技术领域
本发明属于农业微生物领域,涉及一株拮抗水稻白叶枯病菌的扩展青霉(Penicillium expansum)Pe-8菌株及其在植物病害防冶中的应用。
背景技术
水稻是与人类密切相关的一种重要作物,在生长的所有阶段均会受到白叶枯病菌的侵害而发病,通常造成减产20%~30%。水稻白叶枯病是一种细菌性维管束病害,病菌通过伤口或水孔侵入,在维管束繁殖,阻塞维管束,导致发病。发病早期,病斑通常出现在叶尖;后期,病斑变黄且变成不规则的波纹状;最后,病斑覆盖整个叶片,导致白色甚至灰色腐生性生长。如果发生在抽穗期,就会产生不成熟和不育的低质量谷粒。
引起白叶枯病的病原菌为水稻黄单胞菌致病变种(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo);Xoo在人工培养基上菌落呈蜜黄色,产生非水溶性的黄色素;菌体短杆状,极生或亚极生单鞭毛;革兰氏染色阴性,无芽孢和荚膜,菌体外由粘质的胞外多糖包围。
青霉属(Penicillium)真菌与人类生活息息相关。如可用于柠檬酸、延胡索酸、葡萄糖酸等有机酸的生产;最著名的抗生素——青霉素就是从青霉属(Penicillium)真菌中提取而来,它是临床上应用最早的抗生素;另一重要抗生素——灰黄霉素,是由扩展青霉(P.expansum)产生的。迄今为止,科学家已经从不同生境的青霉属(Penicillium)真菌中分离到1200种代谢活性物质,这些代谢活性物质大多在抗菌、抗病毒、抗肿瘤和抗心血管疾病等方面表现出不同的作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供对白叶枯病菌具有较高拮抗作用的扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株及其在水稻白叶枯病等植物病害生物防冶上的应用。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种扩展青霉(P.expansum)Pe-8,其为扩展青霉Pe-8Penicillium expansum Pe-8,其保藏号为:CCTCC NO:M 2018340。
本发明还同时提供了上述扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株的用途:用于植物病害的生物防冶。
作为本发明的扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株的用途的改进:扩展青霉(P.expansum)Pe-8的发酵液对植物病害具有拮抗作用(较高拮抗作用)。
作为本发明的扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株的用途的进一步改进:所述植物病害为水稻白叶枯病(白叶枯病菌P6);所述植物病害还包括玉米炭疽病、小麦赤霉病菌、杨树枯萎病、黄瓜枯萎病、苦瓜枯萎病、番茄早疫病。
本发明的扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株,保藏名称:扩展青霉Pe-8Penicillium expansum Pe-8,保藏单位:中国典型培养物保藏中心,保藏地址:中国武汉武汉大学,保藏编号:CCTCC NO:M 2018340,保藏时间2018年06月04日。
针对水稻白叶枯病化学防治日益暴露出来的问题,利用微生物及其代谢产物对水稻白叶枯病的进行生物防治已成为研究热点。本发明所涉及的青霉Pe-8菌株筛选自发霉的苹果。依据ITS rDNA基因序列和形态特征,鉴定为扩展青霉(Penicillium expansum)。
扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株可用于水稻白叶枯病和一些植物真菌病害的防治。将28℃培养3d的青霉Pe-8菌株纯菌落,用6mm打孔器取1菌饼接种到装有100mL PD培养液的250mL锥形瓶中摇床振荡培养7d(180r/min、28℃),获得发酵液;将发酵液置于50mL离心管中12000r/min离心10min,上清液用0.45μm有机滤膜过滤,除去残余孢子,得到发酵滤液。水稻白叶枯病菌P6小种接种于Xoo培养液中,于摇床活化培养(180r/min、28℃),当菌体密度达到OD600≈0.6时,取100μL菌液均匀涂布于Xoo固体培养基上。取200μL青霉Pe-8菌株发酵滤液,用牛津杯法测定发酵滤液对水稻白叶枯病菌P6小种的抑制作用,抑菌圈可达42mm(图5)。
抗菌谱试验结果表明:青霉Pe-8菌株发酵滤液对6种植物病原真菌均有较好的抑制作用,对玉米炭疽病(Colletotrichum graminicola)、小麦赤霉病菌(Gibberella fujikuroi)、杨树枯萎病菌(Fusarium solani)的菌丝生长抑制率均在65%以上;对黄瓜枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.cucumerinum)、苦瓜枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.momodicae)和番茄早疫病菌(Alternaria solani)的菌丝生长抑制率分别为56.4%、52.9%和48.6%(表1)。盆栽试验结果表明:青霉Pe-8菌株发酵滤液对水稻白叶枯病的防效可达66%(图6)。青霉Pe-8菌株可为微生物源农药开发提供优良的菌株,在水稻白叶枯病和一些植物病原真菌病害防冶上有较好的应用前景。
本发明还公开了扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株的发酵液对水稻白叶枯病菌的拮抗作用及其在植物病害防冶中的应用。
本发明所筛选的扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株发酵滤液对水稻白叶枯病菌有显著抑制作用。在发酵培养基初始pH为6.5,培养温度为28℃条件下,液体发酵培养7d后,发酵滤液对水稻白叶枯病菌的抑菌圈直径可达42mm(图5);抗菌谱试验结果表明:青霉Pe-8菌株发酵滤液对6种植物病原真菌均有较好的抑制作用,对玉米炭疽病(Colletotrichum graminicola)、小麦赤霉病菌(Gibberella fujikuroi)、杨树枯萎病菌(Fusarium solani)的菌丝生长抑制率均在65%以上;对黄瓜枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.cucumerinum)、苦瓜枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.momodicae)和番茄早疫病菌(Alternaria solani)的菌丝生长抑制率分别为56.4%、52.9%和48.6%(表1)。盆栽试验结果表明:青霉Pe-8菌株发酵滤液对水稻白叶枯病的防效可达66%(图6)。青霉Pe-8菌株可为微生物源农药开发提供优良的菌株,在水稻白叶枯病等植物病害生物防冶上有较好的应用前景。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株的菌落形态图;
A和A1:PDA正面和背面;B和B1:CYA正面和背面;C和C1:CA正面和背面。
图2为扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株的显微形态图;
A:菌丝和分生孢子头,B:分生孢子头,C:分生孢子。
图3为扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株ITS rDNA基因序列(555bp)图。
图4为基于ITS rDNA序列建立的扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株系统发育树图。
图5为扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株发酵滤液对水稻白叶枯病菌P6小种的抑制圈图。
图6为扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株发酵滤液对水稻白叶枯病的防效图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述,但本发明的保护范围并不仅限于此:
实施例1、扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株的分离、筛选和鉴定
1、菌株
(1)青霉菌株:从不同的生境(例如:水稻田土壤、腐烂水果、面包等)分离、纯化、鉴定和保藏青霉菌株。
(2)水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)P6小种。
2、培养基
(1)PDA培养基:马铃薯200g、葡萄糖20g、琼脂15g,水1L,pH 6.0~6.5。用于青霉菌株的分离纯化和鉴定。
(2)PD培养液:马铃薯200g、葡萄糖20g、水1L,pH 6.0~6.5。用于青霉菌株的发酵培养。
(3)Xoo固体培养基:马铃薯300g、胰蛋白胨5.0g、蔗糖15g、Ca(NO3)2 0.5g、NaH2PO4·12H2O 2.0g、琼脂15g、水1L,pH 6.5。用于水稻白叶枯病菌P6小种的固体培养。
(4)Xoo培养液:马铃薯300g、胰蛋白胨5g、蔗糖15g、Ca(NO3)·H2O 0.5g、Na2HPO4·12H2O 2g、水1L,pH 6.5。用于水稻白叶枯病菌P6小种的液体发酵培养。
(5)查氏浓储液:NaNO3 30g、KCl 5g、MgSO4·7H2O 5g、FeSO4·7H2O 0.1g、水100mL,pH 6.5。用于配制CA和CYA培养基。
(6)查氏琼脂(CA)培养基:查氏浓储液10mL、K2HPO4 1g、蔗糖30g、琼脂15g、水1L,pH 6.5。用于青霉菌株的鉴定。
(7)查氏酵母膏琼脂(CYA)培养基:查氏浓储液10mL、K2HPO4 1g、酵母膏5g、蔗糖30g、琼脂15g、水1L,pH 6.5。用于青霉菌株的鉴定。
3实验方法
3.1青霉菌株的分离纯化和保藏
(1)水果等表面青霉菌株的分离纯化方法:用镊子挑取水果表面霉菌菌丝接种于PDA培养基中,28℃培养约36h,待白色绒毛状菌丝长出后,挑取顶端菌丝纯化培养3次(纯化培养条件同上),得纯菌株。
(2)土壤中青霉菌株的分离纯化方法:取土样1g于99mL无菌水中,120r/min摇床上振荡30min。取上清液进行梯度稀释(10-2~10-8),选择合适的浓度(10-6)取100μL均匀涂布于PDA培养基上,28℃恒温箱培养约36h,到出现真菌的菌落。挑取单菌落转接到PDA培养基上,3次传代纯化(纯化培养条件同上),得纯菌株。
(3)青霉菌株的初步鉴定和编号保存:将上述纯菌株PDA培养基上28℃培养3d,根据菌落形态和显微形态进行初步鉴定,将具有青霉典型特征的菌株编号,并置于4℃冰箱中保存。
3.2拮抗水稻白叶枯病的青霉菌株的筛选
3.2.1共培养法初筛
将水稻白叶枯病菌P6小种接种于Xoo培养液中,摇床活化培养(180r/min、28℃)。当病菌密度达到OD600≈0.6时,取100μL菌液均匀涂布于Xoo固体培养基(15mL)上,取已活化的青霉菌株1菌饼(直径6mm)接种于Xoo固体培养基中间,28℃培养48h,观察抑菌圈。根据抑菌圈有无和大小初步筛选有拮抗作用的青霉菌株,并将其用25%甘油保藏。
3.2.2牛津杯法复筛
(1)青霉菌株的发酵培养和发酵滤液的制备:将有拮抗作用的青霉菌株接种至PDA培养基中,于28℃培养3d,取1菌饼(6mm)接种到装有100mL PD培养液的250mL锥形瓶中摇床振荡培养(180r/min、28℃)7d后,得发酵液。将发酵液置于50mL离心管中12000r/min离心10min,上清液用0.45μm有机滤膜过滤,除去残余孢子,得到发酵滤液。
(2)水稻白叶枯病菌P6小种的培养:将P6小种接种于Xoo培养液中,摇床活化培养(180r/min、28℃),当菌密度达到OD600≈0.6时,取100μL菌液均匀涂布于Xoo固体培养基(15mL)上,于28℃放置30min,待用。
(3)牛津杯法测定抑菌圈复选:先将牛津杯放置于接种有P6小种的Xoo固体培养平板中央,取200μL青霉菌株的发酵滤液注入牛津杯内,测定各青霉菌株发酵滤液对水稻白叶枯病菌P6小种的抑制作用。根据抑菌圈大小筛选出拮抗作用较强的青霉菌株。
3.3拮抗水稻白叶枯病菌青霉目标菌株的鉴定
(1)青霉目标菌株的形态观察
用镊子挑取少量青霉目标菌株菌丝,转接于PDA培养基中,活化培养3d;取1菌饼(直径6mm)接种于新的PDA培养基上,28℃培养3d,显微镜观察目标菌株的菌丝、分生孢子头、分生孢子梗、分生孢子等的形态特征,并拍照。
(2)青霉目标菌株的ITS rDNA测序和比对分析
提取目标菌株的基因组DNA,扩增ITS rDNA基因序列,送上海生物工程公司测序。将测序得到的ITS rDNA序列提交至GenBank并利用BLAST比对后进行分析,确定所属的种。4实验结果
4.1青霉纯菌株的获得
通过分离纯化从不同生境收集的自然发酵样品中分离纯化共获126株青霉纯菌株。
4.2拮抗水稻白叶枯病菌青霉菌株的筛选
利用共培养法和牛津杯法对126株青霉纯菌株进行水稻白叶枯病菌P6小种抑制效果的初筛和复筛,结果不同青霉菌株对水稻白叶枯病菌P6小种的抑制作用存在较大差异。经筛选获1株拮抗作用较强的青霉菌株,编号为Pe-8菌株,发酵液抑菌圈直径可达42mm(图5),青霉Pe-8菌株分离自发霉的苹果。
4.3青霉Pe-8菌株种的鉴定结果
(1)青霉Pe-8菌株的形态特征
PDA培养基上28℃培养5d,菌落直径达35~40mm,菌落表面呈墨绿色;背面产生黄褐色色素(图1A)。
CYA培养基上28℃培养8d,直径35~40mm,菌落表面呈黄绿色,菌丝体白色;有辐射状沟纹,中心往往有点凹凸不平;质地绒状;分生孢子结构大量产生;有少量淡黄色渗出液产生;背面黄褐色(图1B)。
CA培养基上28℃培养8d,直径38~42mm,菌落呈微黄蓝绿色;菌丝体白色;有多道同心环纹;质地绒状兼有粉末状、颗粒状;分生孢子结构大量产生;有少量渗出液,淡黄色;背面黄褐色或紫褐色(图1C)。
显微镜观察菌丝细胞丝状交织,有分隔;分生孢子梗帚状枝多为两轮生,彼此紧贴,其分枝点通常1个;瓶梗每轮3~5个,瓶状,5.0~7.5×2.2~2.5μm(图2A和B);分生孢子呈现球形或近球形,大小为2.2~2.6×2.2~2.6μm(图2C)。
(2)青霉Pe-8菌株的ITS rDNA基因序列
序列分析结果表明,青霉Pe-8菌株的ITS rDNA基因序列长度为555bp(图3),基于ITS rDNA基因序列建立的青霉属(Penicillium)系统发育树表明,与扩展青霉(P.expansum)的进化距离最近(图4),相似性达99%。
(3)青霉Pe-8菌株的鉴定结果
根据青霉Pe-8菌株的形态特征和ITS rDNA基因序列,结合青霉属(Penicillium)分种检索表,将Pe-8菌株鉴定为扩展青霉(Penicillium expansum)。
对扩展青霉(P.expansum)Pe-8进行了保藏,保藏名称:扩展青霉Pe-8Penicillium expansum Pe-8,保藏单位:中国典型培养物保藏中心,保藏地址:中国武汉武汉大学,保藏编号:CCTCC NO:M 2018340,保藏时间2018年06月04日。
实施例2、扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株发酵液对6种植物病原真菌拮抗作用的测定
1菌株
(1)扩展青霉(P.expansum)Pe-8菌株。
(2)6种植物病原真菌:玉米炭疽病(Colletotrichum graminicola)、小麦赤霉病菌(Gibberella fujikuroi)、杨树枯萎病菌(Fusarium solani)、对黄瓜枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.cucumerinum)、苦瓜枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.momodicae)、番茄早疫病菌(Alternaria solani),用作抗菌谱测试。
2培养基
(1)PDA培养基:马铃薯200g、葡萄糖20g、琼脂粉15g、水1L、pH 6.5。用于青霉Pe-8菌株的活化培养和6种植物病原真菌的培养。
(2)PD培养液:马铃薯200g、葡萄糖20g、水1L、pH 6.5。用于青霉Pe-8菌株的发酵种子培养。
(3)发酵培养液:马铃薯200g、葡萄糖20g、蛋白胨5g、水1L、pH 6.5。用于青霉Pe-8菌株发酵培养。
3实验方法
3.1青霉Pe-8菌株发酵滤液的制备
刮取PDA培养基上青霉Pe-8菌株的少量孢子,接种于PD培养液中,装液量50mL/250mL、180r/min,28℃恒温摇床培养48h,作为种子液。按照4%接种量将种子液接种于发酵培养液中,摇床发酵培养7d。将发酵液置于50mL离心管中12000r/min离心10min,上清液用0.45μm有机滤膜过滤,除去残余孢子,得到发酵滤液,用于测定对6种植物病原真菌拮抗作用。
3.2植物病原真菌的活化与培养
将6种植物病原真菌分别接种于PDA培养基中,于28℃活化培养2d。然后转接于新的PDA培养基上于28℃培养4d,用于抗菌谱测定。
3.3青霉Pe-8菌株发酵滤液对6种植物病原真菌拮抗作用的测定
将青霉Pe-8菌株发酵滤液与处于熔化状态50℃的PDA培养基以1:9体积比混合均匀,倒入培养皿中,制成含青霉Pe-8菌株发酵滤液的平板。用打孔器分别移取6种植物病原真菌的菌饼(6mm)置于上述培养平板中央。28℃恒温培养72h。用十字交叉法测量6种植物病原真菌的菌落直径,设置3组平行重复,取平均值,对照加发酵培养液。按照下列抑制率计算公式计算菌丝生长抑制率。
菌丝生长抑制率%=(对照菌落直径-处理菌落直径)/(对照菌落直径-6)×100。
4实验结果
青霉Pe-8菌株对6种植物病原真菌的抑制效果见表1。青霉Pe-8菌株发酵液对6种植物病原真菌均较好的抑制作用。对玉米炭疽病(Colletotrichum graminicola)、小麦赤霉病菌(Gibberella fujikuroi)、杨树枯萎病菌(Fusarium solani)的菌丝生长抑制率均在65%以上;对黄瓜枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.cucumerinum)、苦瓜枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.momodicae)和番茄早疫病菌(Alternaria solani)的菌丝生长抑制率分别为56.4%、52.9%和48.6%(表1)。
表1、青霉Pe-8菌株发酵滤液对6种植物病原菌的抑制效果
注:菌丝生长抑制率(%)=(对照菌落直径-处理菌落直径)/(对照菌落直径-6)×100。
实施例3、青霉Pe-8菌株发酵滤液对水稻白叶枯病的防治效果
1青霉Pe-8菌株发酵滤液
发酵滤液制备方法同实施例2。
2病菌、水稻品系
水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)P6小种。
水稻品系:对白叶枯病菌P6小种感病的TN1水稻品系。
2实验方法
2.2青霉Pe-8菌株发酵滤液对水稻白叶枯病的防效实验
(1)水稻白叶枯病菌P6小种的培养和菌悬液制备:用平板划线法接种P6小种于Xoo固体培养基上活化48h;用接种环取1环接种至Xoo培养液中,置于28℃、180r/min摇床培养约48h;当菌悬液的OD≈0.6时,用作接种液。
(2)水稻白叶枯病菌P6小种接种水稻叶片方法:待水稻生长至分蘖期,用灭菌剪刀蘸取P6小种菌悬液,水平剪去水稻叶尖1.5cm。
(3)对水稻白叶枯病的防效实验
设置P6小种菌悬液处理对照(CK1)、无菌水处理对照(CK2)、接种方法1处理(处理1)和方法2处理(处理2)。
①CK1:用灭菌剪刀蘸取P6小种菌悬液后进行剪叶处理。
②CK2:用灭菌剪刀蘸取无菌水后进行剪叶处理。
③处理1:先用喷壶喷洒青霉Pe-8菌株发酵滤液,按1mL/cm2量、每隔0.5h一次、共喷洒6次;12h后,按CK1方法接种菌悬液。
④处理2:先用灭菌剪刀蘸取P6小种菌悬液进行剪叶处理,保湿2h后,按处理1方法喷洒青霉Pe-8菌株发酵滤液。
将上述接种部位进行保湿24h,待水稻叶片病斑产生及发展趋于稳定后,记录并统计发病情况。
3青霉Pe-8菌株发酵滤液对水稻白叶枯病的防效结果
病斑长度测量和统计结果见图6,P6小种菌悬液剪叶处理对照(CK1)病斑长度为124mm;无菌水剪叶处理对照(CK2),无病斑长出;处理1病斑平均长度为42mm;处理2病斑平均长度为57mm。处理1和处理2对TN1水稻品系白叶枯病病斑抑制率分别为66%和54%。实验结果表明,青霉Pe-8菌株发酵滤液在白叶枯病菌P6小种侵染TN1水稻叶片的过程中,发挥了较好的防病作用;先喷洒青霉Pe-8菌株发酵滤液防病效果更显著。
对比实验、将如表2所述的菌株(包括本发明实验过程获得的其他的具有青霉典型特征的菌株,以及保藏机构中获得的现有的扩展青霉)按照实施例3所述方法进行实验,仅仅设置处理1所述的实验组,最终所得的对白叶枯病菌P6小种侵染TN1水稻的病斑抑制率如表2所述。
表2本发明获得的其他的青霉对白叶枯病菌P6小种侵染水稻TN1的病斑抑制率
最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然,本发明不限于以上实施例,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
序列表
<110> 浙江师范大学
<120> 扩展青霉Pe-8菌株及其应用
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 555
<212> DNA
<213> 扩展青霉( Penicillium expansum )
<400> 1
gggtcggtga ggctctgggt cacctcccac ccgtgtttat tttaccttgt tgcttcggcg 60
ggcccgcctt aactggccgc cggggggctt acgcccccgg gcccgcgccc gccgaagaca 120
ccctcgaact ctgtctgaag attgaagtct gagtgaaaat ataaattatt taaaactttc 180
aacaacggat ctcttggttc cggcatcgat gaagaacgca gcgaaatgcg atacgtaatg 240
tgaattgcaa attcagtgaa tcatcgagtc tttgaacgca cattgcgccc cctggtattc 300
cggggggcat gcctgtccga gcgtcattgc tgccctcaag cccggcttgt gtgttgggcc 360
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