摘要:綠針假單胞菌被認為是環(huán)境友好型的植物生防與促生菌,但關(guān)于綠針假單胞菌對香蕉枯萎病的防治效果尚不清楚。本研究利用綠針假單胞菌防治香蕉枯萎病,通過抗病相關(guān)代謝酶檢測、代謝液的抑菌效果和盆栽試驗明確綠針假單胞菌對香蕉枯萎病的生防效果及對土壤微生物群落的影響。結(jié)果表明:綠針假單胞菌桔黃亞種P1能夠顯著抑制香蕉枯萎病病原菌,抑菌率為89.92%。P1的菌懸液和代謝液均能有效抑制香蕉枯萎病病原菌菌絲生長和孢子萌發(fā);生防菌P1能夠分泌與生防作用相關(guān)的嗜鐵素、蛋白酶、纖維素酶和淀粉酶;P1能夠穩(wěn)定定殖于植物根際土壤,顯著抑制土壤中鐮孢菌拷貝數(shù)的增加,對香蕉根系枯萎病防效達88.43%,對香蕉株高、莖圍和植株干質(zhì)量具有顯著的促進作用。同時土壤中綠針假單胞菌P1 的豐度與真菌群落多樣性(Fungus Shannon)和鐮孢菌(Fusarium)的相對豐度呈顯著負相關(guān),與細菌群落多樣性(Bacterial Shannon)、群落豐度(BacterialChao1)和真菌群落豐度(Fungus Chao1)呈極顯著負相關(guān)。研究表明,綠針假單胞菌桔黃亞種P1是一株良好的廣譜抑菌性生防菌,能夠顯著防控香蕉枯萎病,并對香蕉具有促生作用。
關(guān)鍵詞:香蕉枯萎??;尖孢鐮孢菌;綠針假單胞菌;抑菌機制;生防效果
中圖分類號:S436.68 文獻標志碼:A 文章編號:2095-6819(2025)01-0206-12 doi: 10.13254/j.jare.2023.0339
香蕉(Musa spp.)是世界上重要的熱帶和亞熱帶水果,我國是僅次于印度的香蕉第二大生產(chǎn)國,是世界香蕉消費第一大國[1]。香蕉枯萎病是我國香蕉產(chǎn)區(qū)發(fā)生最為嚴重、最難防治的一種毀滅性土傳病害,被老百姓稱為“香蕉癌癥”。香蕉枯萎?。‵usariumwilt disease of banana),又稱巴拿馬病或黃葉病,是由尖孢鐮孢菌古巴?;停‵usarium oxysporium f. sp.cubense 4,F(xiàn)oc 4)引起的一種土傳維管束病害,幾乎能侵染所有的香蕉品種,難以防控[2-5]。尤其在全球變暖以及集約化農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的背景下,風(fēng)險將進一步增大[6]。
土傳病害控制包括化學(xué)藥劑、抗性品種、輪作種植、生物防治等方式[7-11]。生物防治因具有綠色、長效、生態(tài)友好等特點,被認為是未來預(yù)防土傳病害的重要措施之一[12-13]。研究證明,貝萊斯芽孢桿菌B18對Foc TR4具有顯著抑制作用,盆栽防效為67.9%[14]。勇智[12]研究發(fā)現(xiàn)放線菌對Foc TR4具有良好的抑制作用,Yang 等[15]發(fā)現(xiàn)木霉菌有消除Foc TR4 傳播的潛力,孫杰等[16]發(fā)現(xiàn)由綠色木霉和解淀粉芽孢桿菌制成復(fù)合生防菌劑能有效抑制Foc 4的增殖。綠針假單胞菌(Pseudomonas chlororaphis)是國內(nèi)外研究最早、報道最多的一類生防菌,受到各國研究者的關(guān)注。綠針假單胞菌廣泛分布于植物根際土壤中,可產(chǎn)生多種具有抑菌作用的次生代謝產(chǎn)物,包括吩嗪類物質(zhì)、藤黃綠膿菌素(Pyoluteorin,Plt)、硝吡咯菌素(Pyrrolntrin,Prn)、2,4-DAPG(2,4-diacetylphloroglueinol,Phl)、脂多肽類及其衍生物等,在防治病害中發(fā)揮著重要作用[17]。此外,綠針假單胞菌還可以產(chǎn)生植物激素IAA、嗜鐵素等物質(zhì),促進植物的生長[18-19]。研究報道,綠針假單胞菌(P. chlororaphis)對植物抵抗病原菌、線蟲等侵染具有顯著的促進作用[20]。但目前關(guān)于綠針假單胞菌防治香蕉枯萎病的研究還鮮有報道。鑒于此, 本研究擬探究綠針假單胞菌對香蕉枯萎病的生防作用機理與生防效果,明確綠針假單胞菌對香蕉枯萎病的生防作用機理與生防效果,初步探究綠針假單胞菌對土壤微生物群落豐度與多樣性的影響,為綠針假單胞菌的應(yīng)用及其土壤生物作用研究提供理論基礎(chǔ)。
1 材料與方法
1.1 菌株P(guān)1的鑒定
1.1.1 菌株形態(tài)特征及生理生化指標測定
將菌株P(guān)1單菌落接種于KB固體培養(yǎng)基上,28 ℃培養(yǎng)24 h后,參照《常見細菌系統(tǒng)鑒定書冊》[21]和《伯杰氏細菌鑒定手冊》[22]對菌株進行形態(tài)特征觀察與生理生化指標測定。
1.1.2 P1菌株16S rDNA鑒定
采用TIANGEN 細菌基因組DNA 提取試劑盒提取菌株P(guān)1基因組DNA為模板,選擇16S rDNA保守基因(引物為27F-1492R)進行PCR 擴增并測序[23]。所得PCR產(chǎn)物由生工生物工程(上海)股份有限公司進行測序,使用MEGA 7.0軟件對測序結(jié)果進行分析并分類。
1.2 拮抗菌P1對香蕉枯萎病的抑菌效果
香蕉枯萎病病原菌尖孢鐮孢菌(F. oxysporum)JB9 由嶺南師范學(xué)院熱帶作物綠色防控課題組分離,經(jīng)過形態(tài)學(xué)觀察、分子生物學(xué)鑒定確定為尖孢鐮孢菌。
生防細菌P1為嶺南師范學(xué)院熱帶作物綠色防控課題組前期分離,菌種P1保藏于中國普通微生物菌種保藏管理中心,保藏編號為CGMCC No:19577,菌株16S rDNA 序列上傳至NCBI 數(shù)據(jù)庫的登錄號為OR_143372。
采用平板對峙法檢測P1對JB9的抑制效果。在PDA培養(yǎng)基平板中心接種一個直徑5 mm的香蕉枯萎病病原菌菌餅,采用十字交叉法將5 μL OD600 為1.0的待測菌株菌懸液滴加距皿中心2.5 cm處。以無菌培養(yǎng)基為對照,5個重復(fù),密封后放于28 ℃恒溫箱培養(yǎng)5~7 d,待空白菌株長至平板邊緣,拍照后利用Image-Pro Plus 6.0 識別計算抑菌率。
抑菌率(%)=(對照菌落面積-處理菌落面積)/對照菌落面積×100
分別挑取對照組與處理組病原菌菌落邊緣菌絲放置顯微鏡下觀察形態(tài)[14]。
1.3 生防菌生長曲線
用接種針挑取活化培養(yǎng)24 h后的生防菌,接種于100 mL PDB培養(yǎng)液中,置于28 ℃、170 r·min-1的搖床中振蕩培養(yǎng)24 h作為種子液。無菌條件下抽取1 mL生防菌種子培養(yǎng)液接種到裝有99 mL PDB培養(yǎng)基的250 mL 錐形瓶中,設(shè)3 個重復(fù),置于預(yù)先設(shè)置好28 ℃、170 r·min-1的搖床中振蕩培養(yǎng),分別在培養(yǎng)12、24、48、72、96、120 h和144 h取樣,用紫外分光光度計測定生防菌培養(yǎng)液的OD600值。
1.4 生防菌代謝酶測定
1.4.1 蛋白酶檢測
A:稱取脫脂奶粉(DSM)6.4 g溶于240 mL蒸餾水中,放于高壓滅菌鍋121 ℃滅菌1 min。B:稱取瓊脂(Agar)6.4 g,加水定容至240 mL,放于高壓滅菌鍋121 ℃滅菌20 min,待冷卻后備用。當(dāng)A滅菌后,取出冷卻,同時用微波爐融化B,冷卻至50~60 ℃將兩者混合后倒平板。接種生防菌后置于30 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)3 d,觀察是否出現(xiàn)透明圈,拍照記錄[24]。
1.4.2 纖維素酶檢測
稱取蛋白胨(Peptone)10 g、羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)10 g、酵母粉(Yeast Extract)10 g、氯化鈉(NaCl)5 g、瓊脂(Agar)18 g、磷酸二氫鉀(KH2PO4)1g,用水定容至1 000 mL,調(diào)節(jié)pH 為7.0,置于高壓滅菌鍋滅菌,待冷卻后倒平板。將生防菌接種后放于30 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2 d,取出,用預(yù)先配好的濃度為1mg·mL-1的剛果紅溶液染色,靜置1 h,將染液倒掉,再倒入1 mol·L-1的NaCI溶液,浸泡靜置1 h,拍照觀察記錄有無透明圈[24]。
1.4.3 淀粉酶檢測
配制淀粉酶鑒定培養(yǎng)基,稱取可溶性淀粉2 g、FeSO4 ·7H2O 0.05 g、KNO3 3.1 g、NaCl 0.05 g、K3PO4 ·3H2O 0.05 g、MgSO4·7H2O 0.05 g、瓊脂2 g、蒸餾水100mL,高壓蒸氣(121 ℃、20 min)滅菌。將濾紙片在菌株發(fā)酵液中浸泡潤濕后放入淀粉酶培養(yǎng)基內(nèi),在37 ℃下培養(yǎng)2~3 d,然后加稀碘液將整個培養(yǎng)基平板上覆蓋,15 min后再觀察透明圈的存在情況[24]。
1.4.4 嗜鐵素檢測
A :稱取60.5 mg 的鉻天青(Chrome AzurolSulphonate,CAS)溶于50 mL 去離子水中;B:10 mL的三價鐵溶液(配制1 mmol FeCl3·6H2O,溶液中相當(dāng)于含有10 mmol·L-1鹽酸);C:稱取72.9 mg溴化十六烷基三甲基銨(Hexadecy -ltrimethyl-ammoniumBromide,HDTMA)溶于40 mL 去離子水)。將A 和B混合,玻璃棒攬拌混勻;然后加入C 溶液調(diào)節(jié)pH 至中性,加入瓊脂20.0 g,蒸餾水定容至1 000 mL;放于高壓蒸氣(121 ℃、20 min)滅菌器中滅菌后待冷卻至50~60 ℃,混勻后倒平皿;將生防菌接菌平板中心,置于30 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5 d,拍照記錄觀察有無透明圈[25]。
1.5 P1生防菌發(fā)酵液的抑菌效果
將菌株種子液1 mL 加入99 mL PDB培養(yǎng)液中培養(yǎng),28 ℃、170 r·min-1下培養(yǎng)2 d,稀釋至OD600=1.0作為生防菌發(fā)酵液,經(jīng)4 ℃離心機6 000 r·min-1離心15min后的上清液用0.22 μm微膜過濾,即得到生防菌發(fā)酵上清液,取其上清液與PDA培養(yǎng)基混合配成0、3%、5%、10%、20%濃度的PDA培養(yǎng)基,然后倒平板,冷凝后于平板中心接種病原菌(直徑9 mm),觀察記錄病原菌菌落直徑。每個處理重復(fù)3次,置于28 ℃黑暗培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7 d后測病原菌菌落直徑。
將鐮孢菌在PDA培養(yǎng)基中進行產(chǎn)孢培養(yǎng)。采用24孔細胞培養(yǎng)板,將濃度分別為3%、5%、10%的生防菌發(fā)酵上清液加入到病原菌孢子懸浮液中,菌懸液最終體積為2 mL,以未接種生防菌的滅菌培養(yǎng)液為對照,研究發(fā)酵上清液對病原孢子萌發(fā)的影響。將尖鐮孢LD在PDA培養(yǎng)基上擴繁5 d,然后用打孔器打成7mm菌蝶,無菌環(huán)境下轉(zhuǎn)移至PDA培養(yǎng)基上培養(yǎng),當(dāng)菌落直徑達4 cm時,切掉沒有生長病原菌的部分培養(yǎng)基。分別取濃度為3%、5%、10%的15 mL生防菌無菌溶液加到培養(yǎng)皿中,刮掉菌絲,靜置20 min,倒掉溶液,26 ℃恒溫培養(yǎng)48 h,以無菌水為對照用血球計數(shù)板檢測孢子懸浮液的濃度[14]。
1.6 抑菌譜的測定
采用平板對峙法對植物病原菌進行抑菌效果測定。在距離PDA平板中心3 cm處用菌鉤將活化的拮抗細菌劃線接種。用打孔器打取直徑為0.7 cm的經(jīng)擴繁的植物病原菌接種在平板的中央,膜密封培養(yǎng),一種植物病原菌重復(fù)3個平板,置于28 ℃恒溫箱培養(yǎng)6 d,測量最長半徑和最短半徑。
病原菌:供試病原菌為水稻立枯絲核(Rhizoctoniasolani);大豆根腐病病原菌禾谷鐮孢菌(F.graminearum)、尖孢鐮孢菌(F. oxysporum)、疫霉菌(Phytophthora sojae)、腐皮鐮孢菌(F. solani);2株南瓜根腐病病原菌尖孢鐮孢菌(F. oxysporum)、腐皮鐮孢菌(F. solani),均由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院提供。
1.7 P1生防菌的生防效果試驗設(shè)計
(1)香蕉枯萎病病原菌孢子液制備。刮取PDA培養(yǎng)基上的菌絲至PDB培養(yǎng)基中,28 ℃下170 r·min-1恒溫箱培養(yǎng)5 d,經(jīng)過2層紗布過濾獲得病原菌孢子液,用血球計數(shù)板調(diào)節(jié)孢子濃度為1×106 CFU·mL-1,4 ℃冰箱保存待用。
(2)生防菌發(fā)酵液制備。將生防菌種子液按1%的接菌量轉(zhuǎn)接到新鮮的PDB培養(yǎng)基中,170 r·min-1下28 ℃培養(yǎng)2 d,用無菌水稀釋OD600=1.0,用血球計數(shù)板調(diào)節(jié)菌懸液濃度分別為1×106、1×107、1×108 CFU·mL-1的三種發(fā)酵液,4 ℃冰箱保存待用。
試驗設(shè)置8個處理:①CK處理:采集田間香蕉種植土壤澆灌200 mL 蒸餾水;②LD處理:CK土壤澆灌100 mL 1×106 CFU·mL-1 的病原菌孢子懸浮液和100mL 蒸餾水;③LP1 處理:LD 土壤澆灌100 mL 1×106CFU·mL-1 P1 菌懸液;④LP2 處理:LD 土壤澆灌100mL 1×107 CFU·mL-1 P1菌懸液;⑤LP3處理:LD土壤澆灌100 mL 1×108 CFU·mL-1 P1菌懸液;⑥PS1處理:CK 土壤澆灌100 mL 1×106 CFU·mL-1 P1 菌懸液和100 mL蒸餾水;⑦PS2處理:CK 土壤澆灌100 mL 1×107 CFU·mL-1 P1 菌懸液和100 mL 蒸餾水;⑧PS3 處理:CK土壤澆灌100 mL 1×108 CFU·mL-1 P1菌懸液和100 mL蒸餾水。盆栽試驗采用直徑為20 cm、高18.8cm的花盆,每盆裝入2 kg土壤,每盆土壤按照試驗處理將處理液與土壤混勻后靜置7 d,采用傷根處理移栽種植4片葉齡長勢一致的“巴西”香蕉組織培養(yǎng)苗。每個處理6盆,設(shè)置3次重復(fù)。
所有盆栽放于人工氣候室隨機區(qū)組排列培養(yǎng),每隔3 d淋1次無菌水,保持土壤持水量為60%。在香蕉移栽后30、45、60 d觀察記錄香蕉枯萎病病級。香蕉枯萎病病級特征如下:0級:植株無枯黃癥狀;1級:植株下部葉片出現(xiàn)輕微的枯黃癥狀,嫩葉完好,少部分根系輕微褐變,莖部出現(xiàn)水漬狀褐變;2級:植株下部葉片出現(xiàn)明顯的枯黃癥狀,但嫩葉完好,根系出現(xiàn)褐變,莖部和假莖部出現(xiàn)水漬狀褐變;3級:整個植株出現(xiàn)枯黃癥狀,根系褐變腐爛,莖部和假莖部褐變連片,少數(shù)葉柄出現(xiàn)紅褐;4 級:植株出現(xiàn)枯萎死亡癥狀,根系嚴重褐變腐爛。
病情指數(shù)(%)=Σ(各級病株數(shù)×相對級數(shù)值)/(調(diào)查總株數(shù)×最高病級數(shù)值)×100
用量尺測量香蕉株高、莖粗,用葉面積測量儀測定植株葉面積。在種植60 d時移出香蕉,觀察記錄香蕉根系發(fā)病率,調(diào)查香蕉根系數(shù)量,香蕉根系褐變腐爛則記為根系發(fā)病,計算發(fā)病率。取香蕉植株從球莖上方切斷,105 ℃殺青30 min,45 ℃烘干至恒質(zhì)量后,稱量記錄地上部、地下部干質(zhì)量。
防效率(%)=(CK/LD 組發(fā)病率-處理組發(fā)病率)(/ CK/LD發(fā)病率)×100
促生率(%)=(CK/LD 組干質(zhì)量-處理組干質(zhì)量)(/ CK/LD組干質(zhì)量)×100[26]
1.8 根際土壤微生物測定與分析
采集CK、LD、PS2(PS)、LP2(LP)處理0 d以及處理后香蕉移栽15、45、60 d時采集香蕉根際土壤進行假單胞菌和鐮孢菌屬qPCR 檢測。土壤中熒光假單胞菌數(shù)量的測定參照杜娟等[27]的研究方法,即:以熒光假單胞菌的蛋白編碼基因gyrB(gyrB-F:TGTTC?GAGGTGGTCGACAACT;gyrB - R:TGGAGGACGGT?CATGATGA)作為靶標基因,利用特異性引物建立實時熒光定量PCR的方法。土壤尖孢鐮孢菌數(shù)量的測定參照Tao 等[28] 的研究方法,所用引物為FOF1 和FOR1(FOF1:5′ -ACATACCACTTGTTGCCTCG-3′ ;FOR1:5′-CGCCAATCAATTTGAGGAACG-3′)[29],所有樣品均設(shè)定3個平行測試,以ddH2O代替DNA模板為陰性對照。根據(jù)各樣品CT值計算每克干土所含尖孢鐮孢菌的拷貝數(shù),取對數(shù)值,以l g(copies·g-1 drysoil)表示。對盆栽處理60 d 采集CK、LD、PS2(PS)、LP2(LP)的香蕉根際土壤樣品微生物總DNA 進行提取,由上海天昊生物科技有限公司進行后續(xù)分析。土壤總DNA 的提取使用E.Z.N.A.? soil DNA Kit(OmegaBio-tek,Norcross,GA,美國)試劑盒。使用16S的V4-V5區(qū)特異性引物F515(5′-GTGCCAGC?MGCCGCGG-3 ′)和R907(5 ′ - CCGTCAATTC?MTTTRAGTTT-3′)[30]進行PCR擴增。使用ITS1區(qū)域引物ITS1F(5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′)和ITS2(5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′)[31]進行真菌PCR擴增。在QIIME 軟件中對下機后的原始序列進行拼接和過濾,得到有效數(shù)據(jù)。將所有樣品的有效數(shù)據(jù)采用USEARCH按照標準流程分析,按97%的序列相似度聚類成操作分類單元(OTU)[32]。使用RDPclassifier/UNITE(version7.2)數(shù)據(jù)庫對獲得的OTU 進行分類注釋,獲取每個OTU的細菌分類學(xué)信息。樣本有效序列≥10萬條,所有樣本按最小樣本序列數(shù)抽平,細菌最小樣品序列數(shù)為73 347,真菌最小樣品序列數(shù)為148 831。使用Mothur或R等軟件進行生物信息學(xué)分析。
1.9 統(tǒng)計分析
采用Excel 2016 軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和繪圖,使用SPSS 17.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,采用方差分析(ANOVA)和Duncan的多重比較進行處理之間差異的顯著性水平(Plt;0.05)分析,采用Excel 2007和R軟件制圖。
2 結(jié)果與分析
2.1 菌株P(guān)1的鑒定
菌株P(guān)1在平板中正面呈現(xiàn)乳白色,背面為棕黃色。生理生化指標的測定結(jié)果表明,菌株P(guān)1革蘭氏染色為陰性,葡萄糖利用、明膠液化、耐鹽性、卵磷脂酶、硝酸鹽還原利用、氧化酶和精氨酸雙水解檢測結(jié)果為陽性(表1)。菌株P(guān)1經(jīng)過16S rDNA基因序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹,該菌株與Pseudomonas chlororaphissubsp. aurantiaca strain ATCC 33663 聚在一個分支(圖1)。結(jié)合形態(tài)和生理生化特征,鑒定菌株P(guān)1屬于綠針假單胞菌桔黃亞種(Pseudomonas chlororaphissubsp. aurantiaca strain)。
2.2 菌株P(guān)1對香蕉枯萎病病原菌的抑菌活性
平板對峙實驗證明拮抗菌P1對香蕉枯萎病病原菌具有顯著的抑菌作用(圖2a、圖2b),在第7天抑菌率達89.92%(圖2B),顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)P1抑制的鐮孢菌菌絲發(fā)生不同程度的畸變,變得粗大、彎曲,有的發(fā)生斷裂、溶解現(xiàn)象(圖2c、圖2d))。生防菌相關(guān)代謝酶的檢測結(jié)果,證明P1能分泌蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶和嗜鐵素。發(fā)酵培養(yǎng)液的OD600值隨著接種培養(yǎng)時間的增加,生防菌菌懸液的OD600值在12~48 h內(nèi)增長迅速,48~96 h進入衰退期,96 h后處于平緩期(圖2c)。生防菌P1的代謝液對尖孢鐮孢菌具有顯著的抑菌作用,10%濃度的P1代謝液對生防菌菌絲生長的抑菌率達89.92%,10%濃度代謝液浸泡48 h后孢子懸浮液濃度與對照相比顯著降低86.44%,10%濃度代謝液浸泡孢子24 h后,孢子萌發(fā)的抑制率為93%,浸泡48 h孢子萌發(fā)的抑制率為96%(圖2D~圖2F)。
2.3 菌株P(guān)1抑菌譜的測定
生防菌P1對7種植物病原鐮孢菌菌絲生長均有很好的抑制效果(圖3),其中對6株病原真菌的抑菌效果較好,抑菌率均大于60%。大豆尖孢鐮孢菌(F.oxysporum)、禾谷鐮孢菌(F. graminearum)、腐皮鐮孢(F. solani),抑菌率分別為92.0%、71.4%、69.6%(表2)。
2.4 菌株P(guān)1對香蕉枯萎病的防病與促生效果
盆栽30 d 后LD 處理香蕉枯萎病病情指數(shù)為50.00%,CK 處理香蕉枯萎病病情指數(shù)為33.33%,PS1、PS2、PS3、LP2病情指數(shù)均為16.67%。盆栽60 dCK處理病情指數(shù)為50.00%,LD處理香蕉枯萎病病情指數(shù)為100.00%,LP2、PS2中香蕉枯萎病病情指數(shù)顯著降低,分別為16.67%、8.33%(表3)。與LD和CK相比,PS1、PS2、LP2 均能顯著降低香蕉枯萎病的病情指數(shù),其中PS2 的防病效果最顯著。與CK 相比,PS2 在45 d 時香蕉莖圍顯著增加。與LD 相比,LP1、LP2、LP3 處理顯著增加了香蕉株高、莖圍,其中LP2 處理香蕉在30、45、60 d 株高最高。盆栽60d 后,與CK、LD 相比,LP、PS 不同處理顯著增加了香蕉地上部、地下部干質(zhì)量,并且顯著降低了香蕉根系的發(fā)病率,其中LP2、PS2 效果最顯著,地上部促生率分別為166.90%、43.83%,地下部促生率分別為108.65%、41.99%,根系發(fā)病防效率為88.43% 和74.98%(表3)。
2.5 菌株P(guān)1的定殖與生物作用
CK土壤中假單胞菌豐度在0~60 d差異不顯著,LD處理假單胞菌豐度在0~60 d出現(xiàn)逐漸增加的趨勢(圖4a)。PS假單胞菌豐度在15 d顯著下降,而后保持穩(wěn)定。LP假單胞菌豐度則在30 d顯著下降,而后保持穩(wěn)定。在0~60 d時,PS和LP土壤中假單胞菌豐度均顯著高于CK和LD處理。在0 d和15 d時,LP處理假單胞菌豐度顯著高于PS處理,在30 d和60 d時,PS 和LP 處理假單胞菌豐度差異不顯著。在0~60 dLD處理假單胞菌顯著高于CK處理。
由圖4b可知,0~60 d,CK和LD處理鐮孢菌豐度呈增加的趨勢,PS和LP處理鐮孢菌豐度呈不斷下降的趨勢。在15、30、60 d時PS中鐮孢菌豐度顯著低于CK,LP處理鐮孢菌豐度顯著低于LD,在30 d和60 d時LP處理鐮孢菌豐度顯著低于CK。
皮爾遜相關(guān)性分析結(jié)果(圖5)表明香蕉枯萎病病情指數(shù)與根系發(fā)病率呈極顯著正相關(guān),與株高、葉面積、莖粗、植株干質(zhì)量呈極顯著負相關(guān),其中與葉面積和地上部干質(zhì)量相關(guān)性最強,并且地下部干質(zhì)量與莖粗、葉面積和地上部干質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)(圖5)。Pseudomonas 與真菌多樣性(Fungus Shannon)和Fusarium 的相對豐度呈顯著負相關(guān),與細菌群落豐度(Bacterial Chao1)、細菌群落多樣性(BacterialShannon)和真菌群落豐度(Fungus Chao1)呈極顯著負相關(guān)。Fusarium 的相對豐度與Fungus Shannon、Fungus Chao1 和Bacterial Shannon 呈極顯著正相關(guān)。Pseudomonas 與香蕉枯萎病病情指數(shù)和與根系發(fā)病率呈顯著負相關(guān),與莖粗、葉面積和植株干質(zhì)量呈顯著正相關(guān)(圖5)。通過RDA 分析(圖6),發(fā)現(xiàn)LP、PS 處理與CK、LD 處理的土壤微生物群落具有顯著差異。Fusarium 與香蕉枯萎病病情指數(shù)和根系發(fā)病率呈顯著正相關(guān),與葉面積、莖粗、植株干質(zhì)量呈顯著負相關(guān)。
3 討論
綠針假單胞菌(Pseudomonas chlororaphis)是目前研究較多的生防菌種之一[20],是公認的環(huán)境友好型植物生防及促生菌[33-35]。典型的綠針假單胞菌菌株具有定殖植物的能力,并抑制植物病原菌的活性[32]。本研究中綠針假單胞菌菌株P(guān)1對香蕉枯萎病病原菌及多種病原菌具有較強的抑制作用。其中對香蕉枯萎病病原菌的抑菌率可達89.92%。同時本研究中生防菌P1發(fā)酵上清液對尖鐮孢菌絲、孢子萌發(fā)和孢子產(chǎn)生均有較好的抑制作用。隨著發(fā)酵液濃度的增加抑菌率提升,發(fā)酵液濃度為10% 時對菌絲生長的抑制率達到89.92%。10%濃度代謝液浸泡香蕉枯萎病病原菌孢子24 h后,孢子萌發(fā)的抑制率為93%。綠針假單胞菌可以合成多種拮抗病原菌的抗生素吩嗪衍生物、HCN、鐵載體等,這些代謝產(chǎn)物的特性決定了綠針假單胞菌的生防潛質(zhì)及應(yīng)用前景[20]。據(jù)報道Pseudomonas chlororaphis subsp. aurantiaca 和Pseudomonas chlororaphis subsp. aureofaciens 產(chǎn)生的抗生素種類主要有吩嗪-1-羧酸、2-羥基-吩嗪-1-羧酸(2-hydroxy phenazine 1-carboxylic acid,2-OH PCA)、硝吡咯菌素(pyrrolnitrin,Prn)、2-hexyl、5 -propylresorcinol[36]。這類化合物對植物細胞的生長發(fā)育無顯著影響,但本身具有廣譜抗菌性,可用于防治植物真菌性病害[37-38]。綠針假單胞菌株P(guān)CL1319、GP72 和HT66 等,均可高效合成吩嗪類化合物。吩嗪類化合物作為高效的抗菌劑,對環(huán)境友好,具有良好的農(nóng)業(yè)應(yīng)用與開發(fā)前景[39-41]。菌株G05 產(chǎn)生的吡咯硝酸鹽是抑制赤霉病菌的主要代謝產(chǎn)物[42]。綠針假單胞菌株O6 產(chǎn)生的氰化氫可導(dǎo)致線蟲[43]和蚜蟲細胞死亡[44]。
綠針假單胞菌可以合成多種抗生素,具有抵抗病原微生物的作用,綠針假單胞菌還具有較強的植物根際促生能力,使其在農(nóng)業(yè)和園藝領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用[45]。例如,防治煙草疫霉病[46]、番茄枯萎病[47]、番茄病原菌尖孢鐮孢菌[48]、辣椒疫霉病[49]、小麥全蝕病[50]、豆類炭疽病[51]。本研究中綠針假單胞菌P1可以防治香蕉枯萎病,其顯著降低了香蕉枯萎病病情指數(shù)與根系發(fā)病率。綠針假單胞菌對多種植物具有防病促生作用[52-53],且無生物致病性,對環(huán)境友好[54]。據(jù)報道菌株O6 能合成吩嗪-1-羧酸、藤黃綠菌素、2-羥基-吩嗪-1-羧酸等物質(zhì)抑制病原菌[55]。菌株O6可以通過合成吲哚乙酸,從而促進植物生長[56]。本研究中菌株P(guān)1顯著增加了株高、莖粗、葉面積和植株干質(zhì)量,這與前人研究具有一致性。因此,綠針假單胞菌P1對香蕉具有較好的防病促生作用,在生物防治領(lǐng)域具有較好的開發(fā)前景。
本研究結(jié)果表明香蕉園種植香蕉后土壤中鐮孢菌數(shù)量呈增加的趨勢,添加綠針假單胞菌P1后土壤中鐮孢菌數(shù)量呈不斷下降的趨勢,并且P1在土壤中能夠穩(wěn)定定殖,同時也改變了土壤微生物群落的區(qū)系組成。
本研究表明Pseudomonas 與真菌多樣性(FungusShannon)和Fusarium 的相對豐度呈顯著負相關(guān),與細菌群落豐度(Bacterial Chao1)、細菌群落多樣性(Bacterial Shannon)和真菌群落豐度(Fungus Chao1)呈極顯著負相關(guān)。這說明P1及其產(chǎn)生的抑病代謝物具有廣譜抑菌性,抑制了土壤中Fusarium 豐度的增加,同時也抑制了土壤中其他細菌和真菌群落豐度和多樣性。因此,綠針假單胞類生防菌及其代謝物可以顯著影響土壤微生物群落豐度和多樣性,但關(guān)于微生物區(qū)系的研究還尚不明確。因此未來將從土壤生態(tài)學(xué)角度進一步研究綠針假單胞類生防菌及其代謝物對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、多樣性及其群落功能的作用,明確綠針假單胞菌在農(nóng)業(yè)土壤生態(tài)系統(tǒng)中的生物學(xué)作用機制,為綠針假單胞菌成為真正的綠色農(nóng)藥,應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)指導(dǎo)。
4 結(jié)論
(1)綠針假單胞菌P1菌株及其發(fā)酵液對香蕉枯萎病病原菌尖孢鐮孢菌生長具有顯著的抑制作用,同時對大豆病原菌尖孢鐮孢菌(F. oxysporum)、禾谷鐮孢菌(F. graminearum)、腐皮鐮孢(F. solani)的抑菌效果較好,抑菌率分別為92.0%、71.4%、69.6%。
(2)生防菌P1 在土壤中定殖效果較好,能夠顯著降低Fusarium 的相對豐度,顯著抑制香蕉枯萎病的發(fā)病率,并能顯著增加香蕉株高、莖粗、葉面積和植株干質(zhì)量。
(3)生防菌P1顯著降低了土壤中真菌群落多樣性(Fungus Shannon)、真菌群落豐度(Fungus Chao1)、細菌群落多樣性(Bacterial Shannon)和群落豐度(Bacterial Chao1)。
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