蓝花楹茎腐病及内生细菌微生态调控研究

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hanlu198723620
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园林植物是城市生态系统的重要组成部分,具有美化环境、减轻噪音、净化空气、形成良好景观、调节小气候等多种功能,是城市设施建设的重要内容,而蓝花楹(Jacaranda acutifolia)是重要的园林景观配置树种,主要以庭院景观、滨水景观、主入口景观和道路景观等形式应用在城市绿地中。蓝花楹在四川主要分布于攀西、川东南和成都平原,且多有栽培生产基地,为四川地区的引种应用贮备了苗木资源,但在蓝花楹生长过程中,由于特殊的生态坏境,其叶、花、果、枝干以及根部可能遭受多种生物性病原侵染,严重威胁蓝花楹生长与园林景色。本文在四川蓝花楹栽培区设置固定标准地连续定点观察,发现蓝花楹新病害,通过对染病蓝花楹植株病原进行分离和致病性测定,结合形态学及r DNA-ITS序列分析确定病原菌种类,研究其系统发育,在探索病原菌致病因子生物活性及对蓝花楹生理代谢影响基础上,从健康植株根系皮层中筛选出对蓝花楹茎腐病(菌)具有显著生防作用的内生细菌,并评价该内生细菌与蓝花楹激素水平、根系抗性相关信号物质积累的相关性,研究其抗菌新蛋白及对茎腐病原的作用机理,为园林植物病害微生态调控、开发药肥两用生物制剂奠定基础,取得了以下主要研究成果:(1)厚垣镰孢菌(Fusarium chlamydosporum)是蓝花楹茎腐病的主要新病原通过固定样方定期观察,在四川省西昌市蓝花楹(Jacaranda acutifolia Humb.et Bonpl.)栽培区内首次发现一种侵染蓝花楹茎干基部的真菌性新病害—蓝花楹茎腐病,并对其症状进行了记载描述,在此基础上,通过病株采样、分离、单孢培养及致病性测定,得到两株具有代表性菌株A1和B1,结合形态学及基于r DNA-ITS序列的系统发育进一步分析表明,A1和B1菌株的形态学特性分别与镰孢菌属的尖孢镰孢菌(Fusarium oxysporum)和厚垣镰孢菌(Fusarium chlamydosporum)一致;利用真菌通用引物ITS1和ITS4进行r DNA扩增,对扩增产物进行回收、克隆、测序,分别得到两条大小为516 bp和523 bp的基因片段,通过登陆NCBI进行Blast比对,建立同源性较高的Fusarium属菌株的系统发育树,最终鉴定A1和B1分别为F.oxysporum和F.chlamydosporum,二者首次确定为蓝花楹茎腐病的病原,后者为主要病原,在国内外属首次报道。(2)蓝花楹茎腐病菌致病因子性质有差异,以非蛋白类物质为主薄层析结合柱层析分离纯化厚垣镰孢菌、尖孢镰孢菌的代谢物试验表明二者致病因子性质显著不同。厚垣镰孢菌可产生蛋白和非蛋白类物质,以非蛋白类为主,而尖孢镰孢菌只有非蛋白部分有活性,厚垣镰孢菌代谢物活性显著高于尖孢镰孢菌,这也是厚垣镰孢菌引起蓝花楹茎腐病主要原因之一。两病原共同非蛋白类致病因子分析显示,厚垣镰孢菌有3种物质,尖孢镰孢菌仅2种,造成的病斑面积,前者显著大于后者;以正丁醇︰乙酸︰甲醇=4︰1︰5最佳展开剂为固定相,用硅胶H60型柱层析纯化出的厚垣镰孢子非蛋白类致病因子可改变蓝花楹皮层细胞膜透性(离子渗漏增强),加剧膜脂过氧化程度(丙二醛含量升高),造成膜严重损伤,且厚垣镰孢活菌滞后其致病因子的作用。(3)厚垣镰孢菌胁迫影响蓝花楹生理代谢与防御酶活性病原菌对蓝花楹生理代谢测定表明,致病因子协迫影响强于厚垣镰孢菌活体侵入。厚垣镰孢菌可降低蓝花楹叶片净光合速率、蒸腾速率、叶绿素含量,减少率与侵入(作用)时间成正相关,但净光合减少幅度大于蒸腾减少率;叶片内可溶性糖含量在整个测试时期均呈现显著下降趋势,而叶片内的还原糖含量在致病因子作用后缓慢上升,但差异不显著(LSD法,p<0.05);蓝花楹总核酸、DNA和RNA含量在厚垣镰孢菌胁迫下随时间延长而下降,这与蓝花楹DNase和RNase活性增强有关;蓝花楹体内可溶性蛋白质含量、蛋白酶活性变化趋势与核酸代谢一致;蓝花楹防御酶系对致病因子的响应表现为,POD活性随作用时间延长而始终呈上升趋势,40d后可达262.09u/g FW水平。SOD活性上升并在第20d时达到峰值102.33u/g FW后,迅速下降接近接种前的活性水平。PPO活性在10d达最高(138.52u/g FW),以后显著下降,但仍然保持高于灌根前水平。致病因子灌根前后CAT活性变化不大,除短暂上升外很快回到接种前水平。与致病因子作用相比,厚垣镰孢菌活体对蓝花楹防御酶活性的影响虽有差异,总的来说前期影响不显著,后期与致病因子作用相近。蓝花楹生理响应与发病指数间有显著相关性,可溶性糖、丙二醛的含量、叶绿素含量、净光合速率、核酸含量、蛋白质含量与SOD、POD、PPO的活性可以作为蓝花楹病理反应评价指标。(4)解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)为存在于蓝花楹根系皮层中的有潜在生防能力的内生细菌蓝花楹根系经表面灭菌,采用稀释平板细菌分离法共获得24株内生菌株,主要为芽孢杆菌和假单胞杆菌2个属。以蓝花楹茎腐病原菌(Fusarium chlamydosporum)作为供测菌,用五点对峙法对分离得到的内生菌株进行拮抗作用初筛、平板扩散法复筛获得抑菌率达到97.8%的zhu66菌株,经16Sr DNA序列和生理生化试验,该菌株为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens),Gen Bank序列登录号为KJ865860。(5)解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)具有防病促生双重功效,在城市绿地植物中有显著微生态调控作用温室盆栽试验表明,解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)能有效预防和治疗蓝花楹茎腐病。在一定浓度下,浓度越高防效越好,以10~7cfu/m L浓度最佳,灭菌土防效优于自然土,所以在栽培时最好进行土壤灭菌或至少浸根处理;生防菌先于病原菌施入防效优于生防菌与病原菌同时接种,病原菌先于生防菌接种方式防效较低,这种现象在生产实践中有重要意义,体现了生物防治预防为主的防治特征。解淀粉芽孢杆菌除了有生防功能外,还能显著促进蓝花楹地茎、苗高与冠幅生长,只接病原菌未接拮抗菌的处理,蓝花楹茎生长严重受到影响,生长率最低,地茎、苗高、冠幅仅为2.2cm、108cm、45cm。拮抗菌浓度越高,促生效果越好,地茎、苗高、冠幅分别达4.2-4.3cm、135-136cm、62-63cm范围。城市绿地试验进一步验证,蓝花楹茎腐病不同发病程度的生防效果有显著差异,病区预防作用十分显著,不发生茎腐,防效100%,重度发生区几乎没有效果,轻度发生区防效明显,防效达74.1%,中度发生区有一定作用,防效为48.5%,且随着时间延长,防效增加,体现了生物防控可持续的生态理念,在城市绿地植物中有显著微生态调控作用。(6)内生细菌(B.amyloliquefaciens)对蓝花楹内源激素水平与抗性相关信号物质积累有重要影响采用间接酶联免疫试验法测定了B.amyloliquefaciens对蓝花楹内源激素含量的影响表明,4种激素对解淀粉芽孢杆菌和病原的胁迫的响应有不同表现,且解淀粉芽孢杆菌不同接种方式显著影响蓝花楹根系的激素水平,单独接种解淀粉芽孢杆菌处理,蓝花楹根系中的IAA、GAs两种激素水平显著高于对照和其它处理,ABA水平在处理间无显著差异,解淀粉芽孢杆菌对蓝花楹根系中的ZR没有激发或降低作用,对拮抗菌、病原菌、拮抗菌与病原菌协同接种反应不大。解淀粉芽孢杆菌接种可提高ZR激素水平,但与病原菌挑战接种方式差异不明显。B.amyloliquefaciens对蓝花楹根系SA和H2O2积累分别通过高效液相色谱和分光光度仪测定,生物接种处理早期可刺激蓝花楹根系H2O2生成。病原菌、生防菌、生防菌+病原菌3种接种方式6h的根系H2O2含量显著高于清水对照,而12-24h时,病原菌处理的蓝花楹根系H2O2含量与对照相当,生防菌、生防菌+病原菌处理的根系H2O2含量仍显著高于对照,48h后3种处理蓝花楹根系H2O2含量与清水对照差异不显著,恢复到接种前水平。3种接种方式都能激发根系总SA含量,病原菌接种早期激发显著,12h达高点后随时间逐渐降低,72h低于对照;挑战接种的SA含量激发程度最大,6h达最高量后随时间波动,后期接近对照。生防菌接种虽初期不能显著激发SA,24h最高,以后时间下降但均显著高于对照水平。SA不同类型含量变化有差异。生防菌处理主要激发蓝花楹长期稳定产生高水平游离态SA,生防菌+病原菌处理主要激发蓝花楹早期产生游离态SA,病原菌处理则激发蓝花楹产生早期均等游离态和结合态SA。(7)B.amyloliquefaciens产生一种对厚垣镰孢菌有强抑制活性的新抗菌蛋白B.amyloliquefaciens的无菌发酵液通过硫酸铵分级盐析获得具有抗菌活性的粗蛋白类物质,在弱阴离子交换层析得到活性较高的混合蛋白基础上,通过Sephadex G-50分子筛凝胶过滤获得了对厚垣镰孢菌有强抑制活性的纯抗菌蛋白,经透析浓缩、SDS-PAGE电泳和考马斯亮蓝染色后,仅显示出一条带,并与Marker的29 k Da条带完全重合,根据标准蛋白分子量对数与相对迁移率标准曲线,计算出该抗菌蛋白的表观分子量为29 k Da。自动Edman降解法检测该抗菌蛋白的N末端8个氨基酸序列为:NH2-Gly-Arg-Pro-Leu-Pro-Leu-Ala-Ala,以N末端的8个氨基酸序列片段为靶序列,基于NCBI BLAST程序在蛋白质数据库进行类似性检索,结果与来自色素细菌LK1(Chromobacterium sp.LK1)的假定蛋白(hypothetical protein)(登录号:WP048411675.1)的154-161位置的氨基酸残基序列具有100%的同源性,但并未检索到已知的与其同源性较高的抗菌蛋白,说明本研究获得的抗菌蛋白是一种新蛋白。
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