CN109112087A - 一株土地类芽孢杆菌yc16-08及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微生物技术领域,具体公开了一株土地类芽孢杆菌YC16‑08及其应用。所述土地类芽孢杆菌YC16‑08的保藏编号为CGMCC No.16181,经试验研究发现,其对辣椒疫霉菌、灰葡萄孢菌、尖孢炭疽菌、立枯丝核菌、尖孢镰刀菌、茄病镰刀菌和轮枝镰刀菌均具有拮抗作用。且所述土地类芽孢杆菌YC16‑08能够产生嗜铁素、淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、IAA和NH3,并具有固氮能力和溶磷能力。

Description

一株土地类芽孢杆菌YC16-08及其应用
技术领域
本发明属于微生物技术领域,具体地说,涉及一株土地类芽孢杆菌YC16-08及其应用。
背景技术
为了养活不断增长的人口,对农作物的需求正在增加,而且可能会持续几十年。然而,由于环境恶化、生物多样性破坏和土壤肥力损失等因素,农业生产大大减少,导致人类的粮食供应不足。同时,化肥和农药应用的影响和限制引起了公众对食品供应的可持续性和安全性的关注。这些因素为识别化学农药的替代品,如生物农药,提供了动力。微生物农药、微生态制剂或者微生物接种体是施用在土壤、种子或根茎上的活的微生物,可以定殖在根际和/或植物组织中,促进植物生长和健康,并改善在压力条件下的生存状况。
根际土壤,其物理、化学和生物特性受根系生长和活动的影响,由于其在作物生产力、土壤健康和可持续农业方面的重要性,多年来一直是农业研究的重点。在植物发育的不同阶段与根际土壤相关的细菌为根际细菌。大约2%-5%的根际细菌能够对植物生长产生积极的影响,通常称为植物促生根际细菌(Plant Growth-Promoting Rhizobacteria,PGPRs)。在农业中,PGPRs的潜在作用是作为微生物农药、生物肥料为减少使用化学农药、化肥和其他人工添加剂提供了一种对经济和环境有益的方法。
PGPRs可以通过各种机制促进植物生长,增加产量,减少病原体感染,如非共生固氮,营养素溶解,铁元素的产生,1-氨基苯环-1-羧酸盐脱氨酶的生产,植物激素的产生,系统抗性的诱导,抗生素的产生,群体感应信号干扰和生物膜形成等。它们的有益作用已经在重要的农作物中得到证实。
有趣的是,促进一种农作物生长的PGPRs并不一定对其他农作物有类似的影响。一些细菌对几种农作物产生了普遍的促进生长的作用,而其他的细菌则表现出强烈的寄主农作物选择性,并对单个农作物或有限的农作物进行了定殖。这些PGPRs和植物关系可能涉及特定的相互作用和识别过程。此外,不同的农作物根际土壤和生态环境中,微生物的种类和数量是不同的。对农作物根际土壤有益微生物进行不断的研究对于更好地获得具有开发潜能的生防细菌以及它们是否有可能在农业环境中作为微生物农药、微生物肥料或微生物控制剂是很重要的。
发明内容
本发明的目的是提供一株土地类芽孢杆菌YC16-08及其应用。
本发明首先提供了一株土地类芽孢杆菌YC16-08,所述土地类芽孢杆菌YC16-08对辣椒疫霉菌、灰葡萄孢菌、尖孢炭疽菌、立枯丝核菌、尖孢镰刀菌、茄病镰刀菌和轮枝镰刀菌均具有拮抗作用。
不仅如此,本发明所述的土地类芽孢杆菌YC16-08能够产生嗜铁素、淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、IAA和NH3,并进一步具有固氮能力和溶磷能力。
经鉴定,本发明所述的土地类芽孢杆菌YC16-08为土地类芽孢杆菌(Paenibacillus terrae),已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC,地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所,邮政编码:100101),保藏日期为2018年07月30日,保藏编号为CGMCC No.16181。
所述土地类芽孢杆菌YC16-08的16S rRNA如SEQ ID NO.1所示。
进一步地,本发明基于所述土地类芽孢杆菌YC16-08的特性,提供了一种生防制剂,所述生防制剂含有所述土地类芽孢杆菌YC16-08,或由所述土地类芽孢杆菌YC16-08制备得到。
所述制备方法可采用本领域常规的微生物制剂的制备方法,本发明不另做限定。
更进一步地,本发明提供了所述土地类芽孢杆菌YC16-08或所述生防制剂在防治疫病方面的应用,所述疫病由辣椒疫霉菌、灰葡萄孢菌、尖孢炭疽菌、立枯丝核菌、尖孢镰刀菌、茄病镰刀菌和轮枝镰刀菌中的一种或多种所引起。包括但不限于辣椒疫病、番茄灰霉病、枸杞炭疽病、辣椒根腐病等。
更为具体地,在本发明的一个具体实施方式中,本发明提供了所述土地类芽孢杆菌YC16-08在防治辣椒疫病方面的应用,并分别在苗盘试验、盆栽试验和田间试验中均取得了良好的防效。在此基础上,依据本领域一般常识,含有所述土地类芽孢杆菌YC16-08,或由所述土地类芽孢杆菌YC16-08制备得到生防制剂也可发挥相同的防治效果。且不排除在所述生防制剂中添加其他活性成分或有效成分,以提高所述防治效果。
所述防治手段具体可选为,将所述土地类芽孢杆菌YC16-08的菌悬液或所述生防制剂施加至辣椒根部。
本发明的有益效果在于:
本发明提供了一株土地类芽孢杆菌YC16-08,所述土地类芽孢杆菌YC16-08对辣椒疫霉菌、灰葡萄孢菌、尖孢炭疽菌、立枯丝核菌、尖孢镰刀菌、茄病镰刀菌和轮枝镰刀菌均具有拮抗作用。经试验研究发现,所述土地类芽孢杆菌YC16-08能够产生嗜铁素、淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、IAA和NH3,并进一步具有固氮能力和溶磷能力。
附图说明
图1为细菌分离物的获得方法示意图。
图2为本发明所提供的菌株YC16-08对多种植物病原菌的拮抗能力。
其中:A:Phytophthora capsici;B:Rhizoctonia solani;C:Colletotrichumacutatum;D:Fusarium verticillioides;E:Fusarium solani;F:Fusarium oxysporum。
图3为温室苗盘和盆栽的辣椒疫病的防治效果。
其中:苗盘防治辣椒疫病:A,氟啶胺;B,清水对照;C,刺客;D菌株YC16-08;
盆栽防治辣椒疫病:E,清水对照;F,刺客;G,菌株YC16-08;H,氟啶胺。
图4为本发明所提供的生防细菌菌株YC16-08对温室盆栽的促生效果。
其中:A,清水对照;B,菌株YC16-08。
图5为基于16S rRNA基因序列分析菌株YC16-08的系统发育关系进化树。
图6为本发明所提供的菌株YC16-08对防病促生产生作用的相关物质。
其中:A:溶磷作用;B:嗜铁素的产生;C:蛋白酶的产生;D:淀粉酶的产生;E:纤维素酶的产生;F:果胶酶的产生;G:NH3的产生;H:IAA的产生。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的,并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下,可以对本发明进行各种修改和替换。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例1
1、材料和方法
1.1细菌的分离和保存
本实施例采集根际土壤样品用于细菌的分离,所述根际土壤样品采集于甘肃省永昌县北地村辣椒生长季节的设施大棚。采样地块随机选取25个点,取健康辣椒植株根系用手轻轻震荡,直到根系的土壤不脱落为止,收集根系上未脱落的土壤,混合后用密封袋带回,用0.2cm网眼的筛子除去辣椒残体,室温风干。称取10g土壤样品放入盛有90mL灭菌水的三角瓶中,震荡10min,制成10-1浓度的土壤悬浮液,静置待土粒沉淀,然后吸取1mL上清液移入盛有9mL灭菌水的试管中,制成10-2浓度的土壤悬浮液,依此类推,制成最终浓度是10-6的土壤悬浮液。选择10-4,10-5和10-6三个浓度的悬浮液各吸取100μL,加到LB培养基平板上,用涂布棒涂布均匀,做3个重复。将培养皿在28℃恒温培养3d,选择不同形态的菌落转移到新的LB培养基平板上,进行纯化培养2次后,4℃保存备用。
1.2生防细菌拮抗多种病原真菌能力测定
利用平皿对峙培养法筛选和测定生防细菌对多种病原真菌的拮抗能力。用打孔器(6.5mm)切取25℃恒温培养7天的辣椒疫霉菌(Phytophthora capsici)、灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)、尖孢炭疽菌(Colletorichum acutatum)、立枯丝核菌(Rhizoctoniasolani)、尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、茄病镰刀菌(F.solani)、轮枝镰刀菌(F.verticillioides)菌落边缘菌饼,接种在培养基距离培养皿边缘2cm的一点,同时在平行另一侧距离培养皿边缘2cm的一点接种土壤分离菌株,25℃恒温培养7天后,测定抑菌圈的大小。每个处理重复3次。
1.3生防细菌对辣椒疫病的苗盘防治效果测定
基于上述试验中生防细菌的性能,选择具有拮抗所有病原菌的细菌菌株YC16-08用于苗盘试验。为了测试细菌菌株YC16-08对辣椒幼苗疫病抑制的效果,培养配制浓度为108CFU/mL的菌悬液备用。辣椒品种特大牛角种子在0.1%次氯酸钠中表面消毒20min,然后用无菌水清洗四次。种子播种在装满了园艺土壤的50孔苗盘里,每孔一粒种子。幼苗生长在无病虫的温度控制在20-30℃的温室里,8周后,在接种前3d和4h,分别将20mL细菌YC16-08菌悬液浇入植株根部的湿园艺土壤,防止多余的液体从苗盘底部流出。并利用清水、刺客(多粘类芽孢杆菌、活孢子≥5×109CFU/mL、武汉科诺生物科技股份有限公司、中国武汉)和氟啶胺(a.i.50%,SC,江阴苏利化学股份有限公司,中国江阴)分别作为空白对照和阳性对照采用上述相同的处理方法处理植株。每个处理重复3次,共30株。用移液管取10mL辣椒疫霉菌(P.capsici)接种物(1×105孢子囊/mL)浇入到每个植株根部的湿园艺土壤中。接种后的植物被放置在生长室中,以保持湿度超过90%,温度控制在20-30℃。在接种后的第7d调查病情级数,计算病情指数。
1.4生防细菌对辣椒疫病的盆栽防治效果测定
如上所述处理辣椒种子。种子播种在装满了园艺土壤的105孔苗盘里,每孔一粒种子。幼苗生长在无病虫的温度控制在20-30℃的温室里,4周后,幼苗被移栽到装满了园艺土壤的塑料盆中(直径10cm),继续在无病虫的温度控制在20-30℃的温室里生长4周。在接种前3d和4h,分别将50mL细菌YC16-08菌悬液浇入植株根部的湿园艺土壤,防止多余的液体从塑料盆底部流出。并利用清水和氟啶胺分别作为空白对照和阳性对照采用上述相同的处理方法处理植株。每个处理重复3次,共30株。用移液管取10mL辣椒疫霉菌(P.capsici)接种物(1×105孢子囊/mL)浇入到每个植株根部的湿园艺土壤中。接种后的植物被放置在生长室中,以保持湿度超过90%,温度控制在20-30℃。在接种后的第14d调查病情级数,计算病情指数。
1.5生防细菌促进辣椒植株生长的盆栽试验
如上所述准备生防细菌YC16-08菌悬液和处理辣椒种子。种子播种在装满了园艺土壤的105孔苗盘里,每孔一粒种子。幼苗生长在无病虫的温度控制在20-30℃的温室里,4周后,幼苗被移栽到装满了园艺土壤的塑料盆中(直径10厘米)。每7d,将50mL细菌YC16-08菌悬液浇入植株根部的湿园艺土壤,防止多余的液体从塑料盆底部流出(每7d施用一次),共3次。并利用清水作为空白对照采用上述相同的处理方法处理植株。每个处理重复3次,共30株。在最后一次处理后第14d调查辣椒植株的株高、根长、地上部分鲜重和根鲜重。
1.6利用16S rRNA基因序列分析鉴定YC16-08
用Fast TIANamp Bacteria DNA Kit(天根,北京)提取生防细菌YC16-08的全基因组DNA,以细菌16S rRNA基因的通用引物27F(5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′)和1492R(5′-GGTTACCTTGTTACGACTT-3′)对菌株的16S rRNA基因进行PCR扩增。25μL反应混合物在PCR热循环仪上进行扩增。PCR产物提纯并送到生工生物工程(上海)股份有限公司(上海,中国)进行测序。测序结果在NCBI数据库中进行比对,从NCBI基因库数据库中下载相关物种的16SrRNA基因序列,利用MEGA 6.0进行了系统发育研究。菌株YC16-08的16S rRNA基因序列提交NCBI数据库。
1.7离体防病促生相关物质检测
1.7.1嗜铁素的产生
挑取菌株点接至CAS培养基上,置30℃培养箱培养7d,观察有无黄橙色圈出现,如有则说明菌株具有产生嗜铁素的能力。
1.7.2淀粉酶的产生
挑取菌株点接至包含1%可溶性淀粉的NA培养基上,置30℃培养箱培养5d,观察有无透明圈出现,如有则说明菌株具有产生淀粉酶的能力。
1.7.3蛋白酶的产生
挑取菌株点接至包含7%脱脂奶粉的酪蛋白酵母培养基(酪蛋白5g,酵母提取物2.5g,葡萄糖1g,水1000mL)上,置30℃培养箱培养5d,观察有无透明圈出现,如有则说明菌株具有产生蛋白酶的能力。
1.7.4果胶酶的产生
挑取菌株点接至包含1%果胶的基础培养基上,置30℃培养箱培养7d,观察有无透明圈出现,如有则说明菌株具有产生果胶酶的能力。
1.7.5纤维素酶的产生
挑取菌株点接至包含1%纤维素的基础培养基上,置30℃培养箱培养5d,观察有无透明圈出现,如有则说明菌株具有产生纤维素酶的能力。
1.7.6IAA的产生
菌株在含5mmol/L L-色氨酸的TSB培养基中30℃摇床培养72h,菌悬液离心去除菌体,在1mL无菌滤液中加入2mL Salkawski显色剂,室温下显色30min,如有粉色产生则说明有IAA产生,以培养基作为对照。
1.7.7磷溶解
挑取菌株点接至PVK培养基上,置30℃培养箱培养14d,观察有无透明圈出现,如有则说明菌株具有溶磷能力。
1.7.8钾溶解
挑取菌株点接至包含1%钾长石的Aleksandrov培养基上,置30℃培养箱培养14d,观察有无透明圈出现,如有则说明菌株具有解钾能力。
1.7.9固氮作用
挑取菌株点接至阿氏无氮培养基上,置30℃培养箱培养14d,观察有无正常生长,如有则说明菌株具有固氮能力。
1.7.10NH3的产生
接种50μL菌悬液至30mL 4%蛋白胨液体培养基中,置30℃培养箱培养3d,加入1mLNessler显色剂,如有黄色变为褐色则说明有NH3产生,以培养基作为对照。
1.8生防细菌对辣椒疫病的田间防治效果测定
2017年的辣椒生长季节,在甘肃省金昌市永昌试验地进行人工接种的田间试验测定生防细菌YC16-08对辣椒疫病的防治效果。如上所述准备生防细菌YC16-08菌悬液和辣椒幼苗。5月26日,辣椒幼苗(9周大)被移栽到80m2的试验地。行距和株距分别保持在50cm和30cm。处理设定生防细菌菌株YC16-08、刺客(多粘类芽孢杆菌、活孢子≥5×109CFU/mL、武汉科诺生物科技股份有限公司、中国武汉)、氟啶胺(a.i.50%,SC,江阴苏利化学股份有限公司,中国江阴)和水(空白对照),进行随机区组试验,每个处理重复3次。在7月29日和8月10日,100mL生防细菌YC16-08菌悬液和水分别浇入植株根部,刺客依照供应商推荐的剂量进行处理。7月29日,氟啶胺依照供应商推荐的剂量进行处理。在8月2日,10mL辣椒疫霉菌(P.capsici)接种物(1×105孢子囊/mL)浇入到每个植株根部周围土壤中。在接种后的第21d调查病情级数,计算病情指数。
2、结果与分析
2.1分离纯化和拮抗能力测定
从甘肃省永昌县北地村设施大棚采集发病田中健康的辣椒植株根际土壤。通过直接观察区分细菌的菌落形态、色泽,共分离获得细菌分离物63株(图1)。经平皿对峙培养法筛选和检测拮抗能力,3株细菌菌株可以拮抗7种病原真菌,其中菌株YC16-08表现出较强的拮抗能力(图2,表1)。
表1.菌株YC16-08对多种植物病原菌的拮抗能力
2.2温室防病效果
在甘肃省农业科学院植物保护研究所温室进行温室苗盘和盆栽防效试验(图3),接种病原菌7d和14d后调查各处理病情,计算防效。菌株YC16-08对辣椒疫病的防效分别为54.62%和58.79%。经温室盆栽防效试验重复验证,菌株YC16-08对辣椒疫病防效稳定,可以进一步进行田间防病试验。
2.3温室促生效果
在甘肃省农业科学院植物保护研究所温室进行温室盆栽促生效果试验,生防细菌菌株3次处理后第14d调查各处理辣椒植株的株高、根长、地上部分鲜重和根鲜重。菌株YC16-08显著的促进辣椒植株的生长(图4,表2)。经温室盆栽促生效果试验重复验证,菌株YC16-08对辣椒植株促生效果稳定,可以进一步进行田间促生效果试验。
表2.生防细菌菌株YC16-08温室盆栽促生效果
2.4 16S rRNA基因序列分析鉴定
提取菌株YC16-08的基因组,用通用引物27F和1492R进行16S rRNA基因的PCR扩增,得到目的片段,送交生工生物工程(上海)股份有限公司测定目的基因的碱基序列,利用通引物测序拼接得到菌株YC16-08的16S rRNA基因序列长度1464bp,将所得序列与数据库中一些菌株的16S rRNA基因序列相比对,结果表明菌株YC16-08的16S rRNA基因序列与土地类芽孢杆菌(Paenibacillus terrae)有99%的相似性。利用MEGA6.0软件建立系统进化树分析其分类地位,结果表明,菌株的16S rRNA基因序列与土地类芽孢杆菌(Paenibacillus terrae)菌株AM141(NR025170)的同源性很高(图5)。基于系统进化树分析结果,菌株YC16-08鉴定为土地类芽孢杆菌(Paenibacillus terrae),序列登录号为MH744483,于2018年7月30日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC),地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所,保藏编号为CGMCC No.16181。
2.5离体防病促生相关物质
离体防病促生相关物质检测结果显示,菌株YC16-08可以产生嗜铁素、淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、IAA和NH3,具有固氮和溶磷能力,无解钾能力(图6)。
2.6田间防病效果
在甘肃省金昌市永昌试验地进行人工接种的田间试验,接种病原菌21天后调查各处理病情,计算防效。菌株YC16-08对辣椒疫病的防效为71.04±3.96%。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
序列表
<110> 甘肃省农业科学院植物保护研究所
<120> 一株土地类芽孢杆菌YC16-08及其应用
<141> 2018-08-20
<160> 3
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1464
<212> DNA/RNA
<213> 土地类芽孢杆菌(Paenibacillus terrae)
<400> 1
tggttgggca cttcggcggc tggctccttg cgggttaccc caccgacttc gggtgttgta 60
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tgcgcgcgct ttacgcccaa taattccgga caacgcttgc cccctacgta ttaccgcggc 960
tgctggcacg tagttagccg gggctttctt ctcaggtacc gtcactcttg tagcagttac 1020
tctacaagac gttcttccct ggcaacagag ctttacgatc cgaaaacctt catcactcac 1080
gcggcgttgc tccgtcaggc tttcgcccat tgcggaagat tccctactgc tgcctcccgt 1140
aggagtctgg gccgtgtctc agtcccagtg tggccgatca ccctctcagg tcggctacgc 1200
atcgtcgcct tggtaggcct ttaccccacc aactagctaa tgcgccgcag gcccatccac 1260
aagtgacaga ttgctccgtc tttcctcccc tccccatgca gggaaaggat atatccggta 1320
ttagctaccg tttccggtag ttatcccagt ctcatgggca ggttgcctac gtgttactca 1380
cccgtccgcc gctaggttat gatagaagca agcttctatc ataaccccgc tcgactgcat 1440
tatagcaccc ccccccgtaa taaa 1464
<210> 2
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
agagtttgat cctggctcag 20
<210> 3
<211> 19
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 3
ggttaccttg ttacgactt 19

Claims (10)

1.一株土地类芽孢杆菌YC16-08,其特征在于,所述土地类芽孢杆菌YC16-08对辣椒疫霉菌、灰葡萄孢菌、尖孢炭疽菌、立枯丝核菌、尖孢镰刀菌、茄病镰刀菌和轮枝镰刀菌均具有拮抗作用。
2.根据权利要求1所述的土地类芽孢杆菌YC16-08,其特征在于,所述土地类芽孢杆菌YC16-08能够产生嗜铁素、淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、IAA和NH3
3.根据权利要求1或2所述的土地类芽孢杆菌YC16-08,其特征在于,所述土地类芽孢杆菌YC16-08具有固氮能力和溶磷能力。
4.根据权利要求1~3任一项所述的土地类芽孢杆菌YC16-08,其特征在于,所述土地类芽孢杆菌YC16-08的16S rRNA如SEQ ID NO.1所示。
5.根据权利要求1~4任一项所述的土地类芽孢杆菌YC16-08,其特征在于,其保藏编号为CGMCC No.16181。
6.权利要求1~5任一项所述的土地类芽孢杆菌YC16-08在制备防治疫病药物方面的应用,其特征在于,所述疫病由辣椒疫霉菌、灰葡萄孢菌、尖孢炭疽菌、立枯丝核菌、尖孢镰刀菌、茄病镰刀菌和轮枝镰刀菌中的一种或多种所引起。
7.一种生防制剂,其特征在于,含有权利要求1~5任一项所述的土地类芽孢杆菌YC16-08,或由权利要求1~5任一项所述的土地类芽孢杆菌YC16-08制备得到。
8.权利要求1~5任一项所述的土地类芽孢杆菌YC16-08或权利要求7所述的生防制剂在防治疫病方面的应用,其特征在于,所述疫病由辣椒疫霉菌、灰葡萄孢菌、尖孢炭疽菌、立枯丝核菌、尖孢镰刀菌、茄病镰刀菌和轮枝镰刀菌中的一种或多种所引起。
9.权利要求1~5任一项所述的土地类芽孢杆菌YC16-08或权利要求7所述的生防制剂在防治辣椒疫病方面的应用。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于,将权利要求1~5任一项所述的土地类芽孢杆菌YC16-08的菌悬液或权利要求7所述的生防制剂施加至辣椒根部。
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