拮抗水稻白叶枯病菌曲霉菌株的筛选、鉴定及抑菌活性成分解析

来源 :浙江师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hello_tyj
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曲霉属真菌是一类广泛存在于自然界多种不同生境中的丝状真菌,能够产生多种类型且具生理活性的代谢产物。几千年来,曲霉属真菌一直都是食品加工、发酵工业及农业生产中的重要菌种。曲霉属真菌的代谢产物化学结构复杂、多样且新颖,它们具有不同程度的抗菌、抗癌、抗氧化、抗病毒活性、抗肿瘤、抗糖尿病、降低血脂等的功能。此外,曲霉属真菌在农业方面也有广泛的应用,包括在生物肥料领域以及生物防治领域。由Xanthomonas oryzae pv.oryzae(Xoo)引起的水稻白叶枯病是世界水稻种植地区中具有高破坏潜力的细菌病害之一,对水稻生产构成了威胁。该病菌经由风雨传播,通过叶片上的水孔或伤口侵入水稻,导致减产10%50%,甚至绝收。因此,将由水稻白叶枯病导致的水稻减产而带来的经济损失降到最低是一个紧迫的问题。近年来,随着水稻种植结构的调整和栽培品种的变化,特别是台风暴雨等灾害性天气频发,以及菌源的逐步累积等多种因素影响,水稻白叶枯病的发生又呈上升流行的态势。为此,寻求防治白叶枯病发生的方法对农业生产具有重要的意义。本课题以不同生境中分离纯化所得的68株曲霉属菌株及实验室保藏的158株曲霉属菌株为材料,筛选获得具有拮抗水稻白叶枯病菌(Xoo)作用的菌核曲霉As-75。第一,筛选拮抗水稻白叶枯病菌的曲霉菌株。从腐烂的水果、发霉的食物、土壤、空气等不同生境中,通过分离纯化收集大量的纯菌株,依据其菌落自然生长状态及显微结构特征,筛选获得68株曲霉菌株。以收集所得的68株曲霉菌株和实验室已保藏的158株曲霉菌株为供试菌株,以Xoo P6生理小种为指示菌株,通过共培养法初筛和牛津杯法复筛获得一株拮抗白叶枯病菌能力最强、效果最稳定的菌株,其抑菌圈直径达31.3 mm。分析目标菌株的菌落形态、显微结构特征、生理生化实验结果,并结合ITS rDNA序列,比对其同源性,构建系统发育树,最后鉴定该目标菌株为菌核曲霉(Aspergillus sclerotiorum),命名为菌核曲霉As-75(A.sclerotiorum As-75)。第二,对菌核曲霉As-75菌株发酵滤液进行抗菌谱测定。选用7种植物病原细菌和9种植物病原真菌为抗菌谱供试菌,以Xoo P6生理小种为指示菌,测定菌核曲霉As-75菌株发酵滤液抗菌谱。测试结果如下:发酵滤液对水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola)、大豆斑疹病菌(Xanthomonas axonopodis pv.glycines)、烟草野火病菌(Pseudomonas syringae pv.tabaci)、番茄细菌性叶斑病菌(Pseudomonas syringa pv.tomato)、野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris pv.campestris)、烟草青枯病菌(Ralstonia solanacearum)有较好的抑制作用,对大豆细菌性斑点病菌(Pseudomonas syringae pv.glycinea)无抑制作用;对杨树枯萎病菌(Fusarium solani)、小麦赤霉病菌(Gibberella fujikuroi)、小麦全蚀病菌(Gaeumannomyces graminis)、苹果轮纹病菌(Botryosphaeria berengerianade Notaris)和稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)这5种植物病原真菌有较好抑制作用,对黄瓜枯萎病菌(Fusarium oxysporumf.sp.momordicae)、西瓜炭疽病菌(Colletotrichum orbiculare)、番茄早疫病菌(Alternaria solani)这3种植物病原真菌有较弱抑制作用,对假禾谷镰刀菌(Fusarium pseudograminearum)基本无抑制作用。第三,以水稻白叶枯病菌P6生理小种为指示菌,探究菌核曲霉As-75菌株发酵滤液在不同温度、不同光照时间和光照种类、不同酸碱度环境中的稳定性。测试结果表明:当处于4000 lx日光灯、温度不高于60℃、pH 6.5环境下,发酵滤液稳定性达到最大;当温度高于60℃后,发酵液稳定性逐渐下降;在40 w紫外灯下照射时,随着时间的增长,稳定性略有下降;当发酵滤液在低于或高于pH 6.5环境下时,抑菌能力均有下降。第四,为了提高菌核曲霉As-75菌株发酵滤液对Xoo的抑菌能力,对其原始发酵工艺(包括培养基配方和培养条件)进行单因素优化和响应面优化分析。最后得到适宜As-75菌株产抑菌活性物质能力的发酵条件为(以液体发酵培养基为基础):碳源为葡萄糖、氮源为黄豆粉、碳源浓度为9.46%、氮源浓度为0.57%、碳氮比为10:0.6、培养基初始pH 6.8,发酵温度28℃,碳转速为171 r/min、菌龄为6.05 d、接种量5%。经验证,在上述发酵工艺下,As-75菌株发酵滤液的抑菌能力有明显提高,抑菌圈直径达47.9 mm。第五,通过摇床大量发酵30 L As-75菌株发酵液,真空泵过滤得27 L发酵滤液,用旋转蒸发仪旋干后得15.4 g橙黄色乙酸乙酯粗提物。通过硅胶柱层析、凝胶柱层析分离纯化得到多种活性物质,以Xoo P6小种为指示菌,通过牛津杯法得到拮抗水稻白叶枯病菌P6小种能力最强的单体化合物,抑菌圈直径为40.1mm。结合核磁共振谱、质谱等手段,鉴定该抑菌单体活性物质为(2Z)-2-Butendioic acid,2-(1-methylethenyl)-,4-methyl ester,其分子式为C8H10O4,分子量为170.1622。第六,水稻防效试验,测定菌核曲霉As-75菌株发酵滤液防治效果。该实验以人工剪叶的方式,采用5种方式处理浙福802、日本晴、IR24、武运粳21、中花11五种品系水稻的叶片。其中2个对照组:无菌水对照、P6生理小种对照;3个处理组:方法(1)先用发酵滤液处理,再用P6生理小种侵染叶片;方法(2)先用P6生理小种侵染叶片,在喷洒发酵滤液;方法(3)先用叶枯唑(化学杀菌剂)处理,再用P6生理小种侵染叶片。试验结果显示:五种水稻品系中叶片病斑抑制比例最高可达77.55%,病情指数较P6对照组最多可降低50%,防治效果最高可达59.52%。此外,通过生物药液和化学杀菌剂作比对,发现在同浓度情况下,两者的效果接近,且生物药液的防治效果更好些。结合防效实验结果,可发现虽然采用方法(1)和方法(2)的方法处理的效果相较于P6对照均有作用,但是方法(1)处理方法的效果要明显优于方法(2),而方法(1)更侧重于预防。因此,农业上在水稻白叶枯病的防治上,采取预防的手段会更有效。第七,生态安全性初步评估。通过探究As-75菌株对种子萌发率的影响及对蚯蚓的毒理效应,得该发酵滤液对四种品系的水稻种子萌发基本无毒害作用,对蚯蚓无致死效应且对蚯蚓的活性也无影响。因此,初步评估As-75菌株发酵滤液具有生态安全性。
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