致病疫霉诱导的W-7拮抗菌胞壁降解酶与甲霜灵锰锌联合抑菌探究

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马铃薯(Solanum tuberosum L.)是世界第四大粮食作物,在我国的种植面积和产量逐年增加。致病疫霉[Phytophthora infestans(Mont.)de Bary]所引起的晚疫病不仅是马铃薯生产中的首要病害,还是世界上第一大作物病害。使用抗病育种和化学农药防治马铃薯晚疫病是目前最主要的措施,但近年来由于致病疫霉A2交配型的出现频率逐渐增加,病菌的有性生殖几率上升,另外由于化学农药的过度使用,致病疫霉抗药性增强,晚疫病防治难度加大。因此,监测致病疫霉对农药的抗药性的动态变化和规律,对于防治病害以及农药的合理选用至关重要。同时,利用拮抗菌防治马铃薯晚疫病引起了越来越多研究者的关注,但是其抑菌活性物质有待进一步明确;另外,利用拮抗菌和生防菌联合抑制致病疫霉也少见报道。本试验的主要研究内容有以下几点:(1)尝试通过马铃薯块茎切片检测致病疫霉抗药性并提出评判标准;(2)明确致病疫霉诱导W-7菌株产生纤维素酶的同时,对β-1,3-葡聚糖酶的产生或活性有无影响,以及比较这两种酶在抑制致病疫霉菌丝生长中的作用;(3)探索化学农药甲霜灵衍生物—甲霜灵锰锌与短小芽孢杆菌W-7[Bacillus pumilus(Meyer and Gottheil.)]对致病疫霉的联合抑菌作用,以及在马铃薯离体组织上的防病效果。主要研究结果如下所示:1.采用马铃薯块茎切片漂浮在药液表面、滤纸吸附药液、海绵吸附药液和保湿培养直接涂药4种不同方法进行了致病疫霉对甲霜灵抗性测定的初步探索。结果显示,块茎切片不能漂浮在药液表面,滤纸吸附法和海绵吸附法均极易引起切片腐烂,只有块茎切片保湿培养直接涂药法能清晰地区分对照以及不同浓度甲霜灵的处理,切片表面菌丝生长覆盖面积及切片变色面积在对照和不同浓度甲霜灵处理之间有显著差异,能用于评价致病疫霉抗药性的强弱,并明确了该方法中甲霜灵的适宜浓度在5~80μg/m L之间。在此基础上,提出了该方法检测致病疫霉抗药性强弱的评判标准。2.为深入了解细菌W-7是否通过产生细胞壁降解酶抑制致病疫霉菌丝生长,采用对峙培养法检测受致病疫霉诱导后W-7菌株产生并分泌至两菌落之间抑菌带区域无菌体琼脂块(LWK)中的β-1,3-葡聚糖酶和纤维素酶活性,筛选这两种酶的抑制剂,并比较抑制这两种酶后LWK对致病疫霉菌丝生长抑制作用的差异。结果显示,在LWK中分别检测到了β-1,3-葡聚糖酶和纤维素酶,但在只培养W-7菌株的无菌体琼脂块(DWK)中仅仅检测到了β-1,3-葡聚糖酶;LWK中这两种酶活均在诱导培养至12 d时最高,分别为22.682 U/m L和4.785 U/m L,其中β-1,3-葡聚糖酶活性在12d时与DWK中的酶活(16.267 U/m L)有显著性差异;在供试的6种物质中SDS对β-1,3-葡聚糖酶活性有相对较强的抑制作用,同时又促进纤维素酶活性,Fe3+与SDS相反,而Cu2+同时抑制两种酶活性的作用最强;进一步发现经Cu2+处理后的致病疫霉菌落直径最大(45-57 mm),SDS处理后的次之(36-47 mm),Fe3+处理后的最小(31-44 mm),其中Fe3+处理与未受抑制酶活的对照菌落直径有显著性差异,SDS处理与Fe3+处理之间有显著性差异,而Cu2+处理与Fe3+和SDS处理之间均达到显著性差异。接下来检测了含有β-1,3-葡聚糖酶和纤维素酶的琼脂块对致病疫霉菌丝体及孢子囊形态和萌发的影响,使用不同的酶抑制剂处理含有β-1,3-葡聚糖酶和纤维素酶的琼脂块后,与致病疫霉对峙培养后,发现经10mmol/L的Fe3+溶液处理后的菌丝畸变率为41.26%,孢子囊畸变率为29.26%,均为最高,孢子囊直接萌发率则是最低的(8.16%)。以上结果表明W-7菌株受致病疫霉诱导后不仅产生了纤维素酶,还产生了更多的β-1,3-葡聚糖酶,两种酶同时存在时抑菌作用显著优于两种酶的单独作用,其中β-1,3-葡聚糖酶的抑菌作用显著强于纤维素酶,在抑制致病疫霉菌丝生长中发挥了更为重要的作用,纤维素酶发挥了一定的协同或增效作用。3.为了探索化学农药与生防细菌结合使用对致病疫霉的抑菌效果,甲霜灵锰锌与短小芽孢杆菌W-7混合培养,明确两者复配的可行性及适宜浓度。以平板对峙法检测复配液对致病疫霉菌丝体形态及生长的影响,混合培养法镜检观察复配液对孢子囊形态及直接萌发的影响,块茎切片法评价复配液在马铃薯离体组织上的防病效果。结果显示,15μg/m L的甲霜灵锰锌药液对W-7菌株的生长无明显影响,将药液与W-7菌液原液以1:2体积比复配后,对致病疫霉菌丝体抑制率(98.94%)及致畸率(48.56%)均明显高于两者单独处理之和;复配液处理后孢子囊的直接萌发率(5.87%)显著低于两者单独处理,同时孢子囊的畸变率(53.88%)与两者单独处理的畸变率之和相近;复配液在马铃薯块茎切片上对晚疫病的防效(91.36%)显著高于两者单独处理后的防效之和。这表明短小芽孢杆菌与甲霜灵锰锌复配在防治马铃薯晚疫病过程中,对于减少使用甲霜灵锰锌有积极作用。综上所述,本试验明确了可以利用马铃薯块茎切片来检测致病疫霉对甲霜灵的抗性,并初步建立了一种简便有效且检测结果可靠的方法,为生产中快速准确地在大范围内检测致病疫霉对甲霜灵及其衍生制剂的抗性提供了一种新的选择。同时,明确了短小芽孢杆菌W-7在致病疫霉的诱导下不仅能产生纤维素酶,还能产生更多的β-1,3-葡聚糖酶,且对致病疫霉的抑制作用以β-1,3-葡聚糖酶为主;在此基础上,发现拮抗细菌W-7与杀菌剂甲霜灵锰锌复配后对致病疫霉有更好地抑制效果且有更好地离体组织防病效果,为减少农药使用的同时更加高效地防治马铃薯晚疫病提供了参考。
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