CN117757664A - 一种防治葡萄根腐病的生防菌及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微生物技术领域,具体涉及一种防治葡萄根腐病的生防菌及其应用。该生防菌为耐盐芽孢杆菌RYT3‑4a(Bacillus halotolerans),已于2023年10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(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.28811,本发明所述的耐盐芽孢杆菌RYT3‑4a能够有效防治由腐皮镰孢菌(Fusarium solani)或层生镰孢菌(Fusarium proliferatum)引起的葡萄根腐病。
Description
技术领域
本发明属于微生物技术领域,具体涉及一种防治葡萄根腐病的生防菌及其应用。
背景技术
葡萄根腐病是由土壤中的习居菌镰孢菌属真菌引起的病害,具有传染性强、波及范围广和难治性等特点。葡萄根腐病可以导致葡萄的根系受损和腐烂,水分吸收输导不良,葡萄的地上部初期少量叶片黄化,严重时,往往在结果期需大量水分供给时,整株叶片及枝条枯萎死亡。当葡萄的根系受损时,其对营养和水分的吸收能力会下降,葡萄果实的产量及品质也会降低。调查结果表明,葡萄根腐病在设施葡萄栽培中发生较严重,轻的棚内逐年2-3株结果树死亡,果农清园,换土,重的危害率达到40%,甚至毁棚或改种其他作物。同时,葡萄根腐病并不是单独存在,它往往会与其他病害协同作用。根腐病使根系损伤,植株出现生长衰弱,易发生溃疡病和叶斑病类病害,还为其他根部病害的提供侵入口。因此,采用一系列科学合理的控制措施,对葡萄进行有效的保护,是非常必要的。
传统防治葡萄根腐病的方法通常采用农药灌根处理,化学药剂不但对土壤和生态环境造成污染,而且易使病菌生产抗药剂,造成防治效果变差,同时,这些化学药剂还会影响农产品的品质和食品安全,严重地威胁到人类的健康。由此,生物防治成为防治该病害的的最优选择。相比传统的化学防治,生物制剂具有安全性高,不会对人、畜、禽等产生污染和危害,并遵循自然规律,有益于生态平衡的维持,可以较长时间内发挥防治作用,避免频繁喷洒和药剂残留问题的产生,能够提高产量和品质等,对作物生产具有积极的促进作用。
生防制剂指的是利用一些微生物控制植物病虫害的生物制剂。它们在根系土壤中广泛分布,并与植物根系形成互惠共生关系,促进根系生长,抑制根腐菌群的生长和繁殖,达到生物控制根腐病的效果。从自然环境或植物根系土壤中筛选收集到的生防菌,是重要的种质资源。生物防治同样存在着限制和不足,例如菌剂施入后存活率低、培养条件复杂、病原严重时防治效果差等问题。因此,需要在实践操作中制定合理的技术方案,发掘优质菌株,并重视研究生防菌的应用效果和影响因素,为实现对葡萄根腐病等植物病害的有效防治提供帮助。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防治葡萄根腐病的生防菌,该生防菌对葡萄根腐病的2种病原菌腐皮镰孢菌(Fusarium solani)和层生镰孢菌(Fusarium proliferatum)均有显著的抑制效果,具有生长速度快、产孢量大、耐盐碱性强、防治葡萄根腐病效果好,在葡萄根际能够快速大量定殖等特点。由该生防菌制备的生物防治制剂,可以作为生物农药或生物肥料,有效防治葡萄根腐病。
本发明将通过以下技术方案实现上述目的:
一种防治葡萄根腐病的生防菌,所述生防菌为耐盐芽孢杆菌RYT3-4a(Bacillushalotolerans),保藏编号为CGMCC No.28811;其16S rDNA序列如SEQ ID NO.1所示。
本发明提供含有上述生防菌的菌剂,该菌剂的制备方法包括:培养所述的生防菌,收集培养液,得到菌剂。
本发明提供上述的生防菌或上述的菌剂在防治葡萄根腐病中的应用,可用于制备防治葡萄根腐病及其它作物根部此类病害的药物。
进一步的,所述防治葡萄根腐病拮抗引起葡萄根腐病的病原菌,所述病原菌包括腐皮镰孢菌(Fusarium solani)或层生镰孢菌(Fusarium proliferatum)。
本发明提供含有上述的生防菌或上述的菌剂的药物制剂,该药物制剂可以为生物农药或生物肥料。
进一步的,所述药物制剂的使用方法包括:施于植物的根部或根部土壤。
本发明还提供上述的生防菌的一种培养方法,包括使用培养基培养,所述培养基组分包括可溶性淀粉10~15.0g·L-1、豆粕20~30.0g·L-1、MgCl2 1.0g·L-1和CaCl22.0g·L-1,该方法可作为本发明生防菌的生产优选培养方式。
进一步的,培养条件包括初始pH值为7,培养温度37℃。
本发明的有益效果在于:本发明的耐盐芽孢杆菌RYT3-4a生防菌对葡萄根腐病的2种病原菌腐皮镰孢菌(Fusarium solani)和层生镰孢菌(Fusarium proliferatum)均有显著的抑制效果,盆栽葡萄苗根腐病抑制率分别达到87.59%和84.48%,具有生长速度快、产孢量大、耐盐碱性强、防治葡萄根腐病效果好,在葡萄根际能够快速大量定殖等特点,因此具有良好的应用前景。由该生防菌制备的生物防治制剂,可以作为生物农药或生物肥料,防治葡萄根腐病防治效果高达85%以上。
附图说明
图1:耐盐芽孢杆菌RYT3-4a单菌落形态及革兰氏染色。
图2:耐盐芽孢杆菌RYT3-4a 16s rDNA片段扩增。
图3:耐盐芽孢杆菌RYT3-4a系统发育树。
图4:耐盐芽孢杆菌RYT3-4a对葡萄根腐病盆栽苗防治效果图。
图5:耐盐芽孢杆菌RYT3-4a活菌数量与其吸光度的标准曲线图。
图6:不同培养基成分对耐盐芽孢杆菌RYT3-4a活菌数的影响。
图7:不同培养条件对耐盐芽孢杆菌RYT3-4a活菌数的影响。
具体实施方式
下面结合具体实施方式以及附图,对本发明做进一步说明,但本发明不限于此。本发明中所涉及的方法,如无特殊说明均为本领域常用的方法,所涉及的试剂,如无特殊说明均可从普通商业途径获得。
本发明所述的防治葡萄根腐病的生防菌为耐盐芽孢杆菌RYT3-4a(Bacillushalotolerans),从饶阳县温室大棚根腐病葡萄苗的根际土壤样品中分离获得,已于2023年10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(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.28811。该耐盐芽孢杆菌RYT3-4a能够有效防治由腐皮镰孢菌(Fusarium solani)或层生镰孢菌(Fusariumproliferatum)引起的葡萄根腐病。
本发明提供从饶阳县温室大棚根腐病葡萄苗的根际土壤样品中分离纯化获得耐盐芽孢杆菌RYT3-4a的方法,包括以下步骤:将试验地采集回的根际土壤样品室内自然风干7d后,用研钵将土壤磨成粉状,过40目筛。取过筛土样1g,置于250mL灭菌的三角瓶中,轻微振荡,使土样平铺于瓶底,置于烘干箱110℃干热处理24h。用无菌水10倍稀释,充分振荡,无菌滤纸过滤;将滤液用无菌水依次稀释制备成10-1、10-2、10-3浓度的土壤溶液。采用涂布法将上述溶液均匀涂抹至牛肉汁蛋白胨培养基(NA)表面,每个浓度设置3个重复;30℃恒温培养24h后,用接种环刮取单菌落,采用平板划线法纯化至新的NA平板中,观察菌落形态,共获得菌株74株。通过平皿对峙培养法筛选和检测拮抗能力,其中菌株RYT3-4a对腐皮镰孢菌(Fusariumsolani)或层生镰孢菌(Fusarium proliferatum)表现出较强的拮抗能力。
将菌株RYT3-4a在LB固体平板上划线纯化,28℃倒置培养24h后在光学显微镜下观察目标菌落形态特征。单菌落形态初期如图1a所示,为圆形乳白色,表面较为光滑,菌体粘稠;后期单菌落形态如图1b所示,为圆形至椭圆形,颜色为白色,中间凸起,边缘褶皱,表面不光滑;该菌株革兰氏染色结果如图1c所示,革兰氏染色G+,呈阳性。
使用TSINGKE植物DNA提取试剂盒(通用型),选用16S rDNA通用引物27F/1492R(27F:5-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3;1492R:5-CTACGGCTACCTTGTTACGA-3)对菌株RYT3-4a的16S rDNA序列进行扩增(图2)。PCR反应体系:基因组DNA(20mg/μL)1.0μL;10×Buffer(含2.5mmol Mg2+)5.0μL;Taq聚合酶(5U/μL)1.0μl;dNTP(10mM)1.0μL;27F引物(10μM)1.5μL;1492R引物(10uM)1.5μL;H2O 39.0μL。反应程序:预变性95℃,5min;变性95℃,30s;退火58℃,30s;延伸72℃,1min30s;终延伸72℃,7min;循环数35。PCR产物经1%琼脂凝胶电泳检测合格后取5μL送交北京擎科生物科技有限公司进行测序,其16S rDNA基因序列为:
CTCTTGTCCAGCTTCGGCGGCTGGCTCCATAAAGGTTACCTCACCGACTTCGGGTGTTACAAACTCTCGTGGTGTGACGGGCGGTGTGTACAAGGCCCGGGAACGTATTCACCGCGGCATGCTGATCCGCGATTACTAGCGATTCCAGCTTCACGCAGTCGAGTTGCAGACTGCGATCCGAACTGAGAACAGATTTGTGGGATTGGCTTAACCTCGCGGTTTCGCTGCCCTTTGTTCTGTCCATTGTAGCACGTGTGTAGCCCAGGTCATAAGGGGCATGATGATTTGACGTCATCCCCACCTTCCTCCGGTTTGTCACCGGCAGTCACCTTAGAGTGCCCAACTGAATGCTGGCAACTAAGATCAAGGGTTGCGCTCGTTGCGGGACTTAACCCAACATCTCACGACACGAGCTGACGACAACCATGCACCACCTGTCACTCTGCCCCCGAAGGGGACGTCCTATCTCTAGGATTGTCAGAGGATGTCAAGACCTGGTAAGGTTCTTCGCGTTGCTTCGAATTAAACCACATGCTCCACCGCTTGTGCGGGCCCCCGTCAATTCCTTTGAGTTTCAGTCTTGCGACCGTACTCCCCAGGCGGAGTGCTTAATGCGTTAGCTGCAGCACTAAGGGGCGGAAACCCCCTAACACTTAGCACTCATCGTTTACGGCGTGGACTACCAGGGTATCTAATCCTGTTCGCTCCCCACGCTTTCGCTCCTCAGCGTCAGTTACAGACCAGAGAGTCGCCTTCGCCACTGGTGTTCCTCCACATCTCTACGCATTTCACCGCTACACGTGGAATTCCACTCTCCTCTTCTGCACTCAAGTTCCCCAGTTTCCAATGACCCTCCCCGGTTGAGCCGGGGGCTTTCACATCAGACTTAAGGAACCGCCTGCGAGCCCTTTACGCCCAATAATTCCGGACAACGCTTGCCACCTACGTATTACCGCGGCTGCTGGCACGTAGTTAGCCGGGGCTTTCTGGTTAGGTACCGGCAAGGTACCGCCCTATTCGAACGGAACTTGTTCTTCCCTAACC
将测得的菌株RYT3-4a的16S rDNA基因序列上传到NCBI中进行同源性分析,并对测序结果利用MEGA7软件中的邻接法(Neighbour-Joining,NJ)构建系统发育树。NCBI数据库中比对结果表明,菌株RYT3-4a与芽孢杆菌属的成员聚集在一起,与耐盐芽孢杆菌(Bacillus halotolerans)的同源性达到99%。
选取9株与菌株RYT3-4a同源性较高的菌株基因序列构建系统发育树,结果表明菌株RYT3-4a与耐盐芽孢杆菌聚于同一分支(图3)。综合形态特征鉴定和16S rDNA序列分析,最终确定菌株RYT3-4a为耐盐芽孢杆菌(Bacillus.halotolerans)。
一、测试耐盐芽孢杆菌RYT3-4a对病原菌的抑制作用
用牙签头蘸取单菌落与已活化的病原真菌菌饼(直径=6mm)通过平板对峙法30℃恒温培养5d后,用十字交叉法测量病菌菌落的半径,以蘸取无菌水为对照,对照和处理各3个重复,获得抑菌率如下表1所示。
抑制率=(对照组菌落半径-处理组菌落半径)/(对照组菌落半径-原菌饼半径)×100%
表1
上述结果表明,耐盐芽孢杆菌RYT3-4a对病原菌具有明显的抑制作用。
二、测试耐盐芽孢杆菌RYT3-4a对葡萄苗根腐病的生防效果
选取100株长势一致的两月生维多利亚葡萄扦插苗,移栽时每株随机挑选3条根部造成局部机械损伤后进行实验,平均分为5个处理组,每组20个重复。病原菌采用培养72h的已活化腐皮镰孢菌(Fusariumsolani)和培养72h的已活化层生镰孢菌(Fusariumproliferatum)按1:1数量配制的新鲜菌液(共1×106CFU·mL-1);拮抗菌采用培养24h的已活化耐盐芽孢杆菌RYT3-4a新鲜菌液(1×108CFU·mL-1,OD600=0.3);化学药剂采用70%噁霉灵可湿性粉剂用水稀释1200倍质量后的噁霉灵水溶液。所有处理组分别在1d以及7d时按照下表2所示施入上述病原菌、拮抗菌及化学药剂,并辅以灌溉除草等日常养护。
表2
观察记录幼苗生长情况,30d后使用LI-COR LI-6400光合仪测定各组光合作用数据,每组重复5次,调查葡萄苗根腐病发病情况,测量记录各处理株高、地径、须根数等生长势数据,获得各组数据增长量。并根据下表3分级记录病株数量,计算病情指数和防治效果如下表4所示,光合作用参数测定分析如下表5所述。
病情指数=[Σ(各级病株数×各级代表数值)]/(调查总株数×发病最高病级代表值)×100;防治效果=(病原菌组病情指数-处理组病情指数)/病原菌组病情指数×100%。
表3
表4
图4为上表4葡萄根腐病盆栽苗防效试验结果A-E组的照片。结果表明,病原菌组幼苗发育尤为落后,肉眼可见其表现出植株低矮、叶片稀少等衰弱特征,病情指数高达50.24。生防菌预防处理组,葡萄苗生长良好,根腐病的病情指数仅为5.31;生防菌治疗处理组,病情指数为6.17;化学药剂噁霉灵处理组,根腐病病情指数为12.57,高于生防菌防治。防治效果由高到低分别为生防菌预防(87.59%)>生防菌治疗(84.48%)>噁霉灵防治(68.99%),与室内菌株和药剂的筛选试验结果相比,拮抗菌的防治效果有显著上升趋势,化学药剂防治效果却有大幅下降。由此可见,耐盐芽孢杆菌RYT3-4a(B.halotolerans)对葡萄根腐病的预防和治疗作用显著,对葡萄苗的高生长、地径增长和须根增长3个生长指标均有明显促进作用。
表5
上述结果表明,病原菌组葡萄植株的的净光合速率(Pn)最低,仅为8.95μmol·m-2s-1,显著低于其它处理组,根腐病最严重。除清水对照组外,生防菌预防组的葡萄净光合速率(Pn)最高,为18.23μmol·m-2s-1,比病原菌组提高了103.69%;生防菌治疗组的植株净光合速率(Pn)次之为16.87μmol·m-2s-1,比病原菌组提高了88.5%,噁霉灵药剂处理的也比病原菌组提高了36.1%。结果表明生防菌预防的效果最好。病原菌组葡萄植株的气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)以及蒸腾速率(Tr)均显著低于各处理组,生防菌预防治疗及噁霉灵处理各组内各指标无显著差异,但数值仍表现为预防组>治疗组>噁霉灵。因此,耐盐芽孢杆菌RYT3-4a对根腐病葡萄苗具有明显修复作用,净光合速率比病原菌组高出一倍。
三、耐盐芽孢杆菌RYT3-4a的培养条件优化
选择肉汁蛋白胨培养基(NA)为初始培养基,配制耐盐芽孢杆菌RYT3-4a菌液,并通过吸光度(OD600)测试获得OD值与活菌数量的标准曲线如图5所示。结果表明,耐盐芽孢杆菌菌液中的活菌数量与其的吸光度之间存在明显线性关系,有显著正相关性。因此,本发明通过吸光度(OD600)测算耐盐芽孢杆菌RYT3-4a菌株发酵液中的活菌数。
1、培养基条件优化
将玉米粉、可溶性淀粉、葡萄糖或麦芽糖碳源替换NA培养基中的蔗糖碳源,含量均为15.0g·L-1,培养条件为:pH值调至7.0,250mL摇瓶的装液量为60mL,再接种2%培养液体积(0.6mL)的1×108CFU·mL-1耐盐芽孢杆菌RYT3-4a菌液,于180r·min-1,28℃摇床培养24h后活菌数如图6所示。结果表明,碳源为蔗糖时,发酵液中的细菌数量最多,可溶性淀粉与初始碳源蔗糖的发酵效果无显著差异,而以其他原料作为碳源时,细菌数量从大到小依次为玉米粉、麦芽糖、葡萄糖。由于可溶性淀粉的生产成本更为低廉,故选择可溶性粉作为耐盐芽孢杆菌RYT3-4a菌株发酵培养基的碳源。
将尿素、麦麸、黄豆粉或豆粕氮源替换NA培养基中的蛋白胨和牛肉浸膏氮源,含量均为15.0g·L-1,其余培养条件同上,结果如图6所示。结果表明,菌液中数量从大到小依次为蛋白胨>豆粕>黄豆粉>麦麸>尿素。由于豆粕的生产成本更为低廉,因此选择豆粕作为耐盐芽孢杆菌RYT3-4a发酵培养的氮源。
以可溶性粉为碳源、豆粕为氮源的NA培养基为基础培养基,再添加MgSO4、K2HPO4、CaCO3或NaCl,含量均为2.0g·L-1,其余培养条件同上,结果如图6所示。结果表明,MgSO4、CaCO3、NaCl、CaCl2、MgCl2对耐盐芽孢杆菌RYT3-4a菌株生长具有显著促生作用,K2HPO4次之,也有较好的促生作用但与前者比作用较小,MnSO4与不添加金属离子的对照组发酵水平持平,K2CO3、Na2CO3则对菌株具有一定的抑制作用。说明CO3 2-不利于该菌株生长。总体来说,MgSO4明显优于MnSO4说明Mg2+起促生作用,NaCl、CaCl2、MgCl2均为氯化盐,说明Cl-对该菌株生长具有促进作用。CaCO3与其他两种CO3 2-复合无机盐K2CO3、NaCO3相比具有显著的促生作用,说明Ca2+对该菌株生长具有促进作用,且组内分析结果显示CaCl2的促生作用高于其他两种氯化盐,所以,最终确定以MgCl2和CaCl2作为耐盐芽孢杆菌RYT3-4a发酵培养基的复合无机盐。
对上述选定的碳源、氮源和金属离子的含量进行多因素水平的正交试验,最终确定该菌株最适生长的优化培养基组分配比包括:可溶性淀粉10.0~15.0g·L-1、豆粕20.0~30.0g·L-1、MgCl2 1.0g·L-1和CaCl2 2.0g·L-1,可作为本发明生防菌的生产优选培养方式。
2、发酵条件优化
将上述优化培养基作为基础培养基,将培养液调节至不同的pH值,其余培养条件同上。结果如图7所示,初始pH值为5.5至7时,细菌数量呈上升趋势,pH值大于7时,细菌数量逐步下降。其中pH值为6至7之间时,发酵液中细菌数量显著高于其他pH值处理的细菌数量,其中pH值为7时,细菌数量最高,因此培养液初始pH值为7可作为耐盐芽孢杆菌RYT3-4a培养的最适pH值环境。
将上述优化培养基作为基础培养基,设置250mL摇瓶的不同装液量,其余培养条件同上。结果如图7所示,装液量大于30mL后,发酵液中的细菌数量随着装液量的增加而逐步减少。因此,250mL三角瓶中培养液初始装液量30mL作为耐盐芽孢杆菌RYT3-4a培养的优选装液量。
将上述优化培养基作为基础培养基,接种不同的体积的1×108CFU·mL-1耐盐芽孢杆菌RYT3-4a菌液,分别为培养液装液量的1%、2%、4%、6%、8%,其余培养条件同上。结果如图7所示,当接种量超过2%,发酵液中细菌数逐步减少。因此,2%的接种量可作为耐盐芽孢杆菌RYT3-4a的优选初始接种量。
将上述优化培养基作为基础培养基,选择不同的培养温度,其余培养条件同上。结果如图7所示,温度在达到40℃前细菌数量随温度增加而增加,说明生防菌株RYT3-4a对高温具有较强的耐受性,超过40℃后基本达到该菌株生长活跃温度耐受上限,细菌数急速下降。考虑市场成本问题,因此,37℃可作为耐盐芽孢杆菌RYT3-4a菌株的优选发酵温度。
将上述优化培养基作为基础培养基,选择不同的转速摇床培养,其余培养条件同上。结果如图7所示,摇床转速达240r·min-1之前,转速越高,氧气供给越充分,发酵水平越高,试验转速240r·min-1时,细菌数量达到峰值。因此确定240r·min-1可作为耐盐芽孢杆菌RYT3-4a菌株发酵培养的优选发酵转速。
将初始培养基和上述优化培养基作为基础培养基,培养不同的时间,其余培养条件同上。结果如图7所示,生防菌株RYT3-4a菌株在初始培养基中培养24h内为指数生长期,随后平缓上升至48h时,细菌数量达到峰值,48h后细菌数量逐步缓慢下降。而优化培养液中生防菌株RYT3-4a在培养30h内均为其指数生长期,30h时,细菌数量达到峰值,然后进入平缓期。因此,以优化培养基作为基础培养基,优选发酵培养时间为30h。
将上述优化培养基作为基础培养基,对上述选定的pH值、装液量、接种量、培养温度、转速和培养时间进行多因素水平的正交试验进行再次优化,最终确定该菌株最适生长的培养条件包括:培养基初始pH值为7,装液量为30mL,接种量为2%,培养温度37℃,转速240r·min-1。
以上具体实施例均为本发明的进一步说明,并不用于限定本发明的保护范围,对本领域技术人员来说,在没有创造性劳动的条件下所获得的所有其它润饰和修改,都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种防治葡萄根腐病的生防菌,其特征在于,所述生防菌为耐盐芽孢杆菌Bacillushalotolerans,保藏编号为CGMCC No.28811。
2.根据权利要求1所述的生防菌,其特征在于,其16S rDNA序列如SEQ ID NO.1所示。
3.一种菌剂,其特征在于,含有权利要求1所述的生防菌。
4.一种权利要求3所述菌剂的制备方法,其特征在于,包括培养权利要求1所述的生防菌,收集培养液,得到菌剂。
5.一种权利要求1所述的生防菌或权利要求3所述的菌剂在防治葡萄根腐病中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,所述防治葡萄根腐病为拮抗引起葡萄根腐病的病原菌;所述病原菌包括腐皮镰刀菌Fusarium solani或层生镰孢菌Fusariumproliferatum。
7.一种药物制剂,其特征在于,含有权利要求1所述的生防菌或权利要求3所述的菌剂。
8.根据权利要求7所述的药物制剂,其特征在于,使用方法包括:施于葡萄属植物的根部或根部土壤。
9.一种权利要求1所述的生防菌的培养方法,其特征在于,包括使用培养基培养,所述培养基组分包括可溶性淀粉10.0~15.0g·L-1、豆粕20.0~30.0g·L-1、MgCl2 1.0g·L-1和CaCl2 2.0g·L-1。
10.根据权利要求9所述的生防菌的培养方法,其特征在于,培养条件包括初始pH值为7,培养温度37℃。
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