大豆镰刀菌根腐病拮抗菌的筛选及生防效果
亮点文章 | 大豆镰刀菌根腐病拮抗菌的筛选及生防效果
2024-09-02 15:05
发布于：山西省
大豆镰刀菌根腐病拮抗菌的筛选及生防效果
王芳，陪护老人13825404095于璐，齐泽铮，周长军，于吉东
DOI:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2024-0070
大豆（Glycine max L.）是世界上重要的经济油料作物，大豆在生长过程中常遇到病害威胁，严重影响其产量及品质。根腐病是大豆生产上的主要病害之一，由镰刀菌（Fusarium）引起的大豆根腐病频繁被报道。目前为止，已发现有20多种镰刀菌与大豆根腐病相关，其中一些镰刀菌可能在谷物和大豆之间具有交叉致病性。禾谷镰刀菌（F. graminearum）是对谷物、玉米茎秆和穗部最具破坏性的病原菌之一，也是大豆根腐病的病原之一，在腐烂的大豆根部可以经常分离得到。近年来，大豆与玉米、高粱、小麦等禾本科作物的轮作及带状间作等种植方式的普遍实施，F. graminearum已成为大豆生产上的潜在威胁。
种植抗病品种是防治病害最简单且有效的措施，但大豆品种间对镰刀菌根腐病的抗性差异较大，高抗品种较少。种子包衣可以在早期控制病原菌数量或抑制其繁殖，化学杀菌剂效果明显，但大量化学药品使用不仅破坏根际微生物群落的生态平衡，污染环境，还会导致病原物产生耐药性。生物防治制剂主要通过与病原菌竞争、寄生及产生抗真菌化合物防治病害，低毒无污染，因此，开发和利用安全、高效的生物防治产品已成为植物病害绿色防治的重要措施。前期研究得到对 Fusarium spp. 的生防细菌多数属于芽孢杆菌属（Bacillus）、假单胞菌属（Pseudomonas）以及放线菌属（Actinomycetes）。其中，Bacillus spp.抗逆性强、繁殖快、营养需求简单、易于在植物表面定殖，具有强大的代谢能力和遗传多样性，在土壤生态系中发挥重要作用，对人体健康和环境几乎没有不良影响，对土传病害也有较好的控制效果，因此成为一类重要的微生物资源。
近日，《生物技术通报》在线发表了题为《大豆镰刀菌根腐病拮抗菌的筛选及生防效果》 的研究报告。本研究利用平板对峙法从齐齐哈尔市大豆种植区的健康大豆根际土壤筛选拮抗菌，对其生理生化特性、促生以及防病效果进行检测，以期获得大豆镰刀菌根腐病的生防菌种资源，从而为大豆镰刀菌根腐病生防菌的开发利用提供理论基础和生物材料。
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本文主要包括以下几部分内容：
1材料与方法
1.1 材料
1.2 方法
2结果
2.1 拮抗菌的分离、筛选及生理生化特性
2.2 拮抗菌对F. graminearum的抑菌活性
2.3 拮抗菌20-8的分子生物学鉴定
2.4 拮抗菌20-8发酵液对F. graminearum的抑制作用
2.5 拮抗菌20-8室内盆栽防效测定
3讨论
4结论
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镰刀菌属真菌是植物致病性真菌主要类群之一，从苗期至成株期几乎都可以危害寄主引起发病。植物根际微生物种类多样，功能繁多，可增强植物的营养吸收，改善根系结构，保护宿主免受生物和非生物胁迫，在植物抗逆性、抑制病原菌和维持植物健康生长中起着重要作用，是植物防御反应的主要驱动力。利用土著微生物具有的天敌潜力，保护植物免受病原菌的侵害，已成为病害的防治主要策略。芽孢杆菌是一类广泛存在于植物和土壤中的细菌，能够产生内生孢子以抵抗恶劣环境，在世界范围内经常被用作控制植物病害的生物防治细菌。利用芽孢杆菌抑制由镰刀菌引起的根腐病国内外也有陆续报道。
本研究从健康大豆根际土壤中筛选出的5株细菌菌株，平板对峙试验表现出对多种镰刀菌具有较强的拮抗活性。综合分析，菌株20-8对禾谷镰刀菌大豆根腐病病原菌抑制效果最高。根据16S rRNA序列的系统发育分析、生理生化和形态学分析，鉴定菌株20-8为暹芽孢杆菌。用拮抗菌20-8稀释发酵液处理接种病原菌植株，病情指数可降低32.64%，对大豆根腐病的防治效果达46.08%。本研究进一步研究不同浓度的菌株20-8发酵液对禾谷镰刀菌菌落直径、菌丝生长、孢子萌发的抑制作用。结果表明，随着处理时间的延长，或发酵液浓度的提高，抑菌率呈上升趋势。这些现象应与菌株产生拮抗代谢物如蛋白酶、纤维素酶、葡聚糖酶及挥发性化合物等参与对病原真菌的生物控制相关。拮抗菌通过破坏病原菌细胞膜或细胞壁的结构，使得其功能丧失，胞质泄露，最终凋亡。利用扫描电镜观察，拮抗菌20-8处理后的F.graminearum菌丝呈不规则收缩状，表面出现褶皱、凹陷和干瘪等现象。除了具有抗真菌活性外，20-8还表现出促进植物生长的特性，具有溶磷、溶钾、固氮以及产铁载体的能力。植物促生菌通过溶解磷酸盐、固氮、分泌铁载体等方式转变土壤中营养元素的存在形式，提高植物根际养分的可利用性，促进作物生长。并且根际促生菌在根际定殖，根表形成生物被膜需要铁元素，也主要通过分泌铁载体从根际土壤中争夺。根际促生菌在植物根际的定殖情况是影响植株生长的基础。本研究发现在单独施用拮抗菌20-8以及病原菌侵染条件下，菌株的稀释发酵液均可以促进大豆幼苗的生长，表明菌株20-8可以很好地定殖于根际，在植株根部占据有利生态位点，为防控大豆根腐病以及促进幼苗生长提供有利条件。
根际拮抗微生物通过产生一种以上具有不同程度抗菌活性抗生素或水解酶，以及竞争营养和空间来抵御病原物，也可以作为激发子在某些植物中诱导对病原物的系统抗性。本研究后续还需要进一步鉴定其生物活性代谢物并阐明菌株20-8对镰刀菌生物防治和抑制作用的分子机制。
从大豆根际土壤中筛选出5株拮抗细菌对多种镰刀菌具有较好的抑制效果。其中暹罗芽孢杆菌20-8在平板对峙试验和温室盆栽试验均表现出较强的抑菌效果，其发酵液和挥发代谢物均可抑制F. graminearum的菌丝生长，无细胞发酵液抑制孢子萌发。接种拮抗菌20-8稀释发酵液的大豆植株，根腐病病情指数降低32.64%，防效可达46.08%，并且在一定程度上促进植物的生长。拮抗菌20-8可作为潜在的生物防治菌剂和植物促生剂进行开发和利用。
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