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擬康寧木霉T51菌株發(fā)酵液對(duì)灰葡萄孢的抑菌活性

2021-03-12 23:21:01尤佳琪李國(guó)慶
植物保護(hù) 2021年1期
關(guān)鍵詞:生物防治

尤佳琪 李國(guó)慶

摘要 :擬康寧木霉菌株T51是從土壤中分離得到的一株優(yōu)秀生防菌株,在前期的研究與應(yīng)用中表現(xiàn)出對(duì)番茄灰霉病的良好防效。本文研究了T51菌株的PDB發(fā)酵液對(duì)灰葡萄孢的抑菌活性,結(jié)果表明T51發(fā)酵液在0.5%的低濃度下的抑菌率達(dá)到52.1%,與高濃度(10%)發(fā)酵液的抑菌率(59.7%)沒有顯著差異。當(dāng)發(fā)酵液濃度下降為0.05%時(shí)失去抑菌活性。T51搖培至第5天時(shí)的發(fā)酵液的抑菌活性穩(wěn)定。T51發(fā)酵液中的抑菌物質(zhì)對(duì)高溫不敏感,沸水浴處理10 min后抑菌活性沒有明顯降低。T51發(fā)酵液pH為3.3,呈酸性,當(dāng)調(diào)節(jié)pH至7時(shí),發(fā)酵液抑菌活性從57.89%下降到46.61%。T51發(fā)酵液能夠顯著抑制灰葡萄孢侵染番茄葉片后產(chǎn)生的病斑大小,接種后葉片病斑直徑比對(duì)照減小53.9%。

關(guān)鍵詞 :擬康寧木霉T51; 灰葡萄孢; 生物防治; 抗真菌活性

中圖分類號(hào):

Q 939.92文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A

DOI: 10.16688/j.zwbh.2019560

Antifungal activity of Trichoderma koningiopsis T51

cultural filtrate against Botrytis cinerea

YOU Jiaqi1, LI Guoqing2*

(1. Horticultural Research Institute, Shanghai Academy of Agricultural Sciences, Shanghai 201106, China;

2. State Key Laboratory of Agricultural Microbiology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

Abstract :Trichoderma koningiopsis T51, a promising biological control agent against gray mold caused by Botrytis cinerea, was isolated from soil. The antifungal activity of the cultural filtrates (CF) of isolate T51 in potato dextrose broth (PDB) was determined. The results showed that 0.5% of T51 CF showed high antifungal activity against B.cinerea, with an inhibition percentage of 52.1%, not significantly (P>0.05) different from that in the treatment with 10% CF (59.7%). The T51 CF lost the antifungal activity at the concentration of 0.05%. The antifungal activity of the T51 CF did not continue increase when incubated for more than 5 days. The antifungal metabolites of T51 appeared thermostable, as the CF in the treatment at 100℃ for 10 min still showed antifungal activity. Ambient pH value greatly affected the antifungal activity of the T51 CF: when the pH value of the CF was adjusted from 3.3 to 7.0 with NaOH, the inhibition percentage was decreased from 57.89% to 46.6%. The CF of T51 showed strong inhibition against infection by B.cinerea on tomato leaves, the size of the average leaf lesion was decreased by 53.9% by the T51 CF compared to that in the control.

Key words :Trichoderma koningiopsis T51; Botrytis cinerea; biological control; antifungal activity

灰葡萄孢Botrytis cinerea是一種寄主范圍廣,傳播能力強(qiáng),侵染快,危害重的植物病原真菌,能夠引起1 400多種植物的灰霉病[1]。由于常見栽培作物都缺少對(duì)灰霉病的抗性品種,灰霉病的防治主要依賴于大量重復(fù)施用農(nóng)藥。但是過度使用化學(xué)農(nóng)藥會(huì)造成環(huán)境污染及農(nóng)藥殘留等危害[2],因此,隨著人們環(huán)保意識(shí)提高,迫切地需要新型綠色環(huán)保的防治措施,例如生物菌劑以及生物源農(nóng)藥等。除了生物活菌劑外,多種生防菌產(chǎn)生的次級(jí)代謝物質(zhì)對(duì)灰葡萄孢有抑制作用,例如芽胞桿菌[3]、鏈霉菌[4]、黃柄曲霉[5]、木霉[68]、粉紅黏帚霉[9]等,一些植物提取物也對(duì)灰葡萄孢有顯著抑菌效果[10]。

木霉Trichoderma spp.是一類世界分布的土壤習(xí)居絲狀真菌,因?yàn)閷?duì)多種植物病害有良好的生防潛力而被廣泛研究。木霉的生防機(jī)制主要包括對(duì)病原菌的重寄生和抗生作用、競(jìng)爭(zhēng)以及對(duì)植物的促生和誘導(dǎo)抗性作用。其中抗生作用不僅在木霉活菌的生物防治過程中十分重要,也是生物源殺菌劑的重要來源。木霉能夠產(chǎn)生種類繁多的抗生性次級(jí)代謝產(chǎn)物,目前從木霉中分離到的抗生性代謝產(chǎn)物已超過180種[11],例如膠霉毒素、木霉毒素等,許多抗生性次級(jí)代謝物對(duì)植物病原物具有拮抗作用。其中對(duì)灰葡萄孢有抗菌活性的木霉次級(jí)代謝物種類包括吡喃酮、丁烯酸內(nèi)酯、蒽醌、單端孢菌素、萜類化合物等[12]。木霉產(chǎn)生的次級(jí)代謝物種類和產(chǎn)生量在菌株間差異明顯[1314],目前研究較為廣泛的產(chǎn)抗生物質(zhì)的木霉菌株多數(shù)是綠色木霉T.viride、綠木霉T.virens、哈茨木霉T.harzianum、康寧木霉T.koningii、里氏木霉T.reesei等[13]。

擬康寧木霉Trichoderma koningiopsis T51是本實(shí)驗(yàn)室前期從土壤中分離得到的72個(gè)野生木霉菌株之一,通過多指標(biāo)篩選策略篩選發(fā)現(xiàn),該菌株對(duì)番茄灰霉病有高效防治潛力[1416]。前期試驗(yàn)中,該菌株表現(xiàn)出對(duì)灰葡萄孢的強(qiáng)重寄生能力以及抑制灰葡萄孢產(chǎn)孢的能力,具有良好的應(yīng)用推廣前景。本文將研究其產(chǎn)生的抗生次級(jí)代謝物對(duì)灰葡萄孢的抑菌活性。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試菌株

本研究中擬康寧木霉Trichoderma koningiopsis T51菌株分離自湖北省武漢市油菜田土壤[14],菌株保藏于中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心(CCTCC),編號(hào)為M2015729。灰葡萄孢Botrytis cinerea菌株RoseBC3分離自月季灰霉病病株。所有供試真菌均在20%甘油中保存于-80℃下。試驗(yàn)前先將菌株接種在PDA平板上活化至少2代,使其恢復(fù)旺盛生長(zhǎng)。

1.1.2 培養(yǎng)基

PDA:200 g去皮馬鈴薯切片加適量水煮熟,用4層紗布過濾后,濾液中加入20 g 葡萄糖,15 g瓊脂粉,定容至1 L,滅菌。PDB:200 g去皮馬鈴薯煮熟過濾,濾液中加入20 g 葡萄糖,定容至1 L后滅菌。

1.2 方法

1.2.1 木霉與灰葡萄孢低溫對(duì)峙培養(yǎng)試驗(yàn)

在本研究中,使用低溫對(duì)峙的方法定性檢測(cè)擬康寧木霉菌株T51對(duì)灰葡萄孢菌絲生長(zhǎng)的抑制效果。從擬康寧木霉T51和灰葡萄孢RoseBC3的菌落邊緣打取直徑為5 mm的菌絲塊,分別接種在直徑9 cm 的PDA平板的兩側(cè),兩菌絲塊相距7 cm,以不接種T51的培養(yǎng)皿作為對(duì)照。將培養(yǎng)皿封口后放在4℃下冷藏培養(yǎng)30 d,觀察灰葡萄孢的生長(zhǎng)情況。

1.2.2 擬康寧木霉T51發(fā)酵液的制備

從培養(yǎng)了48 h的T51菌落邊緣打取5 mm菌絲塊3個(gè),接種于裝有100 mL PDB培養(yǎng)液的三角瓶中。接種后的三角瓶置于25℃,150 r/min,24 h光照下?lián)u培。發(fā)酵液過濾方法為:將直徑為11 cm的中性濾紙?jiān)?0℃下烘干后稱重,取雙層濾紙置于連接抽濾裝置的布氏漏斗中,將T51培養(yǎng)液抽濾,收集濾液,檢測(cè)濾液pH值,然后用0.22 μm的無菌微孔濾膜過濾,收集濾液至無菌的樣品瓶中,得到T51的無細(xì)胞發(fā)酵濾液。濾紙上的菌絲同濾紙一起在50℃下烘干2 d,至完全干燥,稱重,計(jì)算菌絲干重,用于評(píng)估單位菌絲生物量的抑菌活性。

1.2.3 擬康寧木霉T51發(fā)酵液對(duì)灰葡萄孢菌絲生長(zhǎng)的抑制活性測(cè)定

將搖培4 d的T51發(fā)酵濾液分別按10%、5%、1%、0.5%、0.1%和0.05%的體積比加入到PDA培養(yǎng)基中,制成平板,以添加等量PDB的PDA平板為對(duì)照。將灰葡萄孢RoseBC3的新鮮菌絲塊(直徑5 mm)接種至不同處理平板上,每個(gè)平板接種1個(gè)菌絲塊。將接種后的平板置于20℃光照條件下培養(yǎng),每24 h測(cè)量灰葡萄孢菌落直徑,至對(duì)照平板長(zhǎng)滿灰葡萄孢菌落,計(jì)算不同處理灰葡萄孢菌絲每日生長(zhǎng)速度。根據(jù)下面公式計(jì)算木霉發(fā)酵液對(duì)灰葡萄孢菌絲生長(zhǎng)速度的抑制率:抑菌率=(RCK-RT51)/RCK×100%(RCK為對(duì)照平板上灰葡萄孢菌絲生長(zhǎng)速度,RT51為添加了T51發(fā)酵液的平板上灰葡萄孢菌絲生長(zhǎng)速度)。

1.2.4 發(fā)酵液抑菌活性物質(zhì)熱穩(wěn)定性測(cè)定

為了檢測(cè)抗菌物質(zhì)熱穩(wěn)定性,取T51搖培4 d的發(fā)酵濾液于玻璃試管中,在沸水浴中處理10 min,自然冷卻,然后按1%和5%的比例添加到PDA平板中,接種RoseBC3,測(cè)定抑菌率。

1.2.5 發(fā)酵液抑菌活性對(duì)pH敏感度測(cè)定

用1 mol/L NaOH溶液將搖培4 d的發(fā)酵液的pH調(diào)節(jié)至中性,再按5%的比例添加到PDA平板中,在平板上接種灰葡萄孢菌絲塊,在20℃下培養(yǎng),測(cè)定抑菌率。上述所有試驗(yàn)處理均設(shè)3次重復(fù),整個(gè)試驗(yàn)共進(jìn)行3次。

1.2.6 離體葉片上T51發(fā)酵液對(duì)灰葡萄孢侵染的抑制作用

將100 mL T51發(fā)酵液低溫凍干至恒重,然后加入10 mL無菌水重新溶解,用濾紙過濾。摘取健康且大小一致的新鮮番茄葉片(品種為‘番茄大王合作903,約60 d苗齡),洗凈晾干。用無菌棉簽蘸取上述T51發(fā)酵液在葉片上均勻涂布,以涂無菌水的葉片作為對(duì)照,處理和對(duì)照各涂6個(gè)葉片,將葉片放在超凈工作臺(tái)中吹干表面水分。從新鮮的灰葡萄孢RoseBC3菌落邊緣打取直徑5 mm的菌絲塊,接種于葉片中央,菌絲面接觸葉片。將接種后的番茄葉片在20℃下保濕培養(yǎng)3 d,測(cè)量灰霉病病斑直徑。

2 結(jié)果與分析

2.1 擬康寧木霉T51對(duì)灰葡萄孢菌絲生長(zhǎng)的抑制效果

低溫(4℃)對(duì)峙培養(yǎng)中,T51菌絲生長(zhǎng)極慢,培養(yǎng)30 d時(shí),菌落半徑僅為1.1 cm。灰葡萄孢菌株RoseBC3在低溫下生長(zhǎng)也較慢,30 d時(shí),對(duì)照灰葡萄孢菌落半徑為8.3 cm(圖1)。然而在T51與RoseBC3對(duì)峙培養(yǎng)中,RoseBC3菌絲生長(zhǎng)受到明顯抑制,菌落半徑僅為4.7 cm,且在兩菌落中間出現(xiàn)明顯透明區(qū)域,寬度為1.2 cm(圖1)。

T51的PDB發(fā)酵液對(duì)灰葡萄孢菌絲生長(zhǎng)也有明顯的抑制效果(圖2),在對(duì)照PDA中培養(yǎng)3 d,灰葡萄孢菌落直徑為(8.8±0.2)cm,將T51搖培4 d后,取搖培濾液按5%的比例(V/V)添加到PDA中,灰葡萄孢菌絲生長(zhǎng)受到明顯抑制,菌落直徑僅為(3.5±0.1)cm(圖2)。

2.2 不同濃度擬康寧木霉T51發(fā)酵液的抑菌活性

研究結(jié)果表明,10%、5%、1%以及0.5%的T51發(fā)酵液對(duì)灰葡萄孢菌絲生長(zhǎng)的抑制率分別為 59.7%、57.9%、51.0%、52.1%,根據(jù)多重比較分析,發(fā)酵液濃度從10% 下降到0.5%時(shí),抑菌活性沒有顯著差異(P>0.05),這表明T51產(chǎn)生的抗真菌物質(zhì)活性較高,并且抑菌效果穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)酵液濃度降低到0.1%時(shí),抑菌效果顯著下降至41.3%,并且處理間誤差較大,表明該濃度下,抑菌效果不穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)酵液濃度降至0.05%時(shí),抑菌活性完全消失,對(duì)灰葡萄孢生長(zhǎng)反而出現(xiàn)了9.1%的促進(jìn)作用(圖3)。

2.3 擬康寧木霉T51發(fā)酵液抑菌活性的時(shí)間動(dòng)態(tài)

隨著培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng),T51菌絲生物量逐漸上升,尤其是第5天到第9天,每瓶菌絲干重從450 mg增加到757 mg(圖4)。發(fā)酵液的pH在第3天到第5天略有下降,在第5天到第9天一直維持在3.2~3.4之間,發(fā)酵液保持穩(wěn)定酸性。

從第3天到第5天T51發(fā)酵液的抑菌活性明顯上升(圖4),從第5天到第9天,發(fā)酵液的抑菌活性基本穩(wěn)定。其中,在搖培第5天、第7天和第9天,1%發(fā)酵液的抑菌率分別為58.7%、57.5%、60.25%,5%發(fā)酵液的抑菌率分別為65.7%、64.5%、68.4%(圖4)。這表明盡管在培養(yǎng)5 d以后,菌絲生物量還在繼續(xù)增加,抑菌物質(zhì)的活性已經(jīng)到達(dá)穩(wěn)定值。

2.4 擬康寧木霉T51發(fā)酵液中抗真菌物質(zhì)的熱穩(wěn)定性

T51發(fā)酵液的抗真菌活性有一定的耐高溫性,熱處理(沸水?。?0 min后,發(fā)酵液對(duì)灰葡萄孢菌絲生長(zhǎng)的抑制率與未處理發(fā)酵液沒有顯著差異(P>0.05)(圖5),其中1%和5%的發(fā)酵原液抑菌活性為50.94%和57.96%,熱處理后的1%和5%發(fā)酵液抑菌活性分別為48.46%和58.21%。

2.5 pH對(duì)擬康寧木霉T51發(fā)酵液抗真菌活性的影響

PDB培養(yǎng)基自然pH為6~7,經(jīng)過T51發(fā)酵后,發(fā)酵液pH下降至3.3,呈酸性。發(fā)酵液用NaOH調(diào)節(jié)pH至7.0 后,5%的中性發(fā)酵液與同等濃度的酸性發(fā)酵液相比抑菌率從57.9%下降到46.6%,顯著降低(P <0.05),但并沒有完全喪失活性(圖6)。這表明酸性環(huán)境有助于木霉T51發(fā)揮抗真菌活性。

2.6 離體葉片上T51發(fā)酵液抑制灰霉病的效果

將番茄葉片上先涂布T51發(fā)酵液后,再接種灰葡萄孢菌絲塊,葉片上的病斑顯著小于清水對(duì)照,清水對(duì)照的病斑直徑為2.78 cm,而用T51發(fā)酵液處理后,病斑直徑僅為1.28 cm,比對(duì)照減少了53.9%,這表明T51發(fā)酵液有潛力降低番茄葉片上灰霉病的嚴(yán)重度。

3 結(jié)論與討論

產(chǎn)生各類抗生次級(jí)代謝物質(zhì)是木霉的一種重要的生防機(jī)制,抗生物質(zhì)能夠分泌到胞外,對(duì)病原菌生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制,不僅是木霉對(duì)病原菌重寄生過程中的重要輔助機(jī)制,還能在生防菌和病原菌未發(fā)生物理接觸時(shí)使木霉依然能夠達(dá)到生防的效果。一些次級(jí)代謝物還充當(dāng)生防菌在誘導(dǎo)植物抗性過程中的信號(hào)分子[17]。從木霉中分離提取的抗真菌物質(zhì)也可以直接作為生物農(nóng)藥施用。擬康寧木霉T51是本實(shí)驗(yàn)室前期篩選獲得的一株高效生防菌株,在20℃常溫下對(duì)峙培養(yǎng)時(shí)對(duì)灰葡萄孢有非常強(qiáng)的重寄生能力,而本研究發(fā)現(xiàn),在4℃低溫下對(duì)峙培養(yǎng)時(shí)T51生長(zhǎng)緩慢,難以發(fā)揮重寄生灰葡萄孢的效果,但是在兩菌的菌落之間形成了寬達(dá)1.2 cm的抑菌帶,這表明T51可以產(chǎn)生胞外分泌的抗真菌物質(zhì),抑制灰葡萄孢的生長(zhǎng)。番茄葉片接種試驗(yàn)也驗(yàn)證了這一結(jié)果, T51無菌發(fā)酵液能夠有效抑制灰葡萄孢在番茄葉片上擴(kuò)展,這表明T51的發(fā)酵液具有良好的灰霉病防治應(yīng)用潛力。

木霉能夠產(chǎn)生種類豐富的次級(jí)代謝產(chǎn)物,主要包括聚酮類(polyketides)、氨基酸及其衍生物(amino acid and derivatives)、類固醇類(steroids)、萜烯類(terpenes)等,其中許多揮發(fā)性和非揮發(fā)性物質(zhì)有抗真菌活性[18]。本研究發(fā)現(xiàn),擬康寧木霉T51發(fā)酵液在低濃度下依然保持對(duì)灰葡萄孢很強(qiáng)的抑制效果,0.5%發(fā)酵液對(duì)灰葡萄孢生長(zhǎng)可以達(dá)到50%以上的抑制率,與高濃度(10%)抑制率無顯著差異。擬康寧木霉T51發(fā)酵液在濃度為0.1%時(shí)盡管依然有抗真菌活性,但結(jié)果顯示數(shù)據(jù)誤差較大,表明在此濃度下,抗真菌物質(zhì)對(duì)灰葡萄孢菌絲的抑制活性穩(wěn)定性下降,因此生產(chǎn)應(yīng)用的臨界濃度閾值應(yīng)該在發(fā)酵液濃度0.1%~0.5%之間。濃度0.05%的發(fā)酵液失去了抗真菌活性,反而對(duì)灰葡萄孢菌絲生長(zhǎng)表現(xiàn)出一定促進(jìn)作用。

本文檢測(cè)了搖培時(shí)間對(duì)發(fā)酵液抑菌率的影響,發(fā)現(xiàn)T51搖培到第5~9天時(shí),菌絲干重依然在增加,但發(fā)酵液的抑菌活性不再增強(qiáng),這表明在未來的發(fā)酵生產(chǎn)應(yīng)用中,發(fā)酵5 d是最佳時(shí)間,能夠節(jié)省時(shí)間和成本,提高生產(chǎn)效率。

研究結(jié)果表明,T51產(chǎn)生的對(duì)灰葡萄孢有抑菌效果的物質(zhì)對(duì)熱不敏感,這表明該物質(zhì)成分可能不是蛋白質(zhì)或者活性不穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)。在本試驗(yàn)中,長(zhǎng)期冷藏保存(超過2個(gè)月)的T51發(fā)酵液的抑菌活性沒有下降,這表明該物質(zhì)狀態(tài)穩(wěn)定,不易分解,具有良好的商品開發(fā)價(jià)值。T51的發(fā)酵液從酸性調(diào)節(jié)到中性后,對(duì)灰葡萄孢的抑菌效果略有下降,但并沒有完全喪失,這表明酸性條件能夠幫助其發(fā)揮抑菌作用,也意味著其發(fā)酵液中可能存在多種抗生活性物質(zhì)。擬康寧木霉T51不僅活菌劑在田間有良好的生物防治效果,其無細(xì)胞發(fā)酵液也對(duì)灰葡萄孢有較強(qiáng)的抑制效果,是一株高效的生物防治木霉菌,應(yīng)進(jìn)一步對(duì)T51發(fā)酵液的抑菌成分進(jìn)行提取分析,優(yōu)化T51發(fā)酵方式,并對(duì)其抑菌機(jī)制進(jìn)行深入研究,本研究的結(jié)果對(duì)T51抗真菌物質(zhì)在發(fā)酵生產(chǎn)上應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

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(責(zé)任編輯:田 喆)

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