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      溫室大棚土壤生物修復(fù)劑的菌種選育及應(yīng)用效果

      2020-07-20 03:26:38田連生
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020年12期
      關(guān)鍵詞:生物修復(fù)溫室大棚木霉

      摘要:采用紫外線誘導(dǎo)和化學(xué)誘變相結(jié)合的方法,對生防木霉T11菌株進(jìn)行選育得到T11-5-2變異菌株。該菌株在多菌靈濃度為100 mg/L的無機(jī)鹽培養(yǎng)基中,于25 ℃,200 r/min條件下振蕩培養(yǎng),用HPLC-MS檢測顯示,處理 2 d 的培養(yǎng)液中檢測出多菌靈和3種代謝產(chǎn)物;處理5 d的培養(yǎng)液經(jīng)檢測未發(fā)現(xiàn)多菌靈和代謝產(chǎn)物;以玉米秸稈為原料,在溫度為 25 ℃ 條件下固體發(fā)酵6 d,制成生物修復(fù)劑。該修復(fù)劑可有效降解5種常用農(nóng)藥,并對黃瓜灰霉病的活體防治效果達(dá)到79.5%,優(yōu)于化學(xué)農(nóng)藥多菌靈。

      關(guān)鍵詞:溫室大棚;木霉;生物修復(fù);代謝物;多菌靈

      由于溫室大棚的不易遷移和常年重茬種植同一種作物,土壤中大量土傳病原菌滋生繁殖,易引發(fā)植物病害。而病害的頻繁發(fā)生,又促使農(nóng)民用藥次數(shù)增加,致使土壤中農(nóng)藥殘留升高,形成惡性循環(huán),導(dǎo)致棚內(nèi)土壤生態(tài)平衡受到嚴(yán)重破壞。筆者對蔬菜大棚內(nèi)土壤采用多點(diǎn)采樣進(jìn)行檢測分析,然后與同一地未建大棚的耕地土壤檢測數(shù)據(jù)比較,發(fā)現(xiàn)棚內(nèi)土壤中的農(nóng)藥殘留量是非大棚耕地的3.6倍,而細(xì)菌、放線菌、霉菌等微生物種群卻減少4~6倍??梢?,化學(xué)農(nóng)藥的大量、重復(fù)使用,使土壤中的農(nóng)藥殘留量大幅增加,不僅使生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品殘留超標(biāo),而且還破壞了土壤的微生態(tài)平衡,導(dǎo)致微生物數(shù)量大幅減少。隨著人們生活水平的提高,對食品安全和環(huán)境安全也提出了更高要求。無藥物殘留、無副作用的綠色農(nóng)副產(chǎn)品越發(fā)受到人們青睞。因此,對溫室大棚內(nèi)的土壤進(jìn)行生物修復(fù)意義重大。目前,國內(nèi)外對多菌靈降解菌的研究多集中于細(xì)菌,且均為液體降解研究[1-9]。

      木霉(Trichoderma sp.)T11菌株,是筆者所在實(shí)驗(yàn)室分離出的高效生防真菌菌株,對灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)、鐮刀菌(Fasarium spp.)等多種土傳病原菌具有良好的抑制作用;通過藥物馴化、紫外線誘導(dǎo)和化學(xué)誘導(dǎo)相結(jié)合的方法,對篩選出的生防木霉T11菌株進(jìn)行改良,得到T11-5-2木霉變異菌株。使其在保持對多種病原菌有良好拮抗性的同時(shí),對速克靈、多菌靈等化學(xué)農(nóng)藥殘留有顯著的降解效果,可使生產(chǎn)的蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品有害殘留量大幅降低,達(dá)到綠色食品標(biāo)準(zhǔn)。農(nóng)藥殘留被降解為二氧化碳和水,對環(huán)境不會(huì)造成二次污染,同時(shí),還可以防治農(nóng)作物灰霉病、枯萎病、霜霉病等常見和多發(fā)病害,使土壤修復(fù)、農(nóng)藥殘留降解和土傳病害的防治有機(jī)結(jié)合,從而大幅提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率、降低成本,有效提高大棚蔬菜的經(jīng)濟(jì)效益,有較高的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

      1 材料與方法

      1.1 試驗(yàn)材料

      試驗(yàn)材料主要有木霉(Trichoderma sp.)T11降解菌株,由筆者所在實(shí)驗(yàn)室在農(nóng)藥廠土壤中分離、選育得到;50%多菌靈可濕性粉劑,由江蘇靖江農(nóng)藥廠提供;馬鈴薯葡萄糖瓊脂(PDA)培養(yǎng)基:200 g馬鈴薯,20 g葡萄糖,15 g瓊脂,1 000 mL水,pH值自然;PDA藥物培養(yǎng)基:把PDA培養(yǎng)基熔化后,加入一定量多菌靈粉劑混合均勻后倒入平板制得;無機(jī)鹽培養(yǎng)基:5.710 g K2HPO4,1.700 g KH2PO4,2.630 g(NH4)2SO4,0.095 g MgSO4·7H2O,0.050 g MnSO4,0.05 g FeSO4,0.003 g CaCl2,1 000 mL 水,pH值為7.0;甲基磺酸乙酯(ethylmethylsulfone,簡稱EMS),由上海艾研生物科技有限公司提供。

      1.2 紫外線多重誘導(dǎo)及藥物馴化處理

      在接種木霉菌株T11于25 ℃恒溫培養(yǎng)5 d的PDA培養(yǎng)基平板上,加入50 mL無菌水,輕輕洗刷綠色分生孢子,制成107個(gè)/mL孢子懸浮液。在含多菌靈 10 mg/L 的PDA藥物培養(yǎng)基上涂抹0.1 mL上述孢子懸浮液。去蓋在20 W、波長為253.7 nm的紫外燈管下30 cm處,避光照射后立即用黑紙包好,放入25 ℃恒溫箱中培養(yǎng)。每次照射時(shí)間為 60 min。每個(gè)處理重復(fù)3次。統(tǒng)計(jì)平板上菌落數(shù)并將其轉(zhuǎn)接到含10 mg/L多菌靈的PDA藥物培養(yǎng)基上。選取生長迅速的變異木霉菌株,待產(chǎn)生大量綠色分生孢子后,再按上述方法配制孢子懸浮液,涂抹在含 20 mg/L 多菌靈PDA藥物培養(yǎng)基上,進(jìn)行第2次紫外線重復(fù)誘導(dǎo)和馴化處理。依此類推,逐步提高多菌靈濃度達(dá)到1 500 mg/L,獲降解性變異菌株T11-5。

      1.3 化學(xué)誘導(dǎo)處理

      在接種木霉菌株T11-5于25 ℃恒溫培養(yǎng)5 d的PDA培養(yǎng)基平板上,刮取少量綠色分生孢子,用無菌生理鹽水和0.1 mol/L磷酸鉀緩沖溶液(pH值為5.0)各洗滌1~2次后,將洗好的T11-5菌株分生孢子懸浮于含有10 g/L甲基磺酸乙酯的磷酸鉀溶液(pH值=5.0)中,25 ℃振蕩處理1~2 h。取 10 mL 處理后的懸液用0.16 mol/L硫代硫酸鈉溶液稀釋10倍終止反應(yīng),離心收集孢子,用無菌生理鹽水洗滌后,加入無菌水,制成107個(gè)/mL孢子懸浮液,取0.1 mL上述孢子懸浮液均勻涂在PDA培養(yǎng)基平板上,于25 ℃恒溫培養(yǎng),從平板上挑取菌落較大的進(jìn)行純化。最后得到能在多菌靈濃度達(dá)到 2 000 mg/L 的PDA平板上良好生長的變異菌株T11-5-2。

      1.4 菌株T11-5-2對多菌靈降解

      在無機(jī)鹽培養(yǎng)基中加入100 mg/L多菌靈,以5%接種量接入木霉T11-5-2種子液,于25 ℃、200 r/min 振蕩培養(yǎng)。2、5 d后分別取樣1次,用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(HPLC-MS)檢測培養(yǎng)液中多菌靈及代謝產(chǎn)物含量[10]。

      1.5 對其他幾種常用農(nóng)藥的降解

      在pH值為6.0的無機(jī)鹽培養(yǎng)基中分別加入100 mg/L多菌靈、速克靈、撲海因、甲基托布津、三唑酮,以5%接種量接入種子液,于25 ℃、200 r/min 條件下振蕩培養(yǎng)5 d,取樣分別測定各自農(nóng)藥的殘留量[11]并計(jì)算降解率。每個(gè)處理重復(fù)3次。

      1.6 制備種子液

      液體培養(yǎng)基:8~10 mL馬鈴薯浸出液,0.2~0.4 g (NH4)2SO4,0.2~0.3 g K2HPO4,1 g CaCO3,補(bǔ)加水至1 000 mL,調(diào)節(jié)pH值至6.0~6.5。取上述培養(yǎng)液100 mL,高壓滅菌20~30 min。冷卻后接入已活化好的木霉菌T11-5-2菌株,于25~26 ℃、200 r/min振蕩培養(yǎng),用分光光度計(jì)測量D600 nm達(dá)到0.30~0.35 停止液體發(fā)酵。發(fā)酵液作為種子液備用。

      1.7 固體發(fā)酵

      固體培養(yǎng)基:10 g玉米秸稈粉(粉碎至30~40目),3 g麩皮,0.8~0.9 g葡萄糖,0.20~0.40 g(NH4)2SO4,0.10~0.20 g KH2PO4,0.08~0.10 g MgS04·7H2O,1 000 mL水,調(diào)節(jié)pH值至6.0~6.5。高壓滅菌30 min,冷卻后接入上述T11-5-2菌株種子液100~130 mL,攪拌均勻,放在25~26 ℃ 恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)6 d,用血球計(jì)數(shù)板測量固體發(fā)酵物的分生孢子量達(dá)到1010 個(gè)/g,即可結(jié)束固體發(fā)酵出料,常溫風(fēng)干或使用真空干燥器控制溫度在45 ℃左右干燥。即可得到復(fù)合生物修復(fù)劑。

      1.8 生物防效試驗(yàn)

      經(jīng)過固體培養(yǎng)基發(fā)酵獲得木霉T11-5-2菌株分生孢子粉,把孢子粉和多菌靈可濕性粉劑用無菌水稀釋800倍,各取一定量藥液與等量灰霉菌孢子懸浮液(孢子濃度為105個(gè)/mL)混合均勻,然后噴施在盆栽黃瓜苗上。每盆種植8株津青1號(hào)黃瓜,每株留3片復(fù)葉,用藥10 mL/株。并噴施等量無菌水作空白對照。于20 ℃恒溫保濕3 d,調(diào)查葉片發(fā)病情況,計(jì)算發(fā)病率和防治效果。每個(gè)處理4盆,重復(fù)3次。

      發(fā)病率=感病株數(shù)/總株數(shù)×100%;? 防治效果=(對照發(fā)病率-用藥發(fā)病率)/對照發(fā)病率×100%。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 菌株T11-5-2對多菌靈的降解試驗(yàn)

      對處理多菌靈2 d的培養(yǎng)液采用HPLC-MS分析,結(jié)果出現(xiàn)4個(gè)峰(圖1),結(jié)合相應(yīng)的質(zhì)譜分析認(rèn)為,代謝產(chǎn)物A為2-氨基苯腈、B為2-氨基苯并咪唑、C為苯并咪唑、D為未降解的殘留多菌靈,保留時(shí)間分別為1.42、1.81、2.42、3.14 min。而在對T11-5-2菌株處理多菌靈5 d的培養(yǎng)液進(jìn)行HPLC-MS分析時(shí),卻未再檢測出代謝產(chǎn)物和多菌靈殘留(圖2)。說明T11-5-2菌株5 d已完全降解100 mg/L的多菌靈,且經(jīng)過10次繼代轉(zhuǎn)接后降解效果仍較穩(wěn)定。

      對多菌靈經(jīng)過5 d處理,通過HPLC-MS分析,已經(jīng)檢測不到多菌靈及其降解物的存在,已經(jīng)被徹底轉(zhuǎn)化為成二氧化碳和水,對環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

      2.2 對其他幾種常用農(nóng)藥的降解

      由圖3可知,降解菌對速克靈、多菌靈的降解率分別高達(dá)98.1%、90.4%,對撲海因、甲基托布津、三唑酮的降解率分別達(dá)到86.5%、40.1%、55.3%。表明該降解菌株對5種不同類型的化學(xué)農(nóng)藥均具較好的降解作用,表明T11-5-2菌株具有較廣泛的降解能力,這在降解菌的研究中還未見報(bào)道過。

      由于農(nóng)作物病害種類繁多,施用1種農(nóng)藥已不能完全達(dá)到防病效果,為保證穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn),往往會(huì)在田間施用多種農(nóng)藥,因此降解菌株能夠?qū)Χ喾N農(nóng)藥具有降解特性是十分必要且應(yīng)用價(jià)值極高的。

      2.3 生物防效試驗(yàn)

      試驗(yàn)前應(yīng)把盆栽黃瓜用水澆透,然后噴施各處理800倍藥液。于20 ℃恒溫保濕處理3 d,調(diào)查感病葉片數(shù)。

      活體拮抗性試驗(yàn)結(jié)果(表1)表明,木霉菌對黃瓜灰霉病的防治效果可達(dá)到79.5%,優(yōu)于化學(xué)農(nóng)藥多菌靈的防治效果(71.7%),且差異明顯。這充分表明木霉T11-5-2菌株除具有良好的降解效果外,還具有優(yōu)良的對土傳病害防治效果。

      3 結(jié)論

      通過藥物馴化、紫外線誘導(dǎo)、化學(xué)誘導(dǎo)相結(jié)合的方法,人工選育出木霉變異菌株T11-5-2,在多菌靈濃度為100 mg/L條件下,于25 ℃、200 r/min振蕩培養(yǎng)5 d,可完全降解多菌靈。以玉米秸稈為主要原料,通過固體發(fā)酵6 d,制備的修復(fù)劑分生孢子數(shù)達(dá)到1.4×1010 CFU/g。木霉菌株T11-5-2對濃度為 100 mg/L 的速克靈、多菌靈、撲海因、三唑酮、甲基托布津在最適條件下處理5 d,降解率分別達(dá)到 98.1%、90.4%、86.5%、55.3%、40.1%。木霉菌對黃瓜灰霉病的防治效果可達(dá)到79.5%,優(yōu)于化學(xué)農(nóng)藥多菌靈的防治效果(71.7%),且差異明顯。

      參考文獻(xiàn):

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