抗TMV活性物质fTDP对烟草根际微生物群落结构和多样性的影响

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烟草花叶病毒是一种传染性强、寄主性广的植物病毒,给农业生产造成严重的经济损失。当前针对TMV的防治,依然以化学药物为主,但化学药物不易降解,影响生态环境,因此发展绿色环保抗病毒生物药物具有重要的意义。蛋白TDP提取自金针菇,直接提取物及原核表达重组蛋白f TDP均能增强烟草植株防御酶活性及防御基因的表达,激活水杨酸信号通路,诱导植物产生系统获得抗性。TDP蛋白作为新型的抗TMV活性物质,其对烟草植物地上部分的抗病机制有了较好的研究,但未将其置于所处的生态环境之中。根际微生物是最复杂的生态系统之一,对植物的生长、免疫举足轻重。生物农药的应用可能会改变根际微生物群落结构,影响根际微生态环境,进而对植株生长产生作用;而被改变的根际微生物也可能通过植株对生物农药抗病毒药效产生影响。因此,TDP蛋白作用植株后,全面评估其对烟草根际微生物群落多样性的影响为对商品化生产及田间用药具有重要的指导意义。本实验以普通烟草K236为研究对象,对烟草叶片喷施蛋白f TDP 24 h后摩擦接种TMV,通过酶联免疫定量分析检测TMV含量。结果表明浓度为200μg/m L的f TDP蛋白作用下,叶片中TMV的含量显著降低(P<0.05),因此确定200μg/m L为最佳使用浓度,并在后续研究中选择该浓度进行试验。分别于2019年7月及2020年6月烟草收割时期,在江西省抚州市黎川县潭溪乡采集三个区域(种植烟草多年)的不同土质土壤,理化性质分析后显示A、B、C土壤中氮、磷含量分别为51.563 mg/kg和5.429 mg/g,54.263 mg/kg和5.670mg/g,35.228 mg/kg和4.019 mg/g。土壤风干过筛后移栽烟草幼苗,其后设置3个不同的处理组:对照组(CK)--喷施清水24 h后摩擦接种TMV;实验组(TV)--喷施f TDP蛋白(200μg/m L)24 h后摩擦接种TMV;空白组(Blank)--喷施清水的健康烟草植株,每个处理组9棵盆栽,每3盆为一组设置3组。因TMV侵染性强等特点,将健康组烟草与其余处理组隔离在不同空间生长。在1~20 d内测量不同处理组烟草植株的生长状态。在A区域土壤中,TV组株高在第15d、20 d高于CK组;在B区域土壤中,TV组叶宽、叶数都低于CK组,且株高显著降低(P<0.05)。在C区域土壤中,TV组叶片长度在第20 d时达到最大值;叶宽于第15 d时显著大于CK(P<0.05);TV组株高在1~20 d内均高于CK组。结果表明f TDP蛋白对A、C区域土壤种植的染病烟草生长未产生影响,B区次之。利用以上3个处理组,以及第4个实验组:实验组生长到第10 d追施一次f TDP蛋白。第20 d收集根际土壤,采用16S r RNA扩增子测序技术分析不同处理烟草根际微生物群落结构多样性。α-多样性分析表明,对比CK组,f TDP蛋白的喷施降低了根际微生物群落的丰富度与多样性。对比三个区域不同处理组注释的菌属数量,f TDP的施用及二次喷施降低了根际微生物群落结构的多样性,但增加了有益菌属的相对丰度,如与CK相比,在A、B、C三个区域中,f TDP蛋白的喷施同时提高了鞘氨醇单胞菌属、链霉菌属、德沃斯氏菌属、KF-JG30-C25、Ramlibacter的相对丰度;在A、B区域及A、C区域中,蛋白的喷施增加了芽单胞菌属、Ellin6067及Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia、Dyella相对丰度;同时与CK相比,蛋白的喷施在A区域中提高了丛生放线菌属、类诺卡氏菌属等的种群丰度,且显著提高了芽单胞菌属、类诺卡氏菌属等的种群数量;在B区域中提高了黄色土源菌属、罗尔斯通菌属等的相对丰度,且显著增加了Ramlibacter的数量;而在C区域中Muribaculaceae、链球菌属、Acidibacter的相对丰度增加。采用稀释平板涂布的方式从三个区域的TV组分离得到41株优势菌种,通过革兰氏染色确定菌种的形态。结果显示,在A组中,多数菌呈现了革兰氏染色阴性,只有两种为革兰氏阳性菌。B、C组中,多数为革兰氏阳性菌,少数为革兰氏阴性菌。16S r DNA测序后通过基因比对鉴定,分离菌种分别归属于有益菌属Arthrobacter、Brachybacterium、Microbacterium、Leifsonia、Bacillus、Pseudarthrobacter、Bacterium、Stenotrophomonas。综上所述,本研究确定了f TDP蛋白的最佳施用浓度为200μg/m L。烟草在三种不同土壤环境下生长状态有所差别,而f TDP的使用对烟草的生长没有影响。但f TDP蛋白的施用对受病毒感染烟草根际微生物的多样性产生了重要的影响,使有益菌属的相对丰度增加,为复杂的抗病毒途径分析提供新资料,并且优势菌种的分离鉴定为后续挖掘抗TMV生防菌奠定理论基础。
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