哈茨木霉TMN-1菌株诱导烟草抗青枯病的活性及机理研究

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烟草青枯病是烟草种植中一种典型的土传根茎类病害,此病害发生范围广,防治困难,一旦大面积发生便会对烟草生产造成巨大的影响,在发生严重地区,烤烟甚至绝收,是如今限制烟草生产,阻碍烟草行业健康可持续发展的主要因素之一。在现代农业烟草生产过程中,防治烟草青枯病的方法有轮作、抗病品种选育等,但主要防治手段还是依赖于化学防治。生物防治是近年来在根茎类病害防治上应用广泛的一种防治手段,生防微生物因其在自然界中分布广泛、容易获得等优点越来越受到研究者的青睐,相较于化学防治,生物防治本身具有绿色无污染,安全,成本低廉等优点。本研究主要通过在烟草青枯病发病区域的健康地块健康烟株采集根际土壤,采用稀释涂布的方式分离纯化获得一株生防菌哈茨木霉TMN-1,评估了分离菌株对烟草生长及烟草青枯病的生物活性,并结合室内及田间防治青枯病发病情况,通过软件统计,从而明确了分离菌株对诱导烟草抗青枯病的机理及效果。为生防菌株哈茨木霉TMN-1在烟草根茎病害防治上的应用提供理论依据和实践方法。1.分离、纯化、鉴定出一株哈茨木霉菌株,明确了该菌株的生物学特性采用稀释涂布平板法及选择性培养基分离得到了实验菌株,通过光学显微镜对分离菌株进行生物学鉴定;通过ITS序列对分离菌株进行分子生物学鉴定。结果表明,分离菌株在PDA培养基上生长旺盛,菌落初期为白色,菌丝絮状或丝状,由中心向外呈辐射状生长,菌落后期为绿色孢子簇密实围绕接菌点呈环状或同心圆分布;分生孢子梗主轴和各分支末端瓶梗3-5个轮状排列;瓶梗安瓿型或烧瓶型,顶部下方缢缩变细呈细颈,顶端产孢;分生孢子球形或卵圆形,浅绿色,边缘光滑无凸起。形态学特征与木霉属哈茨木霉相同;ITS序列比对结果显示分离菌株与Hypocrea lixii同源性为100%,再结合形态学特征,将分离菌株鉴定为木霉属的哈茨木霉并命名为哈茨木霉TMN-1。在得到纯化的菌株基础上,本研究继续开展了哈茨木霉TMN-1菌株对烟草生长的影响。采用浸种法在平板上检测了不同浓度的木霉孢子悬浮液(1×108孢子数/mL、1×107孢子数/mL、1×106孢子数/mL)对烟草种子萌发的影响,并确定了不同浓度的孢子悬浮液对烟草种子的生物学效应,继而在以上浓度的基础上采用灌根的方式探究了该浓度下对烟草幼苗生长的影响。结果表明,烟草种子经过不同浓度的木霉孢子悬浮液浸泡后,可以显著地提高烟草种子的发芽势(P<0.05),烟草种子在60 h后达到发芽高峰期,与对照组相比,发芽势和发芽指数分别提高了22.03%、22.92%、20.86%和19.33%、36.31%、23.81%。96 h后,计算烟草种子发芽率,各个处理间种子发芽率没有显著性差异。温室中,烟株根部灌根使用生防菌株孢子悬浮液后,能显著地促进烤烟平均株高、平均叶长、平均叶宽和最大根长的增长,1个月后,处理组各项农艺性状比照组高1.57、1.22、1.16、2.48倍;地上部鲜重、地上部干重、地下部鲜重、地下部干重处理组比对照组高1.79、2.17、3.73、2.94倍。通过平板拮抗实验初步评价了生防菌株对烟草青枯菌的平板抑菌活性,同时评估生防菌株液体无菌发酵液的乙酸乙酯提取物对青枯菌生长的影响。结果表明,分离菌株在PDA平板上对青枯菌不表现出抑菌作用,同时,后续实验也表明,分离菌株的无菌发酵液提取物对青枯菌在B培养基中也不表现出明显的抑制作用。通过灌根方式,探究了不同浓度的孢子悬浮液对烟草青枯病发生的影响,从而确定了哈茨木霉菌株孢子悬浮液的适用浓度为1×108孢子数/mL,在适用浓度的基础上,继续研究不同使用时间对烟草青枯病发生的影响。通过不同时间灌根使用孢子悬浮液,结果表明,提前3d灌根可以显著提高哈茨木霉TMN-1菌株对烟草青枯病的防控作用。通过SMSA检测,探究了灌根使用哈茨木霉TMN-1后在不同时间段对烟草根部青枯菌含量的影响。结果表明,灌根使用哈茨木霉TMN-1菌株孢子悬浮液后接种烟草青枯菌,1-5天可以显著降低烟草根部青枯菌含量。2.明确了哈茨木霉TMN-1菌株诱导烟草抗性的生理生化及分子机制在明确了生防菌对烟草青枯病的室内生防作用的基础上,进一步测定了烟草叶片中过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)的比活力,结果表明,木霉可以显著诱导烟草体内过氧化物酶及苯丙氨酸解氨酶活性的提升。在探究哈茨木霉TMN-1菌株对烟草植株防御酶比活力影响的基础上继续探究木霉对烟草体内水杨酸信号途径、茉莉酸/乙烯信号途径相关基因PR1a/c、PR2、EFE-26、ACC Oxidase和PDF1.2相对表达量的影响。结果表明,木霉可以显著刺激水杨酸途径的两条基因PR1a/c、PR2显著上调表达,以及茉莉酸/乙烯途径ACC Oxidase基因的上调表达。3.分析了哈茨木霉TMN-1菌株使用后对烟株根际土微生物群落组成的影响在大田条件下,在烟苗移栽期窝施使用哈茨木霉TMN-1菌株发酵生产的生防菌剂,在烟叶采收期分别采集了烟株根际土,采用高通量测序技术分析了土壤中真菌微生物和细菌微生物群落结构。alpha分析结果显示使用木霉菌剂会降低土壤微生物群落的多样性,且对真菌影响大于对细菌的影响;对细菌微生物类群丰度组成分析结果显示,处理组中假单胞菌属(Pseudomonas)、金黄杆菌属(Chryseobacterium)、克雷伯菌属(Klebsiella)、根瘤菌属(Allorhizobium)、Paenarthrobacter、鞘脂菌属(Sphingobium)、贪噬菌属(Variovorax)、地杆菌属(Pedobacter)丰度高于对照组。其中,金黄杆菌属、根瘤菌属、Paenarthrobacter、贪噬菌属的丰度显著的高于对照组。真菌类群属水平分析结果显示,真菌主要以镰刀菌属真菌为主其丰度占真菌类群的80%以上。对照组Campylospora、被孢霉属(Mortierella)丰度高于处理组,其中Campylospora丰度显著性的高于处理组。通过LEfSe分析对处理土壤根际中影响青枯病发生的关键微生物因子进行筛选得到7个细菌类群分别是:链孢子囊菌属、Chitinophaga、Chthoniobacter、Filimonas、Parafilimonas等,以及真菌类群7个:Cyberlindnera、Apiotrichum等可作为潜在的抑制青枯病的指示菌群。4.探究了哈茨木霉TMN-1菌株生防菌剂的发酵条件,验证了其对青枯病的室内相对防效可达61.56%,大田相对防效可达56.80%。在实验室条件下,探究了不同的固体发酵基质,不同的接种量,不同含水量,不同接种浓度,不同发酵温度对固体发酵产物的影响,同时,探究了在实验室获得的最佳发酵条件下,对生防菌株发酵周期的影响。结果表明,无菌条件下,稻壳粉是最佳的固体发酵基质。哈茨木霉TMN-1菌株固体发酵的最佳条件为:在28℃的条件下进行固体发酵,同时保持发酵基质初始含水量在30%-50%,接种量在不低于4%的条件下可以达到木霉的最佳发酵效果,发酵周期为7-8天,发酵产物中木霉孢子浓度最佳可达1×1010孢子数/g左右。发酵菌剂的室内盆栽实验结果表明,固体发酵的木霉菌剂可以有效的防控烟草青枯的发生,对青枯病的相对防效可达61.56%;田间试验结果表明,移栽期窝施木霉菌剂可以有效的促进烟草的生长,同时对烟草青枯病也有较好的防治效果,相对防效可达56.80%。
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