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摘 要 从4种芭蕉属植物的10个不同部位组织中分离内生细菌,并用Sherlock MIS微生物自动鉴定系统进行脂肪酸鉴定,分析芭蕉属植物内生细菌种类及数量分布特性。结果表明:不同种类芭蕉属植物内生细菌含量存在较大差别,其中威廉斯香蕉内生细菌含量最高,达8.809×108 cfu/g,而芭蕉和红花蕉含菌量最低,分别为2.022×105 cfu/g和2.171×105 cfu/g。在同一种类的不同器官组织中,内生细菌的含量也有所不同。共分离得到64株内生细菌,可鉴定的菌株有23株,划分为14个种群,隶属于11个属,数量最多、分离频率最高的3种内生细菌为伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi)、克雷白氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)、赫替假单胞杆菌(Pseudomonas huttiensis)。根据这14种内生细菌的分布情况显示,不同种内生细菌在种群数量分布上差异显著。
关键词 芭蕉属;内生菌;种群;脂肪酸鉴定;分布
中图分类号 Q949;S432 文献标识码 A
Distribution of Endophytic Bacteria from Genus Musa Plants
CHEN Lu1,2,3, LIU Bo1 *, XIAO Rongfeng1, SHI Huai1, ZHU Yujing1, LAI Zhongxiong3 *
1 Agricultural Bioresource Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou, Fujian 350003, China
2 Institute of Landscape Gardening, Quanzhou Gardens Administration Bureau, Quanzhou, Fujian 362000, China
3 Institute of Horticultural Biotechnology, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China
Abstract A total of 64 endophytic bacterial strains were isolated from four plant species of Musa, and identified by fatty acid technology in Sherlock MIS(microbe identification system). The species and the quantity distribution of endophytic bacteria were studied. The results showed that a great difference was found in the amount of endophytic bacteria among different species of Musa genus plants. The amount of endophytic bacteria in Musa spp. cv Williams(AAA group)was the highest, and the content reached 8.809×108 cfu/g;and it was the lowest in Musa spp.(ABB group)and Musa coccinea, with the contents of to 2.022×105 cfu/g and 2.171×105 cfu/g. In different organs of the same species, the amount of endophytic bacteria was different. Only 23 lines of the endophytic bacteria could be identified and classified into 14 species and 11 genera. The largest numbers and highest frequency of three kinds of those isolated endophytic bacteria were Salmonella typhi, Klebsiella pneumoniae and Pseudomonas huttiensis. The distribution of the 14 bacterial species showed that there were differences in the amount distribution of different species of endophytic bacteria.
Key words Musa; Endophyte; Species; Fatty acid identification; Distribution
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.08.029
植物内生细菌是指其生活史的某一个阶段或整个阶段生活于健康植物各种组织和器官内部或细胞间隙、正常情况下它们的存在并未使植物组织的表型特征和功能有明显改变的细菌[1-2]。目前在各种农作物及果树等经济作物中发现的内生细菌已超过129种,分别属于54个属。主要有:芽孢杆菌属(Bacillus)、黄单胞菌属(Xanthomonas)、假单胞杆菌属(Pseudomonas)、肠杆菌属(Enterobacter)及短小杆菌属(Curtobacterium)等[3]。近年,利用内生细菌进行植物病害的生物防治已成为研究热点。植物内生细菌生防机制主要有产生抗生素、诱导寄主产生系统抗性、灭活病菌萌发因子和产生胞外酶溶解病原菌细胞壁等几种方式[4]。植物内生细菌可能具有宿主特异性,且在宿主不同器官中,其类群数量消长动态各有不同[5]。了解内生细菌的分布规律对有效利用内生细菌防治植物病害具有重要意义。本研究对芭蕉属植物内生细菌的种群分布特性进行了研究,以期为进一步从芭蕉属植物内生细菌中筛选芭蕉属植物病害拮抗菌株、研究防治方法及其防病机理奠定基础。 1 材料与方法
1.1 供试材料
野生蕉(Musa spp.,AB group)、芭蕉(Musa spp.,ABB group)、威廉斯香蕉(Musa spp. cv Williams,AAA group)、红花蕉(Musa coccinea),均采自生长发育正常的健康植株。每种材料采集3株,采集当天返回实验室储存在4 ℃冰柜内,于第2天分离样品。
内生细菌分离采用NA培养基。内生细菌脂肪酸提取用TSBA培养基:3%胰蛋白胨大豆肉汤(Tryptic soy broth,TSB,购于Fisher公司)+1.5%琼脂。脂肪酸提取处理试剂如下:
皂化试剂:氢氧化钠45 g+甲醇150 mL+水150 mL;
甲基化试剂:6 N盐酸325 mL+甲醇275 mL;
萃取试剂:正已烷200 mL+甲基叔丁基乙醚200 mL;
洗涤试剂:氢氧化钠10.8 g+水900 mL(配制方法由MIDI公司提供)。
气相色谱系统:美国Agilent-6890N型。
分析软件:美国MIDI公司开发的基于微生物细胞脂肪酸成分鉴定的全自动微生物鉴定系统Sherlock MIS 4.5(Microbial Identification System)和LGS 4.5(Library Generation Software)。
1.2 试验方法
1.2.1 内生细菌的分离 每株样品选取10个不同部位,每个部位采集3份重复。各部位材料选取依据:根部分别选取根尖、距土表30 cm左右的材料;茎部分别选取根茎交接处10 cm以内、中段10 cm以内、距顶端10 cm以内的部分;地下球茎、叶柄、叶肉组织、叶主脉、叶侧脉随机选取。将样品冲洗干净,吸干表面水分。分别称取不同部位植株组织,先用75%酒精浸泡数十秒,无菌水冲洗数次后,再用10%次氯酸钠溶液浸8 min,无菌水反复漂洗,无菌滤纸吸干。并取最后一次漂洗材料后的无菌水涂布平板,然后置于培养箱培养足够天数,若无菌落出现,证明表面消毒彻底,分离结果可用。用无菌剪刀将样品剪碎在无菌研钵中,充分研磨匀浆,用无菌水101、102、103、104梯度稀释后取200 μL稀释液涂布于NA平板上,3个重复,30 ℃暗培养。分离的样品长出单菌落后,调查总菌落数,并根据菌落颜色、形状、干湿、高度、透明度、边缘等特征,挑取各部位具有代表性的单菌落,分别计数后用-80 ℃甘油冷冻保存。采用DPSR软件对数据进行统计分析。
1.2.2 内生细菌的鉴定 细菌脂肪酸的提取、气相色谱检测和脂肪酸的鉴定方法参照陈璐[6]、蓝江林等[7]发表的方法。
2 结果与分析
2.1 芭蕉属植物内生细菌种群数量的分布特性
不同种类的芭蕉属植物内生细菌含量差异显著,威廉斯香蕉内生细菌含量最高,达8.809×108 cfu/g,其次是野生蕉,达7.597×106 cfu/g,芭蕉和红花蕉含菌量差不多,均是4个种类中最低的,分别为2.022×105 cfu/g和2.171×105 cfu/g。具体到各个部位,不同种类的芭蕉属植物内生细菌含量也差异显著。叶部的内生细菌含菌量规律为威廉斯香蕉≌野生蕉>芭蕉>红花蕉;茎部的内生细菌含菌量规律为威廉斯香蕉>野生蕉>芭蕉>红花蕉;根部的内生细菌含菌量规律为威廉斯蕉>野生蕉>芭蕉≌红花蕉(表1、2)。
由表1、2可知,野生蕉内生细菌不同部位的数量分布为叶部>根部>茎部,芭蕉内生细菌不同部位的数量分布为茎部>叶部>根部,红花蕉和威廉斯香蕉内生细菌不同部位的数量分布均为根部>叶部≌茎部。野生蕉内生细菌在叶部的分布主要在叶柄、叶主脉和叶侧脉,茎部的分布主要在茎中部、茎基部,根部的分布在根体和根尖;芭蕉内生细菌在叶部的分布主要在叶肉,茎部的分布主要在茎顶部,根部的分布主要在根体;红花蕉内生细菌在叶部和茎部分布极少,根部的分布主要在根尖;威廉斯香蕉内生细菌在叶部的分布主要在叶柄,茎部的分布主要在茎基部,根部的分布主要在根体,根体中内生细菌数量远超过其他9个部位。
2.2 芭蕉属植物内生细菌的鉴定
共分离得到64株内生细菌,其中相似性指数大于0.500,可确定其菌种名称的有23株,14个种(表3);相似性指数低于0.500[6],还未能确定菌种名称的有41株。已鉴定的14个种隶属于11个属,
分别是沙门氏菌属(Salmonella spp.)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas spp.)、埃希氏菌属(Escherichia spp.)、Paucimonas spp.、假单胞杆菌属(Pseudomonas spp.)、肠杆菌属(Enterobacter spp.)、克雷伯氏菌属(Klebsiella spp.)、根瘤菌属(Rhizobium spp.)、芽孢杆菌属(Bacillus spp.)、西地西菌属(Cedecea spp.)、耶尔森氏菌属(Yersinia spp.)。
2.3 内生细菌在芭蕉属植物中的分布特性
鉴定的内生细菌在芭蕉属植物内的数量分布见表4。由表4可知,内生细菌猪霍乱沙门菌(S. choleraesuis)、嗜麦芽寡养单胞菌(S. maltophilia)、P. lemoignei、产气肠杆菌(E. aerogenes)只出现在野生蕉植株内;放射根瘤菌(R. adiobacter)和巨大芽孢杆菌(B. megaterium)只存在于芭蕉植株内;而恶臭假单胞杆菌(P. putida)、戴氏西地西菌(C. davisae)和弗氏耶尔森菌(Y. frederiksenii)只在威廉斯香蕉植株内出现。另外,同时存在野生蕉和威廉斯香蕉里有大肠杆菌(E. coli)、伤寒沙门氏菌(S. typhi)、门多萨假单胞杆菌(P. mendocina)、克雷白氏杆菌(K. pneumoniae);只有赫替假单胞杆菌(P. huttiensis)同时存在于野生蕉和芭蕉。红花蕉上没有分离到这14种内生细菌。 其中伤寒沙门氏菌、克雷白氏杆菌、产气肠杆菌和赫替假单胞杆菌是野生蕉上的优势种群,赫替假单胞杆菌、放射根瘤菌、巨大芽孢杆菌是芭蕉上的优势种群,伤寒沙门氏菌是威廉斯香蕉上的优势种群。伤寒沙门氏菌分布于野生蕉的茎部和威廉斯香蕉的根部,同时威廉斯香蕉的含量比野生蕉高近794倍;克雷白氏杆菌分布在野生蕉和威廉斯香蕉的茎部,其中在威廉斯香蕉中的分布比野生蕉高19倍多;赫替假单胞杆菌分布在野生蕉根部和芭蕉叶部,在野生蕉体内浓度约为芭蕉体内的27.6倍。野生蕉植株内的内生细菌种类最多,有9种;其次是威廉斯香蕉,有7种;红花蕉上最少,为0种;芭蕉上只有3种。但威廉斯香蕉上内生细菌数量最多,尤其在根部;其次是野生蕉,内生细菌同样集中在根部。
3 讨论与结论
在对植物内生菌研究应用之前对其微生态学要有足够的了解[8]。许多研究表明植物内生菌具有宿主特异性。有报道称发现茶树有性系后代中不同品种内生细菌数量差异显著[9]。在研究宿主植物的基因型对棉花的内生细菌的影响中Adams等[10]认为,宿主植物的基因型等影响内生细菌在植株中的生存。本研究发现不同品种芭蕉属植物内生细菌含量存在较大差别,在4个检测品种中野生蕉内生细菌含量最高,芭蕉含菌量最低。结果证明了植物体内内生细菌数量与品种存在一定的关系。因此,在从芭蕉属植物内生细菌中寻找芭蕉属植物病害拮抗菌株时,应选择能够广泛定殖于芭蕉属植物中的内生细菌种群。
在同一种植物的不同器官组织中,内生菌的数量也有所不同。付业勤等[11]报道的香蕉内生细菌数量在植株根、假茎、叶柄、叶片组织的总体分布呈现递减趋势。本文研究得到相似结果,红花蕉和威廉斯蕉有个共同特征是根部含菌量远高于叶部和茎部。其他植物上也有相似的研究结果,如哈密瓜内生细菌分布规律为种子>根>叶片>茎>叶柄>果实[12]。但也有辣椒叶部内生细菌的数量高于根部的报道[13]。本研究中野生蕉叶部内生细菌含量同样比根部含量高。因此植物品种和器官都是影响内生细菌数量的因素。选择芭蕉属植物病害拮抗菌株时,应研究其在不同芭蕉属品种植株体内的定殖规律,以便掌握该拮抗菌株的特性,更好地运用在生物防治上。
现代微生物学研究表明:细菌的细胞结构中普遍含有的脂肪酸成分与细菌的DNA具有高度的同源性,各种细菌具有其特征性的细胞脂肪酸指纹图谱[14]。因此它的种类和含量是细胞化分类法的重要依据之一。Sherlock MIS微生物自动鉴定系统是一种商业化的微生物脂肪酸气相色谱分析系统,有一套完整的标准化程序,该系统备有迄今为止微生物鉴定系统中最大的数据库资源,包括嗜氧菌1 100余种,厌氧菌800余种,酵母菌和放线菌约300种,共计超过2 200种[15]。本文分离到64株内生细菌,因为受到原有模式菌株和数据库的限制,仅23株鉴定到种级。因此利用已鉴定的23株内生菌进行内生细菌类群的研究。其中猪霍乱沙门菌、伤寒沙门氏菌、P. lemoignei、门多萨假单胞杆菌、产气肠杆菌、赫替假单胞杆菌、恶臭假单胞杆菌、弗氏耶尔森菌为本研究新发现的内生细菌。
黎起秦等[16]发现内生细菌的类群因番茄品种而异,他们认为这种差异可能与内生细菌对宿主的选择性相关,并且提出番茄内生细菌与宿主植物共生关系的形成是经过长期自然选择的结果。本文研究的23种内生菌中仅大肠杆菌、伤寒沙门氏菌、门多萨假单胞杆菌、克雷白氏杆菌、赫替假单胞杆菌同时存在于2种芭蕉属植物中。黎起秦等[16]对番茄内生细菌类群数量的研究表明,不同器官中类群数量亦有差异,在根部最多,其次是茎和叶。本研究中数量大、分离频率高的3种优势菌株为伤寒沙门氏菌、克雷白氏杆菌、赫替假单胞杆菌,其中存在于根部的共有2株,为伤寒沙门氏菌和赫替假单胞杆菌;另外茎部1株,为克雷白氏杆菌。可见,芭蕉属植物内生细菌主要集中在根部。
本研究中赫替假单胞杆菌为4种芭蕉属植物植株中的优势菌株,又能同时存在于多种芭蕉属植物中。在黎起秦等[16]的研究中假单胞杆菌(Pseudomonas spp.)在不同番茄品种、植株的不同器官以及不同栽培地区中是主要类群。郝晓娟等[17]从香蕉植株中分离得到一株铜绿假单胞菌(P. aeruginosa),对香蕉枯萎病菌(Fusarium oxysporum f. sp. cubense)有良好的抑制作用。因此,假单胞杆菌作为生防菌定殖于芭蕉属植物植株体内的可行性很大。
虽然4个品种的芭蕉属植物分别采自不同地区,但这4个地区的气候差异不大,在本研究中不同种植地区对内生菌种群分布影响可以忽略不计。本研究中芭蕉属植物内生细菌的种群分布主要与宿主品种和器官的不同有关,因此在研制和应用内生细菌制剂时,要充分考虑各类因素的影响,防止各类因素对制剂应用效果的影响。
参考文献
[1] Hallmann J, Quadt-Hallmann A, Mahaffee W F, et al. Bacterial endophyties in agricultural crops[J]. Canadian Journal of Microbilogy, 1997, 43(10): 895-914.
[2] 郭良栋. 内生真菌研究进展[J]. 菌物系统, 2001, 20(1): 148-152.
[3] 何 劲, 刘蕴哲, 康冀川. 植物内生菌及其在农业和医学上的用途[J]. 贵州农业科学, 2006, 34(3): 113-115.
[4] Keel C, Defago G. Interactions between beneficial soil bacteria and root pathogens: mechanisms and ecological impact(Eds. A. C. Gange, V. K. Brown)[A]. Multitrophic interactions in terrestrial system[C]. Oxford: Blackwell Science, 1997, 27-47. [5] Mocali S, Bertelli E, Cello F D. Fluctuation of bacteria isolated from elm tissues during different seasons and from different plant organs[J]. Research in Microbiology, 2003, 154: 105-l14.
[6] 陈 璐. 芭蕉属植物内生菌特性的研究[D]. 福州: 福建农林大学硕士学位论文, 2009.
[7] 蓝江林, 刘 波, 陈 璐, 等. 芭蕉属植物内生细菌磷脂脂肪酸(PLFA)生物标记特性研究[J]. 中国农业科学, 2010, 43(10): 2 045-2 055.
[8] 韩继刚, 宋 未. 植物内生细菌研究进展及其应用潜力[J]. 自然科学进展, 2004, 14(4): 377.
[9] 陈百文, 郑晓彦, 叶乃兴, 等. 茶树内生细菌的分布规律初探[J]. 福建茶业, 2008, 1: 27-29.
[10] Adams P D, Kloepper J W. Effect of host genotype on indigenous bacterial endophytes of cotton(Gossypium hirsutum L.)[J]. Plant and Soi, 2002, 240: 181-189.
[11] 付业勤, 蔡吉苗, 刘先宝, 等. 香蕉内生细菌分离、 活性评价及数量分布[J]. 热带作物学报, 2007, 28(4): 78-83.
[12] 罗 明, 卢 云, 陈金焕, 等. 哈密瓜内生细菌菌群密度及分布动态[J]. 干旱区研究, 2007, 24(1): 28-33.
[13] Quadt-Hallmann A, Kioepper J W. Immunoological detection and localization of the cotton endophyte Enterobacter asburiae JM22 in different plant species[J]. Canadian Jouanal of Microbioligy, 1996, 42: 1 144-1 154.
[14] 刘志辉, 蔡杏珊, 竺澎波, 等. 应用气相色谱技术分子全细胞脂肪酸快速鉴定分枝杆菌[J]. 中华结核和呼吸杂志, 2005, 28(6): 403-406.
[15] MIDI, Inc. Sherlock Microbial Identification System[M]. Version 4.5, MIS Operating Mannual, 2002.
[16] 黎起秦, 谢义灵, 林 纬, 等. 广西番茄内生细菌的多样性和数量动态[J]. 生物多样性, 2006, 14(6): 534-540.
[17] 郝晓娟, 刘 波, 谢关林, 等. 铜绿假单胞菌FJAT一346对番茄枯萎病的生防作用[J]. 山西农业大学学报(自然科学版), 2011, 31(1): 39-43.
责任编辑:叶庆亮
关键词 芭蕉属;内生菌;种群;脂肪酸鉴定;分布
中图分类号 Q949;S432 文献标识码 A
Distribution of Endophytic Bacteria from Genus Musa Plants
CHEN Lu1,2,3, LIU Bo1 *, XIAO Rongfeng1, SHI Huai1, ZHU Yujing1, LAI Zhongxiong3 *
1 Agricultural Bioresource Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou, Fujian 350003, China
2 Institute of Landscape Gardening, Quanzhou Gardens Administration Bureau, Quanzhou, Fujian 362000, China
3 Institute of Horticultural Biotechnology, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China
Abstract A total of 64 endophytic bacterial strains were isolated from four plant species of Musa, and identified by fatty acid technology in Sherlock MIS(microbe identification system). The species and the quantity distribution of endophytic bacteria were studied. The results showed that a great difference was found in the amount of endophytic bacteria among different species of Musa genus plants. The amount of endophytic bacteria in Musa spp. cv Williams(AAA group)was the highest, and the content reached 8.809×108 cfu/g;and it was the lowest in Musa spp.(ABB group)and Musa coccinea, with the contents of to 2.022×105 cfu/g and 2.171×105 cfu/g. In different organs of the same species, the amount of endophytic bacteria was different. Only 23 lines of the endophytic bacteria could be identified and classified into 14 species and 11 genera. The largest numbers and highest frequency of three kinds of those isolated endophytic bacteria were Salmonella typhi, Klebsiella pneumoniae and Pseudomonas huttiensis. The distribution of the 14 bacterial species showed that there were differences in the amount distribution of different species of endophytic bacteria.
Key words Musa; Endophyte; Species; Fatty acid identification; Distribution
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.08.029
植物内生细菌是指其生活史的某一个阶段或整个阶段生活于健康植物各种组织和器官内部或细胞间隙、正常情况下它们的存在并未使植物组织的表型特征和功能有明显改变的细菌[1-2]。目前在各种农作物及果树等经济作物中发现的内生细菌已超过129种,分别属于54个属。主要有:芽孢杆菌属(Bacillus)、黄单胞菌属(Xanthomonas)、假单胞杆菌属(Pseudomonas)、肠杆菌属(Enterobacter)及短小杆菌属(Curtobacterium)等[3]。近年,利用内生细菌进行植物病害的生物防治已成为研究热点。植物内生细菌生防机制主要有产生抗生素、诱导寄主产生系统抗性、灭活病菌萌发因子和产生胞外酶溶解病原菌细胞壁等几种方式[4]。植物内生细菌可能具有宿主特异性,且在宿主不同器官中,其类群数量消长动态各有不同[5]。了解内生细菌的分布规律对有效利用内生细菌防治植物病害具有重要意义。本研究对芭蕉属植物内生细菌的种群分布特性进行了研究,以期为进一步从芭蕉属植物内生细菌中筛选芭蕉属植物病害拮抗菌株、研究防治方法及其防病机理奠定基础。 1 材料与方法
1.1 供试材料
野生蕉(Musa spp.,AB group)、芭蕉(Musa spp.,ABB group)、威廉斯香蕉(Musa spp. cv Williams,AAA group)、红花蕉(Musa coccinea),均采自生长发育正常的健康植株。每种材料采集3株,采集当天返回实验室储存在4 ℃冰柜内,于第2天分离样品。
内生细菌分离采用NA培养基。内生细菌脂肪酸提取用TSBA培养基:3%胰蛋白胨大豆肉汤(Tryptic soy broth,TSB,购于Fisher公司)+1.5%琼脂。脂肪酸提取处理试剂如下:
皂化试剂:氢氧化钠45 g+甲醇150 mL+水150 mL;
甲基化试剂:6 N盐酸325 mL+甲醇275 mL;
萃取试剂:正已烷200 mL+甲基叔丁基乙醚200 mL;
洗涤试剂:氢氧化钠10.8 g+水900 mL(配制方法由MIDI公司提供)。
气相色谱系统:美国Agilent-6890N型。
分析软件:美国MIDI公司开发的基于微生物细胞脂肪酸成分鉴定的全自动微生物鉴定系统Sherlock MIS 4.5(Microbial Identification System)和LGS 4.5(Library Generation Software)。
1.2 试验方法
1.2.1 内生细菌的分离 每株样品选取10个不同部位,每个部位采集3份重复。各部位材料选取依据:根部分别选取根尖、距土表30 cm左右的材料;茎部分别选取根茎交接处10 cm以内、中段10 cm以内、距顶端10 cm以内的部分;地下球茎、叶柄、叶肉组织、叶主脉、叶侧脉随机选取。将样品冲洗干净,吸干表面水分。分别称取不同部位植株组织,先用75%酒精浸泡数十秒,无菌水冲洗数次后,再用10%次氯酸钠溶液浸8 min,无菌水反复漂洗,无菌滤纸吸干。并取最后一次漂洗材料后的无菌水涂布平板,然后置于培养箱培养足够天数,若无菌落出现,证明表面消毒彻底,分离结果可用。用无菌剪刀将样品剪碎在无菌研钵中,充分研磨匀浆,用无菌水101、102、103、104梯度稀释后取200 μL稀释液涂布于NA平板上,3个重复,30 ℃暗培养。分离的样品长出单菌落后,调查总菌落数,并根据菌落颜色、形状、干湿、高度、透明度、边缘等特征,挑取各部位具有代表性的单菌落,分别计数后用-80 ℃甘油冷冻保存。采用DPSR软件对数据进行统计分析。
1.2.2 内生细菌的鉴定 细菌脂肪酸的提取、气相色谱检测和脂肪酸的鉴定方法参照陈璐[6]、蓝江林等[7]发表的方法。
2 结果与分析
2.1 芭蕉属植物内生细菌种群数量的分布特性
不同种类的芭蕉属植物内生细菌含量差异显著,威廉斯香蕉内生细菌含量最高,达8.809×108 cfu/g,其次是野生蕉,达7.597×106 cfu/g,芭蕉和红花蕉含菌量差不多,均是4个种类中最低的,分别为2.022×105 cfu/g和2.171×105 cfu/g。具体到各个部位,不同种类的芭蕉属植物内生细菌含量也差异显著。叶部的内生细菌含菌量规律为威廉斯香蕉≌野生蕉>芭蕉>红花蕉;茎部的内生细菌含菌量规律为威廉斯香蕉>野生蕉>芭蕉>红花蕉;根部的内生细菌含菌量规律为威廉斯蕉>野生蕉>芭蕉≌红花蕉(表1、2)。
由表1、2可知,野生蕉内生细菌不同部位的数量分布为叶部>根部>茎部,芭蕉内生细菌不同部位的数量分布为茎部>叶部>根部,红花蕉和威廉斯香蕉内生细菌不同部位的数量分布均为根部>叶部≌茎部。野生蕉内生细菌在叶部的分布主要在叶柄、叶主脉和叶侧脉,茎部的分布主要在茎中部、茎基部,根部的分布在根体和根尖;芭蕉内生细菌在叶部的分布主要在叶肉,茎部的分布主要在茎顶部,根部的分布主要在根体;红花蕉内生细菌在叶部和茎部分布极少,根部的分布主要在根尖;威廉斯香蕉内生细菌在叶部的分布主要在叶柄,茎部的分布主要在茎基部,根部的分布主要在根体,根体中内生细菌数量远超过其他9个部位。
2.2 芭蕉属植物内生细菌的鉴定
共分离得到64株内生细菌,其中相似性指数大于0.500,可确定其菌种名称的有23株,14个种(表3);相似性指数低于0.500[6],还未能确定菌种名称的有41株。已鉴定的14个种隶属于11个属,
分别是沙门氏菌属(Salmonella spp.)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas spp.)、埃希氏菌属(Escherichia spp.)、Paucimonas spp.、假单胞杆菌属(Pseudomonas spp.)、肠杆菌属(Enterobacter spp.)、克雷伯氏菌属(Klebsiella spp.)、根瘤菌属(Rhizobium spp.)、芽孢杆菌属(Bacillus spp.)、西地西菌属(Cedecea spp.)、耶尔森氏菌属(Yersinia spp.)。
2.3 内生细菌在芭蕉属植物中的分布特性
鉴定的内生细菌在芭蕉属植物内的数量分布见表4。由表4可知,内生细菌猪霍乱沙门菌(S. choleraesuis)、嗜麦芽寡养单胞菌(S. maltophilia)、P. lemoignei、产气肠杆菌(E. aerogenes)只出现在野生蕉植株内;放射根瘤菌(R. adiobacter)和巨大芽孢杆菌(B. megaterium)只存在于芭蕉植株内;而恶臭假单胞杆菌(P. putida)、戴氏西地西菌(C. davisae)和弗氏耶尔森菌(Y. frederiksenii)只在威廉斯香蕉植株内出现。另外,同时存在野生蕉和威廉斯香蕉里有大肠杆菌(E. coli)、伤寒沙门氏菌(S. typhi)、门多萨假单胞杆菌(P. mendocina)、克雷白氏杆菌(K. pneumoniae);只有赫替假单胞杆菌(P. huttiensis)同时存在于野生蕉和芭蕉。红花蕉上没有分离到这14种内生细菌。 其中伤寒沙门氏菌、克雷白氏杆菌、产气肠杆菌和赫替假单胞杆菌是野生蕉上的优势种群,赫替假单胞杆菌、放射根瘤菌、巨大芽孢杆菌是芭蕉上的优势种群,伤寒沙门氏菌是威廉斯香蕉上的优势种群。伤寒沙门氏菌分布于野生蕉的茎部和威廉斯香蕉的根部,同时威廉斯香蕉的含量比野生蕉高近794倍;克雷白氏杆菌分布在野生蕉和威廉斯香蕉的茎部,其中在威廉斯香蕉中的分布比野生蕉高19倍多;赫替假单胞杆菌分布在野生蕉根部和芭蕉叶部,在野生蕉体内浓度约为芭蕉体内的27.6倍。野生蕉植株内的内生细菌种类最多,有9种;其次是威廉斯香蕉,有7种;红花蕉上最少,为0种;芭蕉上只有3种。但威廉斯香蕉上内生细菌数量最多,尤其在根部;其次是野生蕉,内生细菌同样集中在根部。
3 讨论与结论
在对植物内生菌研究应用之前对其微生态学要有足够的了解[8]。许多研究表明植物内生菌具有宿主特异性。有报道称发现茶树有性系后代中不同品种内生细菌数量差异显著[9]。在研究宿主植物的基因型对棉花的内生细菌的影响中Adams等[10]认为,宿主植物的基因型等影响内生细菌在植株中的生存。本研究发现不同品种芭蕉属植物内生细菌含量存在较大差别,在4个检测品种中野生蕉内生细菌含量最高,芭蕉含菌量最低。结果证明了植物体内内生细菌数量与品种存在一定的关系。因此,在从芭蕉属植物内生细菌中寻找芭蕉属植物病害拮抗菌株时,应选择能够广泛定殖于芭蕉属植物中的内生细菌种群。
在同一种植物的不同器官组织中,内生菌的数量也有所不同。付业勤等[11]报道的香蕉内生细菌数量在植株根、假茎、叶柄、叶片组织的总体分布呈现递减趋势。本文研究得到相似结果,红花蕉和威廉斯蕉有个共同特征是根部含菌量远高于叶部和茎部。其他植物上也有相似的研究结果,如哈密瓜内生细菌分布规律为种子>根>叶片>茎>叶柄>果实[12]。但也有辣椒叶部内生细菌的数量高于根部的报道[13]。本研究中野生蕉叶部内生细菌含量同样比根部含量高。因此植物品种和器官都是影响内生细菌数量的因素。选择芭蕉属植物病害拮抗菌株时,应研究其在不同芭蕉属品种植株体内的定殖规律,以便掌握该拮抗菌株的特性,更好地运用在生物防治上。
现代微生物学研究表明:细菌的细胞结构中普遍含有的脂肪酸成分与细菌的DNA具有高度的同源性,各种细菌具有其特征性的细胞脂肪酸指纹图谱[14]。因此它的种类和含量是细胞化分类法的重要依据之一。Sherlock MIS微生物自动鉴定系统是一种商业化的微生物脂肪酸气相色谱分析系统,有一套完整的标准化程序,该系统备有迄今为止微生物鉴定系统中最大的数据库资源,包括嗜氧菌1 100余种,厌氧菌800余种,酵母菌和放线菌约300种,共计超过2 200种[15]。本文分离到64株内生细菌,因为受到原有模式菌株和数据库的限制,仅23株鉴定到种级。因此利用已鉴定的23株内生菌进行内生细菌类群的研究。其中猪霍乱沙门菌、伤寒沙门氏菌、P. lemoignei、门多萨假单胞杆菌、产气肠杆菌、赫替假单胞杆菌、恶臭假单胞杆菌、弗氏耶尔森菌为本研究新发现的内生细菌。
黎起秦等[16]发现内生细菌的类群因番茄品种而异,他们认为这种差异可能与内生细菌对宿主的选择性相关,并且提出番茄内生细菌与宿主植物共生关系的形成是经过长期自然选择的结果。本文研究的23种内生菌中仅大肠杆菌、伤寒沙门氏菌、门多萨假单胞杆菌、克雷白氏杆菌、赫替假单胞杆菌同时存在于2种芭蕉属植物中。黎起秦等[16]对番茄内生细菌类群数量的研究表明,不同器官中类群数量亦有差异,在根部最多,其次是茎和叶。本研究中数量大、分离频率高的3种优势菌株为伤寒沙门氏菌、克雷白氏杆菌、赫替假单胞杆菌,其中存在于根部的共有2株,为伤寒沙门氏菌和赫替假单胞杆菌;另外茎部1株,为克雷白氏杆菌。可见,芭蕉属植物内生细菌主要集中在根部。
本研究中赫替假单胞杆菌为4种芭蕉属植物植株中的优势菌株,又能同时存在于多种芭蕉属植物中。在黎起秦等[16]的研究中假单胞杆菌(Pseudomonas spp.)在不同番茄品种、植株的不同器官以及不同栽培地区中是主要类群。郝晓娟等[17]从香蕉植株中分离得到一株铜绿假单胞菌(P. aeruginosa),对香蕉枯萎病菌(Fusarium oxysporum f. sp. cubense)有良好的抑制作用。因此,假单胞杆菌作为生防菌定殖于芭蕉属植物植株体内的可行性很大。
虽然4个品种的芭蕉属植物分别采自不同地区,但这4个地区的气候差异不大,在本研究中不同种植地区对内生菌种群分布影响可以忽略不计。本研究中芭蕉属植物内生细菌的种群分布主要与宿主品种和器官的不同有关,因此在研制和应用内生细菌制剂时,要充分考虑各类因素的影响,防止各类因素对制剂应用效果的影响。
参考文献
[1] Hallmann J, Quadt-Hallmann A, Mahaffee W F, et al. Bacterial endophyties in agricultural crops[J]. Canadian Journal of Microbilogy, 1997, 43(10): 895-914.
[2] 郭良栋. 内生真菌研究进展[J]. 菌物系统, 2001, 20(1): 148-152.
[3] 何 劲, 刘蕴哲, 康冀川. 植物内生菌及其在农业和医学上的用途[J]. 贵州农业科学, 2006, 34(3): 113-115.
[4] Keel C, Defago G. Interactions between beneficial soil bacteria and root pathogens: mechanisms and ecological impact(Eds. A. C. Gange, V. K. Brown)[A]. Multitrophic interactions in terrestrial system[C]. Oxford: Blackwell Science, 1997, 27-47. [5] Mocali S, Bertelli E, Cello F D. Fluctuation of bacteria isolated from elm tissues during different seasons and from different plant organs[J]. Research in Microbiology, 2003, 154: 105-l14.
[6] 陈 璐. 芭蕉属植物内生菌特性的研究[D]. 福州: 福建农林大学硕士学位论文, 2009.
[7] 蓝江林, 刘 波, 陈 璐, 等. 芭蕉属植物内生细菌磷脂脂肪酸(PLFA)生物标记特性研究[J]. 中国农业科学, 2010, 43(10): 2 045-2 055.
[8] 韩继刚, 宋 未. 植物内生细菌研究进展及其应用潜力[J]. 自然科学进展, 2004, 14(4): 377.
[9] 陈百文, 郑晓彦, 叶乃兴, 等. 茶树内生细菌的分布规律初探[J]. 福建茶业, 2008, 1: 27-29.
[10] Adams P D, Kloepper J W. Effect of host genotype on indigenous bacterial endophytes of cotton(Gossypium hirsutum L.)[J]. Plant and Soi, 2002, 240: 181-189.
[11] 付业勤, 蔡吉苗, 刘先宝, 等. 香蕉内生细菌分离、 活性评价及数量分布[J]. 热带作物学报, 2007, 28(4): 78-83.
[12] 罗 明, 卢 云, 陈金焕, 等. 哈密瓜内生细菌菌群密度及分布动态[J]. 干旱区研究, 2007, 24(1): 28-33.
[13] Quadt-Hallmann A, Kioepper J W. Immunoological detection and localization of the cotton endophyte Enterobacter asburiae JM22 in different plant species[J]. Canadian Jouanal of Microbioligy, 1996, 42: 1 144-1 154.
[14] 刘志辉, 蔡杏珊, 竺澎波, 等. 应用气相色谱技术分子全细胞脂肪酸快速鉴定分枝杆菌[J]. 中华结核和呼吸杂志, 2005, 28(6): 403-406.
[15] MIDI, Inc. Sherlock Microbial Identification System[M]. Version 4.5, MIS Operating Mannual, 2002.
[16] 黎起秦, 谢义灵, 林 纬, 等. 广西番茄内生细菌的多样性和数量动态[J]. 生物多样性, 2006, 14(6): 534-540.
[17] 郝晓娟, 刘 波, 谢关林, 等. 铜绿假单胞菌FJAT一346对番茄枯萎病的生防作用[J]. 山西农业大学学报(自然科学版), 2011, 31(1): 39-43.
责任编辑:叶庆亮