链霉菌NJU-54对番茄枯萎病的防治作用及其机理研究

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yyk20071999
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杀菌剂的频繁使用以及不合理的种植方式导致番茄作物遭受枯萎病菌-尖孢镰刀菌的侵害,从而引发番茄枯萎病。微生物拮抗是一种防治植物真菌病害的有效方法。众多实验表明链霉菌(Streptomyces)是土壤和植物中抗生素和挥发性有机化合物的重要生产者,其防治病害和促进植物生长的能力已在许多作物中得到证实,然而链霉菌对植物病害的防治机制还未完全清楚。为进一步了解链霉菌对番茄病害的防治效果及作用机制,本研究以番茄为研究对象,以筛选鉴定出的链霉菌NJU-54菌株作为拮抗剂,分别从土壤酶学、土壤微生物生态角度和和植物生理生化角度探索链霉菌干预下番茄植株防御枯萎病的效果及其作用机制。本研究通过筛选鉴定获得一株链霉菌,命名为NJU-54。利用平板对峙方法、菌株NJU-54发酵液和致病性尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)共培养等方法进行菌株NJU-54体外活性检测实验,评估菌株NJU-54对多种植物病原真菌和致病性尖孢镰刀菌生长的抑制能力。通过番茄种子预接种菌株NJU-54方式,在MS培养基中培养番茄幼苗,定期测定菌株NJU-54在番茄植株内的定殖水平。在土壤预接种低(3.9×10~5 cfu·g-1)、中(3.9×10~6 cfu·g-1)、高(3.9×10~7 cfu·g-1)三种菌株NJU-54孢子浓度条件下,评估番茄幼苗感染枯萎菌后发生枯萎病的病级指数及菌株NJU-54的防治效果,检测根际土壤酶活、根际土壤微生物数量、微生物群落、优势种群动态变化以及番茄植株幼苗叶和根过氧化物酶(Peroxidase,POD)、苯丙氨酸酶(Phenylalaninammo-nialyase,PAL)、多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性变化。此外,本研究首次利用土壤酶谱技术(Zymography)分析了番茄植株根际土壤酸性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶和几丁质酶的时空分布模式。并在土壤预接种低、中、高三种菌株NJU-54浓度条件下评估链霉菌对番茄幼苗生长的影响。研究结果如下:1)通过形态分析和16S r RNA基因分析,鉴定菌株NJU-54为Streptomyces sp.。菌株NJU-54具有抑制多种植物病害真菌生长能力,菌丝体及其发酵液对枯萎病菌尖孢镰刀菌均有抑制作用,且后者对枯萎病菌抑制作用显著(p<0.05),发现菌株NJU-54具备几丁质降解能力,几丁质降解透明圈直径为10.15±0.91mm。2)种子预接种低、中、高三种菌株NJU-54孢子浓度后,菌株NJU-54在三种孢子浓度下均成功在番茄幼苗植株内部定殖,且定殖量无显著差异(p>0.05),最终的定殖量为(3.70±0.78)×10~5 cfu·g-1·FW。3)土壤预接种菌株NJU-54能显著降低番茄植株病级指数(p<0.05),番茄枯萎病控制效率在56.21%-65.36%,中浓度菌株NJU-54处理控制效果最佳。土壤预接种菌株NJU-54均显著增加番茄幼苗叶PAL和PPO的活性(p<0.05),但降低根PAL、PPO和SOD活性;对POD活性均无显著影响(p>0.05)。4)土壤预接种菌株NJU-54后,番茄幼苗随着生长过程,其根系的生长范围与对照组之间的差异逐渐增大,但根系生长范围差距不影响根际酶活性主要沿根系分布的模式。在时间水平上,番茄幼苗感染病原菌尖孢镰刀菌7-30d期间,低浓度NJU-54处理中酸性磷酸酶和几丁质酶活性热点区域占比分别增加12.50%和10.70%(p<0.05),而β-葡萄糖甘酶活性热点区域出现显著降低(p<0.05)。在NJU-54处理浓度水平上,番茄幼苗感染病原菌尖孢镰刀菌前期,土壤预接种菌株NJU-54对番茄根际酸性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶以及几丁质酶活性热点区域占比几乎没有影响;番茄幼苗感染尖孢镰刀菌后期,与对照组相比,低浓度组酸性磷酸酶和几丁质酶活性热点区域占比达到最高,分别为21.90%和14.80%,显著高于对照组13.80%和6.20%(p<0.05)。中浓度NJU-54处理后根际土壤几丁质酶活性热点区域占比显著增大(p<0.05),根际土壤整体酸性磷酸酶活性显著增大(p<0.05)。5)除了低浓度菌株NJU-54处理外,土壤预接种中、高浓度菌株NJU-54后根际土壤中的细菌和真菌OTU数目都高于对照组。菌株NJU-54的添加降低了食碱菌属(Alcanivorax)在土壤中的优势,在中浓度处理的根际土壤中,链霉菌属(Streptomyces)在细菌中占最大相对丰度。优势菌群中链霉菌属、梭菌属(Clostridium)、芽孢杆菌属(Bacillus)的相对丰度与菌株NJU-54中浓度处理呈正相关,而尖孢镰刀菌的相对丰度与菌株NJU-54中浓度处理呈负相关。6)土壤预接种菌株NJU-54对番茄幼苗生长有显著促进作用,显著提高根的干重、番茄叶绿素a和叶绿素b的含量(p<0.05)。菌株NJU-54能够产生植物生长素,进而促进番茄幼苗生长。综上所述,土壤中预接种中浓度的菌株NJU-54之后,促使链霉菌成为根际土壤的优势群落,有效抑制了土壤中尖孢镰刀菌生长,协同有益菌共同提高根际生态酶活性,从而加速养分循环。同时菌株NJU-54定殖于植物组织内部,提高地上组织抗氧化酶活性,产生植物生长素,在防治植物病害的同时促进植物生长。
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