中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (4): 649-664.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.04.005
罗万珍1,2(), 王丹2,3(), 齐宏玥2,4, 王彤2,4, 刘政3,5, 田李6, 戴小枫2,3, 陈捷胤2,3(), 麦合木提江·米吉提1,3,7()
收稿日期:
2022-10-02
接受日期:
2022-11-16
出版日期:
2023-02-16
发布日期:
2023-02-24
通信作者:
陈捷胤,E-mail:chenjieyin@caas.cn; 麦合木提江·米吉提,E-mail:287600102@qq.com
联系方式:
罗万珍,E-mail:lwz17690914949@163.com。王丹,E-mail:wangdan_star@163.com。 罗万珍和王丹为同等贡献作者。
基金资助:
LUO WanZhen1,2(), WANG Dan2,3(), QI HongYue2,4, WANG Tong2,4, LIU Zheng3,5, TIAN Li6, DAI XiaoFeng2,3, CHEN JinYin2,3(), MIJITI Maihemuti1,3,7()
Received:
2022-10-02
Accepted:
2022-11-16
Published:
2023-02-16
Online:
2023-02-24
摘要:
【目的】明确拮抗细菌KRS022的分类地位及对多种病原真菌的抑制作用,重点研究对作物黄萎病的防治效果及其对病原大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)的抑制效果,为抗大丽轮枝菌生防制剂的研发提供资源。【方法】通过形态学、生理生化试验及16S rDNA与gyrB基因序列串联分析确定KRS022的分类地位;采用对峙培养法和对扣熏蒸法测试KRS022对多种真菌的抑制作用;采用发酵菌液平板法、涂布法以及对扣熏蒸法明确KRS022对大丽轮枝菌的平板抑制效果;通过无细胞上清共培养法与对扣熏蒸法明确KRS022对大丽轮枝菌孢子萌发及菌丝形态的影响;通过盆栽试验及大丽轮枝菌生物量测定明确KRS022对棉花和烟草黄萎病的防治效果;利用RT-qPCR法检测KRS022激发植物免疫相关基因的表达特性。【结果】拮抗菌株KRS022为革兰氏阴性细菌,鉴定为产碱假单胞菌(Pseudomonas alcaligenes)。该菌株具有解磷、解钾、固氮功能,可产生嗜铁素,具有蛋白酶、淀粉酶、过氧化氢酶活性,属于好氧产碱型细菌,100 μg·mL-1氨苄青霉素可作为该菌株的天然抗性筛选条件。KRS022对多种病原真菌(大丽轮枝菌、尖镰孢、禾谷镰孢、稻瘟病菌、灰葡萄孢、胶孢炭疽菌、果生炭疽菌)均具有不同程度的抑菌活性,对峙和对扣培养对大丽轮枝菌Vd991的抑制率分别达75.19%和99.78%。发酵菌液平板法、涂布法以及对扣熏蒸法对大丽轮枝菌的抑制率分别为96.21%、99.72%和99.44%,均能显著抑制Vd991菌丝生长;KRS022无细胞上清液与大丽轮枝菌分生孢子共培养完全抑制孢子萌发,对扣熏蒸后Vd991菌丝发生膨大、变粗。室内盆栽试验结果表明KRS022能够显著抑制棉花和烟草黄萎病的发生,并发现对植株具有促生作用,与清水处理的烟草盆栽相比,施用KRS022菌液的烟草盆栽的叶维度及单叶面积增幅分别达65.7%和146.4%;施用KRS022菌液后大丽轮枝菌在植株中的生物量显著减少,棉花和烟草对照组(单独接种Vd991)中大丽轮枝菌的生物量分别是处理组(KRS022+Vd991)的1.75和2.57倍。同时KRS022能够激发植物防御反应相关基因的表达,经KRS022处理的棉花植株中水杨酸(SA)通路标记基因GhPR1、茉莉酸(JA)通路标记基因GhAOC4和乙烯(ET)通路标记基因GhEIN2均显著上调表达,上调倍数分别是清水处理的7.23、1.69和15.05倍;经KRS022菌液处理后再接种大丽轮枝菌的棉花植株,GhAOC4和GhEIN2被显著诱导表达,上调倍数分别是只接种大丽轮枝菌的68.09和11.87倍;经KRS022无细胞上清液注射处理后NbHSR203、NbHIN1、NbPR1、NbPR2、NbPR5、NbRbohA、NbRbohB上调表达倍数分别是空白LB处理的1.98、2.79、2.52、1.25、1.70、3.28、3.44倍,均显著上调表达。【结论】拮抗细菌KRS022鉴定为产碱假单胞菌,能够产生铁载体,具有解磷、解钾、固氮并促进植物生长的潜力。对多种病原真菌均具有抑制效果,能够抑制大丽轮枝菌菌丝生长及孢子萌发,具有防治黄萎病及激发植物免疫反应的作用,是一株具有开发前景的防治黄萎病等真菌病害的生防微生物资源。
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表1
棉花及烟草防御相关基因表达检测引物"
基因Gene | 正向引物 Forward primer (5′-3′) | 反向引物 Reverse primer (5′-3′) | 参考文献Reference |
---|---|---|---|
GhUB7 | GAAGGCATTCCACCTGACCAAC | CTTGACCTTCTTCTTCTTGTGCTTG | [ |
GhPR1 | ACCTCAACGCTCACAACACA | GGTCCACTGGAGTGCACAAG | [ |
GhEIN2 | TTTTGATCTGGTAGCCCCC | CAATATGAAACCTGCCGCAT | [ |
GhAOC4 | GGCATCACGGCTGGACTCT | GCGATGGTGGCACTGGC | [ |
NbEF-1α | TGAGTTCGAGGCTGGTATCT | CACTTGGTGGTGTCCATCTT | [ |
NbHSR203 | GGCAGTGGAGGAGCTTAAAT | GCTATGTCCCACTCCATTGTTA | [ |
NbHIN1 | ATCCTCGGAGTGATTGCATTAG | TGTTGTTTGTGGTGGACAAATC | [ |
NbPR1 | CCGCCTTCCCTCAACTCAAC | GCACAACCAAGACGTACTGAG | [ |
NbPR2 | AGGTGTTTGCTATGGAATGC | TCTGTACCCACCATCTTGC | [ |
NbPR5 | GGGCCAATCTTGGAGCATTA | CAGTCTCCAGTCTCACAATTACC | [ |
NbRbohA | CTTGCTCGTCAACATCGTG | GGAGAAATCTTGTTGAGAGC | [ |
NbRbohB | TAATACAAGGAGGGCATATT | GCAGAACGAGCATCACCT | [ |
表2
KRS022生理生化特性测定"
特性 Characteristics | KRS022 | 产碱假单胞菌 P. alcaligenes | 特性 Characteristics | KRS022 | 产碱假单胞菌 P. alcaligenes | |
---|---|---|---|---|---|---|
铁载体Siderophore | + | + | 厌氧试验Anaerobic test | - | - | |
解磷Phosphorus solubilization | + | + | 过氧化氢酶活性 Catalase activity | + | + | |
解钾Potassium solubilization | + | + | 葡萄糖酵解试验 Glycolysis test | - | - | |
固氮Nitrogen-fixing | + | + | 卡那霉素a Kanamycin | - | - | |
明胶水解Gelatin hydrolysis | + | + | 氨苄青霉素a Ampicillin | + | + | |
蛋白酶活性Protease activity | + | + | 头孢霉素a Cephalosporin | - | - | |
淀粉酶活性Amylase activity | + | + | 氯霉素a Chloramphenicol | - | - | |
甲基红试验MR test | - | - | 利福平a Rifampicin | - | - | |
柠檬酸盐利用Citrate utilization | + | + | 血平板试验CAMP test | + | + | |
吲哚试验Indole test | - | - |
图5
KRS022对大丽轮枝菌孢子萌发及菌丝生长的影响 A:菌落生长表型Phenotype of colony growth;B:菌落直径Colony diameter。****表示对照组和处理组在P<0.0001水平上差异显著(t检验) **** represents the significant differences between control group and treatment group at P<0.0001 level (t test);C:KRS022对孢子萌发的影响,黄色星号指示Vd991菌丝及孢子萌发的芽管Effect of KRS022 on conidia germination, the yellow asterisk indicates Vd991 hyphae and budding tubes for spore germination;D:KRS022对菌丝形态发育的影响,绿色星号指示Vd991菌丝膨大Effect of KRS022 on hyphae morphology, the green asterisk indicates Vd991 hyphae enlargement"
图8
KRS022诱导防御相关基因的表达 A:棉花防御相关基因表达Expression of defense-related genes in cotton;B:烟草防御相关基因表达Expression of defense-related genes in tobacco。*、 **、***和****分别表示对照组和处理组在P<0.05、P<0.01、P<0.001和P<0.0001水平上差异显著(t检验)*, **, *** and **** represent the significant differences at P<0.05, P<0.01, P<0.001 and P<0.0001 levels, respectively, between control group and treatment group (t test)"
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