16SrDNA序列和gyrB基因序列及系統(tǒng)進(jìn)化樹的分析結(jié)果,將菌株NN01、NN04、NN05鑒定為貝萊斯芽孢桿菌,菌株NN11、NN25、NN29鑒定為枯草芽孢桿菌。

      3討論與結(jié)論

      枯草芽孢桿菌復(fù)合群內(nèi)種間具有較高的遺傳相似性,通過16SrDNA序列比對難以準(zhǔn)確確定其種水平的分類地位[15]。目前已有多種編碼蛋白的基因,如gyrB基因等被用于枯草芽孢桿菌復(fù)合群的分類研究中[5,15]。本研究測定了6株拮抗菌株的16SrDNA序列,比對結(jié)果顯示,所有菌株的16SrDNA序列與枯草芽孢桿菌復(fù)合群內(nèi)的大多種類核苷酸水平的相似性均高于99.3%,結(jié)合gyrB基因的序列分析及系統(tǒng)進(jìn)化樹分析,將它們分別鑒定為貝萊斯芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌。枯草芽孢桿菌具有較高的防病促生功能和較強(qiáng)的抗逆能力,是最早被應(yīng)用于作物病害生物防治的菌種之一[4,10]。貝萊斯芽孢桿菌具有廣譜抑菌活性和促進(jìn)植物生長的作用,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有較好的開發(fā)潛力[16-19]。本研究獲得的枯草芽孢桿菌和貝萊斯芽孢桿菌菌株對桑枝枯菌核病病菌菌絲具有較強(qiáng)的抑制作用,離體接種防治試驗(yàn)結(jié)果顯示其防治效果均高于50.00%,具有較好的生防潛力。今后將進(jìn)一步驗(yàn)證其田間的防治效果,最終為桑枝枯菌核病的生物防治提供優(yōu)良的生防菌株。

      拮抗芽孢桿菌通??梢援a(chǎn)生一些胞外酶,如β-1,3-葡聚糖酶、幾丁質(zhì)酶、蛋白酶和纖維素酶等。邢介帥等從小麥根際土壤中分離得到的生防細(xì)菌T2菌株高產(chǎn)蛋白酶[20]。孫建波等篩選出對香蕉枯萎病有強(qiáng)抑制作用的拮抗菌株具有較高的幾丁質(zhì)酶活性[21]。β-1,3-葡聚糖酶是拮抗菌常見的拮抗蛋白,異源枯草芽孢桿菌Em7菌株的β-1,3-葡聚糖酶基因,其產(chǎn)物可以有效抑制病原菌菌絲的生長[22]。有研究顯示,能產(chǎn)生多種胞外酶的拮抗菌株的生防效果較好[10]。本研究獲得的6個(gè)拮抗菌株多數(shù)均能產(chǎn)生2種或2種以上的胞外酶,其中以NN05菌株產(chǎn)生的種類最多,可以同時(shí)產(chǎn)生蛋白質(zhì)酶、纖維素酶和β-1,3-葡聚糖酶,離體接種結(jié)果也顯示NN05菌株的防治效果最好,離體防效達(dá)85.71%,是最具有應(yīng)用潛力的拮抗菌株。微生物溶磷可轉(zhuǎn)化水體和土壤中難溶性無機(jī)磷,促進(jìn)植物生長,改善土壤磷肥狀況[23],那些同時(shí)具有抑菌能力和解磷能力的菌株除了具有生物防治的效果,還可以促進(jìn)植物生長,具有用于制備新型抑菌生物菌肥的潛力[24]。本研究中獲得5個(gè)具有解磷能力的菌株,在今后復(fù)合生防菌的利用中,可以考慮使用這些具有解磷能力的菌株,以增強(qiáng)其促生作用,提高生防效果。

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