彭艷 毛毳 朱天輝 劉洋
(四川農(nóng)業(yè)大學,雅安,625014)
撐×綠雜交竹葉部細菌多樣性1)
彭艷 毛毳 朱天輝 劉洋
(四川農(nóng)業(yè)大學,雅安,625014)
通過固定標準地分季節(jié)采樣,采用稀釋平板分離,借助分子生物學方法研究了撐×綠雜交竹葉片附生細菌和內(nèi)生細菌數(shù)量及種類的季節(jié)性動態(tài)變化、群落組成及葉部細菌和微環(huán)境的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,將以上4個指標從病葉和健康葉上著重進行了對比分析,發(fā)現(xiàn)雜交竹病葉附生和內(nèi)生細菌數(shù)量的年平均值都大于健康葉;夏、秋兩季細菌的類群最多,其中以Bacilluscereus和Lysinibacillusfusiformis的分離頻率較高;無論是健康葉還是病葉,其附生和內(nèi)生細菌的物種豐富度隨季節(jié)變化較大,而且季節(jié)變化對內(nèi)生細菌物種的豐富度影響顯著;葉片生理指標表明健康葉附生細菌的數(shù)量隨pH值的升高而增加,健康葉內(nèi)生細菌和病葉附生細菌的數(shù)量與蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)相關(guān)性顯著。
撐×綠雜交竹;健康葉;病葉;細菌多樣性;生物防治
Based on sampling on permanent sample plots in different seasons, we studied the seasonal dynamic changes of quantity and species of epiphytic bacteria and endophitic bacteria, bacteria community composition and microenvironment of leaves ofBambusapervariabilis×Dendrocalamopsisdaiiby plate dilution method and molecular biological method. We also comparatively analyzed four indexes between healthy leaves and diseased leaves. The quantity of epiphytic bacteria and endophytic bacteria of diseased leaves were more than healthy leaves in all the seasons. Bacteria species were most in summer and autumn, and isolation rates ofBacilluscereusandLysinibacillusfusiformiswere higher than that of the others’. For healthy leaves and diseased leaves, the species richness of epiphyticbacteria and endophytic bacteria changed greatly with seasons, and seasonal change had significant influence on species richness of endophytic bacteria. Physiological indexes showed that quantity of epiphytic bacteria of healthy leaves increased with pH, and the correlations between quantity of endophytic bacteria of healthy leaves and epiphytic bacteria of diseased leaves and content of protein were significant.
一直以來,人們對植物根際細菌做過深入的研究[1-2],而作為葉部微生物的重要組成成分,植物葉部的附生細菌和內(nèi)生細菌的研究卻被人們忽視。自從Last[3]和Ruinen[4]分別對禾谷類作物葉面和熱帶森林葉表微生物生態(tài)進行系統(tǒng)研究以后,才極大地促進了人們對葉部微生物的研究。有研究表明葉部附生細菌在其生長發(fā)育過程中會產(chǎn)生具有拮抗性或競爭性的一種或幾種代謝產(chǎn)物,從而達到抑制植物病原菌的效果[5],此外,其在促進植物生長、降解環(huán)境污染、生物傳感監(jiān)測等方面也有重要作用[6-7]。植物內(nèi)生細菌同樣具有多方面的生物學作用,如促生、防病、內(nèi)生固氮[8-10],同時研究發(fā)現(xiàn),植物內(nèi)生細菌還是良好的外源基因載體,為防病、殺蟲及固氮等植物外源基因?qū)胫参矬w內(nèi)提供了另一種方法和途徑[11]。
撐×綠雜交竹是具有良好發(fā)展前途的優(yōu)良經(jīng)濟竹種。近年,來雅安地區(qū)的撐×綠雜交竹屢屢遭受病害的侵襲,產(chǎn)量不斷減少,給當?shù)氐牧謽I(yè)經(jīng)濟造成了嚴重的損害。為了更好地防治撐×綠雜交竹葉部病害,本文通過對撐×綠雜交竹病、健康葉上細菌多樣性的對比分析,從微生態(tài)的角度研究了細菌數(shù)量及種群的變化,以期為雜交竹枝葉病害生物防治和生態(tài)調(diào)控提供理論和實踐依據(jù)。
分別于春季(3月)、夏季(6月)、秋季(9月)、冬季(12月)4個季節(jié)在四川省雅安市姚橋鎮(zhèn)(東經(jīng)103°0′55″~103°4′55″,北緯29°59′46″~30°2′48″,海拔622.8 m),采集撐×綠雜交竹健康葉、病葉,雜交竹栽培區(qū)面積為6.67 hm2,將樣地分為3個區(qū),每個區(qū)任選10株雜交竹(重復(fù)10次),每株分上、中、下3層,每層的東、西、南、北各方位取兩片葉子,共計24片。樣品帶回實驗室用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基進行分離培養(yǎng)。
附生細菌的分離:每株雜交竹每片葉上隨機打孔5個,共得120個直徑1 cm的葉圓片,混勻后分成3份。分別放入盛有100 mL滅菌水的三角瓶中,在振蕩器上恒溫25 ℃振蕩1 h之后采用平板稀釋分離法[12]進行分離。25~28 ℃下培養(yǎng)2~3 d,用平板計數(shù)法進行計數(shù)[12]。
內(nèi)生細菌的分離:分離內(nèi)生細菌之前,對樣品進行表面消毒,之后剪成1.0~1.5 cm的小段,混勻后分為3份,每份加入10 mL無菌水,研碎成漿,分別轉(zhuǎn)入已滅菌的300 mL三角瓶中。每份5 g葉片共加入無菌水50 mL,之后采用平板稀釋法進行分離,25~28 ℃下培養(yǎng)2~3 d,用平板計數(shù)法進行計數(shù)[12]。
葉表附生微生物:微生物密度=(平均每皿菌落數(shù)×稀釋倍數(shù))∕葉圓片總面積(正反),單位為個/cm2。
葉片內(nèi)生微生物:微生物密度=(平均每皿菌落數(shù)(為同一稀釋度的3個平板上菌落平均數(shù))×稀釋倍數(shù))∕含菌樣品質(zhì)量,單位為個/g。
相對分離頻率=(某種菌分離菌落數(shù)/分離總菌落數(shù))×100%。
細菌的鑒定采用16SrDNA分析法[13]鑒定到種,引物選用細菌通用引物PrimerA:5′-AGA GTT TGA TCC TGG CTC AG-3′,PrimerB:5′-GGT TAC CTT GTT ACG ACT T-3′。葉片生理指標的測定分別采用pH計、考馬斯亮藍G-250法和蒽酮法來測定葉片pH值、蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)和可溶性糖的質(zhì)量分數(shù)[14]。
2.1 撐×綠雜交竹健、病葉細菌數(shù)量的季節(jié)性變化
從附生細菌數(shù)量的季節(jié)性動態(tài)變化(表1)來看,健、病葉的細菌數(shù)量都呈現(xiàn)出在夏、秋兩季達到1 a中的最大值的規(guī)律。原因是夏、秋兩季是病害的高發(fā)期而且也是各種細菌大量繁殖的時期。健康葉附生細菌數(shù)量從春季到夏季急劇增加,到秋季達到最大值32.5個/cm2,病葉與之呈現(xiàn)相似的趨勢,從春季到夏季急劇增加并在夏季達到1 a中的最大值1 174.8個/cm2。從秋季開始數(shù)量又逐漸下降,但速率較緩??梢娂竟?jié)變化對葉面附生細菌數(shù)量有明顯的影響。另外,健、病葉葉面附生細菌數(shù)量差異明顯,夏季差異最大,分別為5.9和1174.8個/cm2??梢娙~片是否感病對附生細菌也有影響。
表1 撐×綠雜交竹健、病葉附生細菌數(shù)量季節(jié)變化 個·cm-2
注:同行不同大寫字母表示差異顯著(P<0.05);同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。
健、病葉的內(nèi)生細菌數(shù)量變化趨勢相似(表2),春季之后數(shù)量急劇升高,到夏季達到最大值,分別為3 406.6和4 733.2個/cm2,夏季之后數(shù)量緩慢下降,過了秋季數(shù)量急劇下降,到冬季達到最小值,分別為0.7和793.2個/cm2??傮w上看,內(nèi)生細菌數(shù)量隨季節(jié)變化有明顯差異,各個季節(jié)病葉內(nèi)生細菌都大于健康葉,且秋季二者之間差異最大。
表2 撐×綠雜交竹健、病葉內(nèi)生細菌數(shù)量季節(jié)變化 個·cm-2
注:同行不同大寫字母表示差異顯著(P<0.05);同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。
2.2 撐×綠雜交竹健、病葉細菌類群特征
2.2.1 撐×綠雜交竹健、病葉附生細菌類群多樣性
健康葉葉面附生細菌群落組成及季節(jié)演替情況見表3。健康葉葉面共分離鑒定細菌23種。3個季節(jié)在健康葉葉面上出現(xiàn)的細菌有2種,占8.70%;在2個季節(jié)出現(xiàn)的有15種,占65.22%;僅在1個季節(jié)出現(xiàn)的有6種,占26.09%。春季從健康葉葉面分離到細菌12種,相對分離頻率達到10%的細菌有1種,是B.subtilis(69.62%),為該季節(jié)的優(yōu)勢菌;夏季共分離到4種,優(yōu)勢種是Sphingobacteriumsiyangensis(30.95%)和B.subtilis(42.85%);秋季分離到12種,由B.cereus(32.67%)、L.fusiformis(15.03%)2個種組成優(yōu)勢類群;冬季分離到4種,優(yōu)勢種為B.fusiformis(14.63%)。其中,B.cereus在秋季處于活性高峰,從秋季到冬季在細菌中所占的比例逐漸下降,B.subtilis出現(xiàn)在春、夏兩季,且在這兩季處于優(yōu)勢地位;B.fusiformis在冬季處于活性高峰,其余2個優(yōu)勢種也僅在1個季節(jié)相對分離頻率達到優(yōu)勢種標準。從總體來看,B.cereus在健康葉葉面附生細菌的數(shù)量組成中占有極其重要的地位,其次S.siyangensisa也是較為穩(wěn)定的組成成分。
病葉附生細菌有29種。在3個季節(jié)出現(xiàn)的有3種,占10.34%;在2個季節(jié)出現(xiàn)的有1種,占3.44%;僅在1個季節(jié)出現(xiàn)的有25種,占86.21%。春季分離到細菌9種,優(yōu)勢種由B.sp.2(23.41%)和Enterobacteriaceaebacterium(50.77%)組成;夏季共分離到10種,有2個優(yōu)勢種,分別為B.subtilis(40.47%)和Xanthomonadaceaebacterium(35.71%);秋季共分離到10種,其中有3株組成優(yōu)勢類群,分別為L.fusiformis(10.15%)、B.thuringiensis(17.76%)和Erwiniaamylovora(12.18%);在冬季共分離到7種,Pseudomonasoryzihabitans(17.97%)和B.ceres(15.66%)為優(yōu)勢種。在病葉葉面,沒有在3個季節(jié)均處于優(yōu)勢地位的種。從總體變化趨勢看,B.subtilis在細菌的年動態(tài)變化中處于重要地位。
表3 葉面附生細菌的群落組成及季節(jié)演替
2.2.2 撐×綠雜交竹健、病葉內(nèi)生細菌類群
共鑒定健康葉內(nèi)生細菌14種,其群落組成及季節(jié)演替見表4。健康葉內(nèi)生細菌中,未發(fā)現(xiàn)在4個季節(jié)或3個季節(jié)均出現(xiàn)的菌種;在2個季節(jié)出現(xiàn)的有4種,占分離總物種數(shù)的28.57%;其余10種都只在一個季節(jié)出現(xiàn),占分離總物種數(shù)的71.43%。春季共分離到內(nèi)生細菌5種,達到優(yōu)勢菌的有2株,分別是B.cereus和L.fusiformis,相對分離頻率分別為13.54%和78.56%;在夏季共分離到7種,其中B.fusiformis、Stenotrophomonasmaltophilia和P.plecoglossicida為優(yōu)勢種。相對分離頻率分別為16.05%、17.42%和52.84%;秋季共分離到5種,其中以S.siyangensis和Microbacteriumtestaceum的數(shù)量優(yōu)勢最明顯,相對分離頻率為28.97%和66.41%;在冬季,共分離到1種:B.subtilis,占絕對優(yōu)勢。總體來看,在健康葉內(nèi)生優(yōu)勢類群中,來自芽孢桿菌屬(Bacillus)細菌占了一部分,是健康葉內(nèi)生菌的重要組成部分。
病葉內(nèi)生細菌共19種。所分離的病葉內(nèi)生細菌中,沒有在4個季節(jié)和3個季節(jié)都出現(xiàn)的菌種;在2個季節(jié)出現(xiàn)的有2種,占分離總株數(shù)的10.53%,其余17個種都只在一個季節(jié)出現(xiàn),占分離總株數(shù)的89.47%。在春季,分離到5種內(nèi)生細菌,其中4株為芽孢桿菌;在夏季共分離到7種,5種為優(yōu)勢菌,分別是B.subtilis和E.bacterium(10.08%)、P.argentinensis(47.06%)、P. sp(27.73%)和P.putida(22.69%);秋季共分離4種,相對分離頻率最高的為S.siyangensis和M.testaceum分別達到42.25%和43.66%;在冬季也分離到5種,S.maltophilia和P.plecoglossicida占優(yōu)勢分離率都分別為31.87%和65.4%。病葉內(nèi)生菌優(yōu)勢類群也以假單孢屬細菌(Pseudomonas)居多。
表4 葉片內(nèi)生細菌的群落組成及季節(jié)演替
2.3 撐×綠雜交竹健、病葉細菌類群物種豐富度
2.3.1 撐×綠雜交竹健、病葉細菌類群物種豐富度的季節(jié)性動態(tài)變化
健、病葉面附生細菌豐富度季節(jié)變化如表5所示,不同季節(jié)健康葉葉面附生細菌物種豐富度的變化趨勢有大到小為冬季、春季=秋季、夏季;而病葉上的變化趨勢由大到小為夏季=秋季、春季、冬季。健康葉葉面附生細菌物種豐富度在春秋冬三季就均高于病葉,且波動幅度很大。
表5 葉面附生細菌物種豐富度變化
注:同行不同大寫字母表示差異顯著(P<0.05);同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。
健、病葉內(nèi)生細菌豐富度季節(jié)變化如表6所示,不同季節(jié)健康葉內(nèi)生細菌物種豐富度的變化趨勢由大到小夏季、春季=秋季、冬季;病葉葉面附生細菌物種豐度的變化趨勢由大到小同為夏季、春季=冬季、秋季,二者在春、夏兩季的物種豐富度基本相同,冬季差異較大。可見,內(nèi)生細菌物種豐富度隨季節(jié)變化波動較為明顯,而在健、病葉間的差異較小。
表6 葉片內(nèi)生細菌物種豐富度變化
注:同行不同大寫字母表示差異顯著(P<0.05);同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。
2.3.2 撐×綠雜交竹葉部細菌物種豐富度
如表7所示,葉片類型和季節(jié)變化對附生細菌的影響不顯著。在內(nèi)生細菌方面,季節(jié)變化對細菌物種豐富度的影響顯著,而葉片類型對它的影響不顯著??梢娂竟?jié)變化是影響內(nèi)生細菌物種豐富度的重要因素。
2.4 撐×綠雜交竹細菌數(shù)量狀況與生理指標的關(guān)系
細菌數(shù)量除受季節(jié)和葉片類型的影響外,還受葉片微環(huán)境的影響。這個微環(huán)境主要就是指葉片上的pH值、蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)。
表7 健、病葉類型和季節(jié)變化對葉部細菌物種豐富度的方差分析
細菌物種變異來源變差自由度方差F值顯著性水平附生細菌葉片類型1.12511.1250.1080.764季 節(jié)39.375313.1251.2550.428內(nèi)生細菌葉片類型1.12511.1250.4580.547季 節(jié)16.37535.4582.220*0.026
注:*表示a=0.05時顯著。
從表8可以看出,健康葉附生細菌的數(shù)量和pH值呈正相關(guān),且關(guān)系顯著,說明健康葉葉面附生細菌的數(shù)量隨pH的升高而增加。健康葉內(nèi)生細菌和病葉附生細菌的數(shù)量和蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)呈顯著關(guān)系,而可溶性糖質(zhì)量分數(shù)與4種來源的細菌數(shù)量之間關(guān)系不顯著??偟膩砜?,葉面微環(huán)境對附生細菌數(shù)量的影響大于內(nèi)生細菌。
表8 葉部細菌數(shù)量狀況與生理指標的相關(guān)性
注:*表示a=0.05時相關(guān)。
通過本研究發(fā)現(xiàn),撐×綠雜交竹病葉葉面附生和葉片內(nèi)生細菌數(shù)量的年平均值均大于健康葉。健、病葉間細菌數(shù)量的差異說明雜交竹發(fā)病與否與葉部細菌的關(guān)系緊密。據(jù)Withers H[15]對“細菌數(shù)量應(yīng)答系統(tǒng)”的研究表明:細菌通過可自由擴散的小分子化合物作為信號分子進行個體細胞間信息交流,感應(yīng)其自身群體密度的變化,當細菌達到一定濃度時,調(diào)整整個群體的行為,做出相應(yīng)的應(yīng)答。其中AHLs(N-acylhomoserine lactones)介導的細菌數(shù)量應(yīng)答系統(tǒng)參與許多生物學功能的調(diào)節(jié),如生物發(fā)光,孢子形成,菌體游動,抗生素合成,質(zhì)粒接合轉(zhuǎn)移,動植物病原菌致病因子的產(chǎn)生等[16]。宋水山等[17]的研究發(fā)現(xiàn)AHLs細菌數(shù)量應(yīng)答系統(tǒng)參與病原菌的發(fā)病,并發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這很好地解釋了雜交竹病葉葉片細菌數(shù)量多于健康葉的原因,即病葉葉部細菌多,AHLs細菌數(shù)量應(yīng)答系統(tǒng)參與病原菌發(fā)病的作用也越強。夏、秋兩季一般為植物病害的高發(fā)期,細菌活動頻繁,因此生長于病葉上的細菌數(shù)量要高于健康葉,夏、秋兩季的細菌數(shù)量也遠大于春季和冬季。
對于附生細菌,健康葉的平均物種豐富度大于病葉,而對于內(nèi)生細菌,則病葉的平均物種豐富度大于健康葉。在健康葉上相對分離頻率高的物種大多數(shù)為芽孢桿菌,如枯草芽孢桿菌(B.subtilis)、蠟樣芽孢桿菌(B.cereus)和紡錘芽孢桿菌(B.fusiformis)。芽孢桿菌突出的特征是能產(chǎn)生耐熱抗逆的芽孢,這有利于生防菌劑的生產(chǎn)、劑型加工及在環(huán)境中存活、定殖與繁殖[18]。此外,它產(chǎn)生的脂肽抗生素對多種真菌和細菌具有強烈的拮抗作用[19-20],而且它還能產(chǎn)生多種細菌素,可抗真菌和細菌病害[21-23]。因此健康葉上分離得到大量的芽孢桿菌。值得注意的是病葉上分離到梨火疫病病原菌(E.amylovora),且為優(yōu)勢種。Hueck[24]和Galan[25]的研究表明:E.amylovora含有三型分泌系統(tǒng)(type III secretion system,TTSS),TTSS能包裝及運輸一系列效應(yīng)蛋白穿越宿主的防衛(wèi)體系,進入膜內(nèi)釋放效應(yīng)蛋白,產(chǎn)生毒性或者引起一系列過敏性反應(yīng),具有強致病性。除此之外,在病葉上分離得到的其他優(yōu)勢種,如S.siyangensis、M.testaceum、X.bacterium等,國內(nèi)外對其研究相對較少,它們是否為致病菌,仍需進一步的研究。
通過對4個季節(jié)健康葉和病葉pH值的測定,發(fā)現(xiàn)健康葉葉部的pH值變化范圍在6~7,病葉葉部的pH值略高于健康葉,帶堿性。這與細菌喜偏堿的環(huán)境有關(guān)。在酸性條件下細菌一般生長緩慢或者不生長。這也從另一方面解釋了病葉葉部細菌數(shù)量多于健康葉的原因。氮源是細菌主要的營養(yǎng)來源,因此健康葉內(nèi)生細菌和病葉附生細菌的數(shù)量都和蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)相關(guān)。為此我們可以利用改變?nèi)~部微環(huán)境的方法,調(diào)節(jié)pH值和蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)來抑制病原菌的生長。
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Foliar Bacterial Diversity ofBambusapervariabilis×Dendrocalamopsisdaii
Peng Yan, Mao Cui, Zhu Tianhui, Liu Yang(Sichuan Agricultural University, Ya’an 625014, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University,2015,43(6):67-71,97.
Bambusapervariabilis×Dendrocalamopsisdaii; Healthy leaves; Diseased leaves; Bacterial diversity; Biological control
1)國家科技基礎(chǔ)條件平臺項目(2005DK21207-13)。
彭艷,女,1992年12月生,四川農(nóng)業(yè)大學林學院,碩士研究生。E-mail:1362582576@qq.com。
朱天輝,四川農(nóng)業(yè)大學林學院,教授。E-mail:zhuth1227@126.com。
2013年12月1日。
S763.13
責任編輯:潘 華。