长枝木霉菌SMF2及其非核糖体肽类抗菌素Trichokonins对牡丹炭疽病的防控及机制研究

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牡丹是我国传统园林景观植物。牡丹炭疽病严重影响了牡丹景观的观赏性和牡丹产业的可持续发展。长枝木霉菌SMF2(Trichoderma Longibrachiatum SMF2,SMF2)及其产生的非核糖体肽类抗菌素Trichokonins(TKs)对多种植物病原菌具有生防活性。本文以‘凤丹白’牡丹(Paeonia ostii cv.’Phoenix White’)为供试材料,研究了长枝木霉菌SMF2及TKs对牡丹炭疽病的防控效果及机制,为牡丹炭疽病的生物防控和改良木霉菌株提供了理论依据,对更好地利用木霉菌开展园林植物病害防控提供了帮助,对园林景观可持续发展和建设绿水青山的美好家园具有重要意义。取得的主要成果如下:1.分离并鉴定了牡丹3种叶部病害病原菌。通过形态学、分子生物学手段和柯赫氏法则对牡丹叶部病害病原菌进行了鉴定,结果表明牡丹炭疽病的病原菌为胶胞炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)、牡丹黑斑病的病原菌为链格孢(Alteraria a-lternata)、牡丹叶斑病的病原菌为层出镰刀菌(Fusarium proliferatum)。2.长枝木霉菌SMF2及TKs对牡丹炭疽病有一定的防控效果。(1)通过平板对峙培养试验表明,SMF2菌株能够抑制胶胞炭疽菌、链格孢、层出镰刀菌的生长,抑制率最大分别为64.20%、61.14%、48.91%。(2)通过牡丹叶片离体试验和盆栽试验表明,TKs对牡丹炭疽病具有较好的杀菌治疗作用,并能诱导牡丹植株对炭疽病的抗性。对于离体叶片,喷施TKs浓度为96 mg/L时防控效果最好。对于盆栽植株,喷施TKs浓度在12 mg/L~48 mg/L范围内病害发生较轻;灌施TKs浓度在0.1 mg/L~0.4mg/L范围内防控效果较好。与苯醚甲环唑化学药剂相比,TKs杀菌作用较弱,但是持效性强,并且诱抗效果好。3.长枝木霉菌SMF2对牡丹炭疽病的防控机制包括竞争作用、抗生作用、诱导抗病性、促生作用和酶机制。(1)竞争作用:SMF2和牡丹炭疽病病原菌在培养皿对峙培养4 d时完全占据了生存空间,对病原菌呈现出竞争优势;(2)抗生作用:用浓度为96 mg/L的TKs处理牡丹炭疽病病原菌,菌丝抑制率为88.45%、产孢量抑制率为73.9%、菌丝电导率提高了27.83%、菌丝培养液的OD260值提高了55.82%,表明SMF2产生的抗菌肽TKs可以抑制牡丹炭疽病病原菌菌丝生长和产孢,并破坏病原菌细胞膜,造成病原菌胞内电解质渗漏,胞内蛋白质等大分子物质外流,从而防控病害;(3)诱导抗病性:用TKs诱导处理后牡丹叶片中POD、SOD等防御酶活性明显升高,有害物质MDA含量则降低。TKs最佳诱导浓度为0.2 mg/L,诱导后牡丹叶片POD、SOD活性分别提高532.63%、202%,MDA含量降低35.05%;(4)促生机制:灌施浓度为0.1 mg/L~0.4 mg/L的TKs均能明显促进牡丹植株和根系的生长,通过增强牡丹植株长势进而提高抗病力;(5)酶机制:采用高通量基因测序技术对长枝木霉菌SMF2与牡丹炭疽病病原菌病原菌的互作转录组进行了测序分析。结果表明长枝木霉菌SMF2和病原菌接触后,大量基因表达水平发生变化,包括与多肽合成通路相关基因、与细胞壁降解酶合成通路相关基因。特别是经过将转录组与长枝木霉菌SMF2分泌蛋白组比对,找到了30个表达量显著上调的分泌蛋白,其中包括糖苷水解酶、葡聚糖酶、纤维素信号蛋白和部分锌指类蛋白,这些可能是长枝木霉菌SMF2发挥生防作用的重要因子,尤其是葡聚糖酶等细胞壁降解酶可能对侵染及破坏病原菌有作用。
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