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烟草黑胫病是由烟草疫霉菌(Phytophthora parasiticavar.nicotianae)引起的根茎病害,是制约我国烟草优质安全生产的重要因素,其防治措施包括抗病品种、化学防治和生物防治等。但抗病品种培育难,地域性强;化学农药长期使用易造成农药残留、环境污染和产生抗药性等问题;随着绿色防控理念的提出,环境友好的高效生防菌成为防治烟草黑胫病的主力军。因此,本研究希望通过生物防治方法防治烟草黑胫病,并了解菌株的生防特性。为了解决生防菌定殖能力差,防效不稳定的问题,笔者通过平板抑菌试验、菌株相容性测定和温室盆栽试验从实验室保存的6株(GY1、GY5、GY8、GY9、GY10、GY12)对烟草疫霉菌有一定抑制作用的生防细菌中筛选活性更高的复配菌株;通过分子生物学方法明确生防菌分类地位;采用单因素试验和正交试验筛选各菌株的生长培养基;采用平板试验法、对扣熏蒸法、盆栽试验等对GY1、GY10、GY12的促生作用、抑菌谱、次生代谢产物、挥发性物质、根际定殖能力等进行了研究。取得如下结果:
1.通过抑菌试验、相容性测定和盆栽试验发现,GY1、GY10、GY12抑菌率高,相容性好,复配生防菌GY1-10-12(GY1、GY10、GY12单独发酵后等比例混合)灌根对烟草黑胫病的防治效果最好,复配后对烟草疫霉菌的平板抑菌率为86.9%,盆栽防效为74.53%,与3菌株单独处理相比分别提高了15.34%、27.42%和44.94%。结果表明菌株GY1、GY10、GY12复配可以提高防治效果。
2.对菌株16S rRNA基因和gyrA基因进行测序,通过邻接法构建系统进化树,结果显示,GY1、GY10、GY12分别为贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。
3.采用单因素试验和正交试验优化了菌株GY1、GY10、GY12的生长培养基,分别为GY1:玉米粉10g/L、酵母粉10g/L、NaCl5g/L;GY10、GY12:玉米粉10g/L、蛋白胨10g/L、CaCO35g/L。发酵24h后生物量相较于NB培养基分别提高了42.63%,51.90%和9.05%。
4.分别采用菌悬液浸种后点种和菌液灌根的方法测定菌株的促生作用,结果表明适宜浓度的GY1、GY10、GY12菌悬液浸种可以促进烟草种子萌发,分别在浓度为8×107cfu/mL、6×107cfu/mL、6×107cfu/mL时效果最好;3菌株单独发酵后混合灌根能促进烟株的生长,与对照相比,烟株的株高、茎围、干重、湿重及根冠比分别增加了14.01%,22.75%,77.19%,83.14%和14.29%。结果说明GY1、GY10、GY12浸种可以提高烟草种子萌发率,菌株复配可以促进烟株生长。
5.利用生化分析方法,了解GY1、GY10、GY12的防病促生机制。发现3菌株不仅具有促生作用,而且抑菌谱广,对马铃薯枯萎病菌(Fusarium solani)等8种真菌病害均具有抑制作用;无菌发酵液对烟草赤星病菌(Alternaria alternata)具有抑制作用;挥发性物质对烟草疫霉菌及烟草赤星病菌具有抑制作用;都能产生嗜铁素、蛋白酶、淀粉酶等物质;蛋白酶类抑菌物质可以抑制烟草赤星病菌的生长,抑菌活性在高温、酸性、碱性环境下降低,但对不良环境仍具有一定耐受性。
6.采用天然抗生素标记法测定菌株GY1、GY10、GY12的根际土壤定殖能力,结果表明抗性标记并未对其生长和抑菌能力产生影响,3菌株均能在烟草根际土壤定殖,复配菌GY1-10-12中各生防细菌在烟草根际的定殖量增加。因此,合理推测3菌株可能通过上述特性发挥防病促生作用。
1.通过抑菌试验、相容性测定和盆栽试验发现,GY1、GY10、GY12抑菌率高,相容性好,复配生防菌GY1-10-12(GY1、GY10、GY12单独发酵后等比例混合)灌根对烟草黑胫病的防治效果最好,复配后对烟草疫霉菌的平板抑菌率为86.9%,盆栽防效为74.53%,与3菌株单独处理相比分别提高了15.34%、27.42%和44.94%。结果表明菌株GY1、GY10、GY12复配可以提高防治效果。
2.对菌株16S rRNA基因和gyrA基因进行测序,通过邻接法构建系统进化树,结果显示,GY1、GY10、GY12分别为贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。
3.采用单因素试验和正交试验优化了菌株GY1、GY10、GY12的生长培养基,分别为GY1:玉米粉10g/L、酵母粉10g/L、NaCl5g/L;GY10、GY12:玉米粉10g/L、蛋白胨10g/L、CaCO35g/L。发酵24h后生物量相较于NB培养基分别提高了42.63%,51.90%和9.05%。
4.分别采用菌悬液浸种后点种和菌液灌根的方法测定菌株的促生作用,结果表明适宜浓度的GY1、GY10、GY12菌悬液浸种可以促进烟草种子萌发,分别在浓度为8×107cfu/mL、6×107cfu/mL、6×107cfu/mL时效果最好;3菌株单独发酵后混合灌根能促进烟株的生长,与对照相比,烟株的株高、茎围、干重、湿重及根冠比分别增加了14.01%,22.75%,77.19%,83.14%和14.29%。结果说明GY1、GY10、GY12浸种可以提高烟草种子萌发率,菌株复配可以促进烟株生长。
5.利用生化分析方法,了解GY1、GY10、GY12的防病促生机制。发现3菌株不仅具有促生作用,而且抑菌谱广,对马铃薯枯萎病菌(Fusarium solani)等8种真菌病害均具有抑制作用;无菌发酵液对烟草赤星病菌(Alternaria alternata)具有抑制作用;挥发性物质对烟草疫霉菌及烟草赤星病菌具有抑制作用;都能产生嗜铁素、蛋白酶、淀粉酶等物质;蛋白酶类抑菌物质可以抑制烟草赤星病菌的生长,抑菌活性在高温、酸性、碱性环境下降低,但对不良环境仍具有一定耐受性。
6.采用天然抗生素标记法测定菌株GY1、GY10、GY12的根际土壤定殖能力,结果表明抗性标记并未对其生长和抑菌能力产生影响,3菌株均能在烟草根际土壤定殖,复配菌GY1-10-12中各生防细菌在烟草根际的定殖量增加。因此,合理推测3菌株可能通过上述特性发挥防病促生作用。