中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (11): 2106-2117.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.11.006
廖宏娟1(), 江玉梅1(), 冶霞1, 张志斌1, 马童雨1, 朱笃1,2()
收稿日期:
2023-02-27
接受日期:
2023-04-11
出版日期:
2023-06-01
发布日期:
2023-06-19
通信作者:
江玉梅,E-mail:leaf91626@163.com。朱笃,E-mail:zhudu12@163.com
联系方式:
廖宏娟,E-mail:1774149530@qq.com。
基金资助:
LIAO HongJuan1(), JIANG YuMei1(), YE Xia1, ZHANG ZhiBin1, MA TongYu1, ZHU Du1,2()
Received:
2023-02-27
Accepted:
2023-04-11
Published:
2023-06-01
Online:
2023-06-19
摘要:
【目的】优化球毛壳菌(Chaetomium globosum)秸秆固态发酵的培养基组成和发酵条件,提高发酵粗提物的抗真菌活性,为球毛壳菌生物农药的开发及秸秆绿色资源化提供参考。【方法】首先,以粗提物抗9种植物病原真菌菌丝生长的抑制率为评价指标,对培养基中的秸秆(水稻、小麦、玉米、油菜)和氮源(豆粕、麦麸、氯化铵)进行筛选,确定最适发酵培养基组成。随后进行发酵条件的单因素优化,以粗提物对辣椒疫霉的抑制率为评价指标,初步确定各发酵条件的较优范围及对粗提物抗真菌活性影响的程度。基于单因素优化的结果,利用正交设计对发酵条件进行正交优化,各参数的范围如下:发酵时间18—36 d、发酵温度26—32 ℃、培养基初始含水量70%—85%、秸秆与麦麸质量比4﹕1—1﹕1、秸秆粒径20—>100目。最后,获得球毛壳菌秸秆固态发酵产抗真菌活性物质的最优发酵条件并进行验证。【结果】在筛选固态发酵培养基组成时发现,球毛壳菌以小麦秸秆和麦麸组成的培养基进行发酵所获得的粗提物的抗真菌效果总体上优于其他组成的培养基。在发酵条件单因素优化中,菌液接种量对粗提物抗真菌效果影响不显著,故不对其进行后续的正交优化。正交优化中各发酵条件对球毛壳菌发酵粗提物抗真菌活性的影响极为显著(P<0.001),其影响程度依次为小麦秸秆与麦麸质量比>发酵时间>培养基初始含水量>发酵温度>小麦秸秆粒径。正交优化获得的最优发酵条件为发酵时间24 d、发酵温度26 ℃、培养基初始含水量80%、小麦秸秆与麦麸质量比4﹕1、小麦秸秆粒径60—100目。经发酵条件优化后,1 mg·mL-1的球毛壳菌发酵粗提物对核盘菌、辣椒疫霉、稻瘟病菌、桃褐腐病菌、尖镰孢、黄色镰孢、鞘腐霉、禾谷镰孢、水稻纹枯病菌的抑制率分别为100%、92.86%、85.94%、83.90%、76.12%、73.02%、66.18%、58.96%、52.99%。【结论】经过发酵培养基组成和发酵条件优化后,球毛壳菌的发酵粗提物具有较高的抗真菌活性,可为后续分离、纯化球毛壳菌利用秸秆固态发酵产生的抗真菌活性物质打下基础。
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表2
秸秆与氮源种类对球毛壳菌粗提物抗真菌活性的影响"
秸秆与氮源 Straw and nitrogen source | 粗提物对不同植物病原真菌的抑制率Inhibition rate of crude extracts against different plant pathogenic fungi (%) | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
A | B | C | D | E | F | G | H | I | |
小麦秸秆+麦麸 Wheat straw + Bran | 97.97±1.35a | 72.68±1.05a | 77.05±1.33a | 71.30±2.14a | 63.24±1.56a | 62.16±2.14a | 61.29±2.53a | 49.15±1.18a | 42.86±0.94b |
小麦秸秆+NH4Cl Wheat straw + NH4Cl | 80.75±2.32b | 11.70±2.27e | 34.53±1.19f | 11.36±1.05f | 28.19±0.77d | 16.51±1.95e | 0.00±0.48f | 14.60±0.67e | 49.22±0.91a |
小麦秸秆+豆粕 Wheat straw + Bean pulp | 63.29±1.65c | 17.32±0.31d | 49.59±2.17d | 2.56±0.86g | 17.91±0.36f | 4.14±0.46g | -3.73±0.56g | 22.22±0.50d | 2.63±0.28e |
水稻秸秆+麦麸 Rice straw + Bran | 94.59±0.89a | 77.38±3.74a | 71.31±0.74b | 64.67±0.85b | 59.31±2.75a | 55.76±1.56b | 48.57±2.35b | 40.26±2.64b | 40.18±2.59b |
水稻秸秆+NH4Cl Rice straw + NH4Cl | 19.88±1.98e | 17.74±0.85d | 49.64±1.91d | 0.00±0.75g | 16.05±0.95f | 4.59±0.24g | 1.95±0.68e | 13.18±0.19e | 48.88±2.65a |
水稻秸秆+豆粕 Rice straw + Bean pulp | 36.71±1.65d | 24.41±1.82c | 64.22±1.58c | 12.81±0.59f | 21.27±0.35e | 19.84±0.54e | 2.24±0.76e | 24.44±2.51d | 14.91±1.99d |
玉米秸秆+麦麸 Maize straw + Bran | 98.31±3.37a | 74.38±1.84a | 70.49±1.88b | 63.89±1.55b | 47.35±1.50b | 46.85±0.89c | 47.14±0.96b | 46.66±1.90a | 43.64±1.77b |
玉米秸秆+NH4Cl Maize straw + NH4Cl | 77.78±3.25b | 7.67±1.12f | 22.30±1.54g | 25.00±1.16d | 28.57±0.45d | 20.85±2.56e | 6.14±0.09d | 38.76±2.05b | 42.97±1.08b |
玉米秸秆+豆粕 Maize straw + Bean pulp | 18.09±1.56e | 9.45±1.37ef | 42.15±0.79e | 12.82±1.02f | 16.42±1.25f | 16.67±1.45e | 14.94±0.70c | 15.52±1.36e | -12.03±1.5f |
油菜秸秆+麦麸 Rape straw + Bran | 82.28±2.62b | 22.05±1.26c | 63.42±1.07c | 34.18±1.39c | 35.46±0.65c | 28.57±1.95d | 45.28±3.14b | 31.85±1.70c | 27.19±2.04c |
油菜秸秆+NH4Cl Rape straw + NH4Cl | 78.26±1.95b | 37.36±1.43b | 31.22±1.37f | 18.94±1.25e | 23.02±1.61e | 2.75±0.67h | 15.79±1.64c | 32.11±1.49c | 28.28±0.65c |
油菜秸秆+豆粕 Rape straw + Bean pulp | 21.79±1.17e | 22.05±0.59c | 43.90±1.46e | 11.11±0.65f | 15.66±1.63f | 12.70±0.40f | 5.97±0.11d | 23.70±1.86d | -11.40±1.1f |
表3
正交试验方案及结果"
试验号 Test No. | 因素Factor | 抑制率 Inhibition ratio (%) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
A | B | C | D | E | ||
1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 73.94 |
2 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 64.06 |
3 | 1 | 3 | 3 | 3 | 3 | 83.82 |
4 | 1 | 4 | 4 | 4 | 4 | 33.24 |
5 | 2 | 1 | 2 | 3 | 4 | 76.53 |
6 | 2 | 2 | 1 | 4 | 3 | 76.53 |
7 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 91.35 |
8 | 2 | 4 | 3 | 2 | 1 | 79.82 |
9 | 3 | 1 | 3 | 4 | 2 | 81.48 |
10 | 3 | 2 | 4 | 3 | 1 | 77.35 |
11 | 3 | 3 | 1 | 2 | 4 | 80.39 |
12 | 3 | 4 | 2 | 1 | 3 | 83.00 |
13 | 4 | 1 | 4 | 2 | 3 | 76.70 |
14 | 4 | 2 | 3 | 1 | 4 | 77.35 |
15 | 4 | 3 | 2 | 4 | 1 | 36.04 |
16 | 4 | 4 | 1 | 3 | 2 | 55.17 |
K1 | 63.77 | 77.16 | 71.51 | 81.41 | 66.79 | |
K2 | 81.06 | 73.82 | 64.91 | 75.24 | 73.02 | |
K3 | 80.56 | 72.90 | 80.62 | 73.22 | 80.01 | |
K4 | 61.32 | 62.81 | 69.66 | 56.82 | 66.88 | |
R | 19.74 | 14.35 | 15.71 | 24.59 | 13.22 | |
主次顺序Order | D>A>C>B>E | |||||
优水平Excellent level | A2 | B1 | C3 | D1 | E3 | |
优组合Excellent combination | A2B1C3D1E3 |
图4
球毛壳菌在最优发酵条件下的发酵粗提物对9种植物病原真菌的抑菌图 A—I依次为核盘菌YC-24、辣椒疫霉FU-4、稻瘟病菌R10、桃褐腐病菌F11、尖镰孢HG-5、黄色镰孢S18、鞘腐霉L99、禾谷镰孢L51、水稻纹枯病菌SDS-12的空白对照A-I are blank control pictures of S. sclerotiorum YC-24, P. capsica FU-4, M. oryzae R10, M. fructicola F11, F. oxysporum HG-5, F. culmorum S18, S. oryzae L99, F. graminearum L51, R. solani SDS-12, respectively;a—i依次为粗提物处理上述病原真菌生长的结果a-i are the treatment results of crude extracts against each pathogenic fungus"
图5
球毛壳菌发酵条件优化前后粗提物的抗真菌活性对比 CK:仅优化培养基组成,但未优化发酵条件所获得的粗提物The crude extract obtained by optimizing the medium composition, but not the fermentation conditions;PT:优化培养基组成和发酵条件后所获得的粗提物The crude extract obtained after optimizing medium composition and fermentation conditions。*:同一植物病原真菌的PT与CK相比在P<0.05水平差异显著PT and CK of the same plant pathogen fungus are significantly different at P<0.05 level。SS:核盘菌YC-24 S. sclerotiorum YC-24;PC:辣椒疫霉FU-4 P. capsica FU-4;MO:稻瘟病菌R10 M. oryzae R10;MF:桃褐腐病菌F11 M. fructicola F11;FO:尖镰孢HG-5 F. oxysporum HG-5;FC:黄色镰孢S18 F. culmorum S18;SO:鞘腐霉L99 S. oryzae L99;FG:禾谷镰孢L51 F. graminearum L51;RS:水稻纹枯病菌SDS-12 R. solani SDS-12"
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