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        八角根圍土壤真菌種類鑒定及其對南方根結(jié)線蟲的活性評價

        2014-08-10 12:29:53王媛媛朱曉峰段玉璽陳立杰
        植物保護 2014年6期

        陸 然, 王媛媛, 朱曉峰, 段玉璽, 陳立杰

        (沈陽農(nóng)業(yè)大學植物保護學院 北方線蟲研究所,沈陽 110866)

        八角根圍土壤真菌種類鑒定及其對南方根結(jié)線蟲的活性評價

        陸 然, 王媛媛, 朱曉峰, 段玉璽, 陳立杰*

        (沈陽農(nóng)業(yè)大學植物保護學院 北方線蟲研究所,沈陽 110866)

        采用平板稀釋法分離廣西八角根圍土壤真菌13個屬1 329株,利用貝氏皿浸漬法對其發(fā)酵液進行了殺線蟲活性篩選,計算其對南方根結(jié)線蟲卵孵化抑制率及對2齡幼蟲(J2)致死率的影響。菌株Gisf326、Gisf495和Gisf415發(fā)酵液原液對南方根結(jié)線蟲卵孵化的相對抑制率分別為96.67%、83.33%和73.33%,發(fā)酵液20倍稀釋液對J2校正死亡率分別為93.13%、87.81%和93.38%;經(jīng)形態(tài)學鑒定和ITS序列分析,3種真菌分別為淡紫擬青霉(Paecilomyceslilacinus)、黑曲霉(Aspergillusniger) 和日本曲霉(A.japonicus)。本研究為植物線蟲病害的防治提供了新的生防真菌資源。

        八角; 土壤真菌; 南方根結(jié)線蟲; 活性篩選; 種類鑒定

        南方根結(jié)線蟲(MeloidogyneincognitaKofoidetWhite)是能夠引起嚴重植物病害的重要病原線蟲之一,可以寄生單子葉和雙子葉植物,寄主范圍廣泛,在世界各地均有分布,是熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)最重要的植物病原線蟲[1]。近年來,隨著農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整,保護地作物栽培面積迅速擴大,南方根結(jié)線蟲在遼寧省溫室大棚蔬菜生產(chǎn)中的發(fā)生危害日益嚴重??刂浦参锞€蟲病害的化學藥劑已陸續(xù)被禁用或限制使用,因此,生物防治成為控制根結(jié)線蟲病害的有效途徑之一。1937年Linford曾評估了捕食性真菌對根結(jié)線蟲的活性,并取得較為理想的結(jié)果[2]。近年來陸續(xù)有研究者針對兼性寄生真菌和產(chǎn)毒真菌進行研究,如研究較深入的淡紫擬青霉[3]、厚垣輪枝菌[4]等,后又發(fā)現(xiàn)一些具有殺線蟲能力的真菌種類[5-6],為植物線蟲病害的生物防治提供諸多的生防因子。

        本研究利用分離自八角根圍的真菌類群,以南方根結(jié)線蟲為靶標,針對這一特殊生境的真菌進行活性篩選及鑒定,以期分離獲得高效的線蟲生防真菌活性菌株,為生產(chǎn)中根結(jié)線蟲病害的防治提供新的生防真菌資源。

        1 材料和方法

        1.1 供試線蟲與供試菌株

        供試線蟲:南方根結(jié)線蟲,沈陽農(nóng)業(yè)大學北方線蟲研究所提供。

        供試菌株:從廣西南寧市和玉林市林場種植的八角根圍土壤中分離真菌菌株。

        1.2 培養(yǎng)基

        采用孟加拉紅培養(yǎng)基和平板稀釋法分離真菌,菌株純化培養(yǎng)采用PDA培養(yǎng)基,菌株發(fā)酵采用馬鈴薯培養(yǎng)液[7]。

        1.3 菌株發(fā)酵液及代謝產(chǎn)物的制備

        選取平板上生長良好的菌落,接種于50 mL馬鈴薯培養(yǎng)液于100 mL三角瓶中,140 r/min,25 ℃條件下振蕩培養(yǎng)5 d,10 000 r/min離心5 min,上清液經(jīng)一次性濾器(孔徑0.22 μm)過濾。用無菌水將發(fā)酵液依次稀釋5、10、15、20倍,和發(fā)酵原液共5個濃度梯度,于4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆肹7]。

        1.4 南方根結(jié)線蟲卵囊和2齡幼蟲的獲得

        從溫室番茄根部挑取南方根結(jié)線蟲的卵囊,在0.5%NaClO溶液中消毒2 min,無菌水反復沖洗3次后,在25 ℃無菌水中孵化2齡幼蟲。每天及時更換處理液并收集新孵化出的2齡幼蟲[8]。

        1.5 真菌代謝產(chǎn)物對南方根結(jié)線蟲卵孵化的影響

        取新鮮飽滿的卵囊,0.5%NaClO表面消毒3 min,無菌水沖洗3次,放入自制的孵化池,每個孵化池放入一個卵囊。將孵化池放入裝有發(fā)酵液的貝氏小皿中,無菌水作為對照,3次重復,25 ℃下孵化[7]。5 d后觀察統(tǒng)計孵化出的J2的數(shù)量。

        1.6 真菌代謝產(chǎn)物對南方根結(jié)線蟲J2活性的影響

        用移液槍在貝氏小皿中分別加入各菌株發(fā)酵液400 μL,然后將新孵化的J2約70條,放入貝氏皿。每處理3次重復,以無菌水為對照。放入25 ℃培養(yǎng)箱中,24 h和48 h后記錄線蟲死亡數(shù),線蟲死活判斷采用NaOH刺激法[7]。

        1.7 菌株的鑒定

        主要依據(jù)形態(tài)學特征[9-10]對所分離的菌株鑒定到屬。同時采用ITS序列分析方法對形態(tài)鑒定的結(jié)果做進一步的驗證。利用TIANGEN公司DNA提取試劑盒提取菌株總DNA,PCR(BIORAD, S1000Thermal Cycle)擴增選用的通用引物為ITS1(5′-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3′)和ITS4(5′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3′)[11],反應條件:94 ℃變性5 min;94 ℃變性1 min,56 ℃復性1 min,72 ℃延伸2 min,30次循環(huán);72 ℃延伸5 min,4 ℃保存。PCR產(chǎn)物采用1.2%的瓊脂糖凝膠電泳(Gene, InGenius LHR)檢測。 PCR擴增產(chǎn)物由上海生物工程有限公司純化測序。測序獲得的ITS序列結(jié)果運用Blast工具(http:∥blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)與GenBank數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)真菌菌株ITS序列進行比對,進一步明確菌株的分類地位。

        1.8 數(shù)據(jù)分析

        南方根結(jié)線蟲的活性評價采用線蟲卵孵化的相對抑制率和J2的校正死亡率進行評價[12]。

        相對抑制率(%)=

        校正死亡率(%)=

        所獲數(shù)據(jù)采用EXCEL2007和SPSS Statistics軟件進行數(shù)據(jù)處理,Duncan’s 新復極差法進行多重比較。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 八角根圍真菌分離株對南方根結(jié)線蟲的活性篩選

        從廣西南寧市和玉林市林場的八角根圍土壤中共分離獲得1 329株真菌,初步鑒定到8個屬,分別為:青霉屬(Penicillium)、曲霉屬(Aspergillus)、木霉屬(Trichoderma)、腐霉屬(Pythium)、擬青霉屬(Paecilomyces)、輪枝孢屬(Verticillium)、擬盤多毛孢屬(Pestalotiopsis)、枝頂孢屬(Acremonium)等。

        經(jīng)初步篩選,對7株供試菌株進行了南方根結(jié)線蟲卵孵化相對抑制率的測試(圖1),有6株供試菌株對南方根結(jié)線蟲卵孵化的相對抑制率達70%以上。菌株Gisf326對線蟲卵孵化的相對抑制率最高,達到96.67%,菌株Gisf312效果較差,相對抑制率僅為60%。

        圖1 活性菌株代謝產(chǎn)物對南方根結(jié)線蟲卵孵化的相對抑制率Fig.1 Relative inhibitory rate of Meloidogyne incognita eggmass hatching treated by metabolites of active fungal strains

        利用貝氏皿法對分離到的土壤真菌發(fā)酵液進行了殺線蟲活性評價,經(jīng)初篩獲得7株對南方根結(jié)線蟲J2校正死亡率達到50%以上的菌株(圖2)。處理24 h后對南方根結(jié)線蟲J2校正致死率達到90%以上的菌株有Gisf495、Gisf415、Gisf326和Gisf312;處理48 h后,菌株Gisf495校正死亡率已達到100%,Gisf415次之達到99.38%,Gisf326為98.61%。

        通過對南方根結(jié)線蟲J2的致死率以及卵孵化相對抑制率的評估,篩選出3株對南方根結(jié)線蟲J2活性高且對卵孵化影響較大的菌株進行復篩及種類鑒定,這3株菌株分別為Gisf326、 Gisf495和Gisf415。

        圖2 八角根圍真菌分離株對南方根結(jié)線蟲J2活性的初步篩選Fig.2 Preliminary screening of nematicidal fungi from anise rhizosphere against Meloidogyne incognita J2

        2.2 高活性菌株代謝產(chǎn)物對南方根結(jié)線蟲J2活性的影響

        對篩選到的3株高活性菌株進一步發(fā)酵處理,發(fā)酵液離心過濾后獲得其代謝產(chǎn)物,進行稀釋后測定其對線蟲的活性,結(jié)果顯示隨著稀釋倍數(shù)的增加各菌株的殺線蟲活性逐漸下降,但菌株Gisf415和Gisf326下降不明顯(表1)。在處理48 h稀釋20倍條件下,菌株Gisf495的代謝產(chǎn)物對南方根結(jié)線蟲J2的校正死亡率由原液條件下的100%下降至87.81%,而菌株Gisf415和 Gisf326仍維持在93%以上;在處理24 h稀釋20倍條件下,菌株Gisf495對J2的校正死亡率由原液的100%降至71.15%,相對略高于菌株Gisf415和菌株Gisf326。

        表1 不同稀釋倍數(shù)活性菌株的代謝產(chǎn)物對南方根結(jié)線蟲J2的致死率1)Table 1 Effects of active metabolites of different dilution times on J2 of Meloidogyne incognita

        1) 數(shù)字后字母為Duncan’s新復極差測驗結(jié)果,同列不同小寫英文字母表示差異顯著,P<0.05。
        Values followed by different letters in the same column indicate significant difference(P<0.05) by Duncan’s new multiple range test.

        2.3 高活性菌株代謝產(chǎn)物對南方根結(jié)線蟲卵囊孵化的影響

        隨著所篩選的3株高活性菌株發(fā)酵液稀釋倍數(shù)的逐漸增加,其對南方根結(jié)線蟲卵孵化的相對抑制率表現(xiàn)為逐漸下降,其中菌株Gisf326下降趨勢最少,菌株Gisf415下降的趨勢最明顯(圖3)。對卵孵化相對抑制率最高的菌株為Gisf326,其原液的相對抑制率達到96.67%,在稀釋20倍條件下,相對抑制率仍達到86.67%,具有的生防潛力可能最大;其次是菌株Gisf495,其原液的相對抑制率為83.33%,在稀釋20倍條件下,其相對抑制率為50%;而菌株Gisf415對卵的相對抑制率較低,其原液相對抑制率為73.33%,在稀釋15倍的條件下已降到了36.67%,在稀釋20倍條件下僅有3.33%。

        圖3 活性菌株代謝產(chǎn)物稀釋倍數(shù)對南方根結(jié)線蟲卵孵化的影響Fig.3 Effects of active metabolites of different dilution times on egg hatchability of Meloidogyne incognita

        2.4 高活性菌株的鑒定

        經(jīng)形態(tài)學觀察和ITS分析比較,對菌株Gisf326、Gisf495和Gisf415 進行了分類鑒定。菌株Gisf326在PDA培養(yǎng)基上生長較迅速,25 ℃、3 d菌落直徑15~25 mm。菌落平展,稀疏絨毛狀,紫灰色,背面白色;菌絲分隔,透明,光滑;分生孢子梗直立,多數(shù)單生于菌絲上,輪生體由3~6個瓶梗組成,瓶梗基部柱狀膨大,向上突然變細,頸部短;分生孢子橢圓形、果核形,透明,光滑,排列成長鏈。形態(tài)描述與《中國真菌志·第四十三卷》中淡紫擬青霉的描述基本一致[8]。利用ITS特異性引物擴增獲得的基因序列分析,與GenBank數(shù)據(jù)庫中相關(guān)真菌菌株的ITS序列進行比較,結(jié)果表明,菌株與已知真菌淡紫擬青霉(GQ229080. 1)ITS序列同源性達到99%。綜合考慮菌株Gisf326的形態(tài)特征和ITS基因序列結(jié)果一致,該菌株的分類地位屬于淡紫擬青霉[Paecilomyceslilacinus(Thom) Samson, 1974]。

        菌株Gisf495在PDA培養(yǎng)基上生長迅速,25 ℃、3 d菌落直徑25~35 mm,中間稍凸起,有規(guī)則的輻射狀溝紋,質(zhì)地絲絨狀或稍呈絮狀,上產(chǎn)生大量分生孢子結(jié)構(gòu),表面呈炭黑色,背面呈不同程度的黃色;分生孢子梗直立,褐色,末端膨大呈球形,形成頂囊,頂囊全部表面可育,產(chǎn)孢結(jié)構(gòu)呈兩層排列,輻射狀,頂層孢子梗長瓶形;分生孢子球形,褐色,具刺,成鏈狀串生。形態(tài)描述與《中國真菌志·第五卷》中黑曲霉的描述基本一致[9]。通過ITS測序分析,與GenBank數(shù)據(jù)庫中相關(guān)真菌菌株的ITS序列進行比較,結(jié)果表明,菌株與已知真菌黑曲霉(AB369898.1)ITS序列同源性達到99%。綜合考慮菌株Gisf495的形態(tài)特征和ITS基因序列結(jié)果,表明該菌株的分類地位屬于黑曲霉(AspergillusnigerTiegh. V,1867)。

        菌株Gisf415在PDA培養(yǎng)基上生長迅速,25 ℃、3 d菌落直徑為20~30 mm,具有輻射狀溝紋,質(zhì)地絲絨狀,上產(chǎn)生大量分生孢子結(jié)構(gòu),表面呈紫褐色,背面無色,后呈不同程度的黃色;分生孢子頭幼齡為球形至輻射形,老后分裂成幾個柱狀結(jié)構(gòu),分生孢子梗發(fā)生于基質(zhì),近頂囊部分淡黃褐色,大頂囊表面全部可育,小頂囊僅上部可育,產(chǎn)孢結(jié)構(gòu)單層,瓶形,輻射狀;分生孢子球形或近球形,壁顯著粗糙,具刺。形態(tài)描述與《中國真菌志·第五卷》中日本曲霉的描述基本一致[9]。通過ITS測序分析,與GenBank數(shù)據(jù)庫中相關(guān)真菌菌株的ITS序列進行比較,結(jié)果表明,該菌株與已知真菌日本曲霉(AJ279983.1)ITS序列同源性達到99%。綜合考慮菌株Gisf415的形態(tài)特征和ITS基因序列結(jié)果,表明該菌株的分類地位屬于日本曲霉(AspergillusjaponicusSaito, 1906)。

        3 結(jié)論與討論

        淡紫擬青霉和厚垣輪枝菌等真菌是自然界中線蟲種群控制的重要因子,也是生物防治的重要原材料,具有特殊的研究意義和經(jīng)濟價值[13]。淡紫擬青霉是一類重要的卵寄生真菌,也是植物寄生線蟲較為理想的生防菌株之一[14-15]。一般認為淡紫擬青霉防治線蟲的機制是與線蟲的卵接觸后,在菌絲機械壓力及其分泌水解酶的作用下使卵殼表皮破裂,隨后穿入并寄生在早期胚胎發(fā)育的卵中,最終致使整個胚胎被菌絲體取代、卵的內(nèi)容物被破壞而致死[16]。淡紫擬青霉侵染卵過程中有幾丁質(zhì)酶、 細胞壁裂解酶、 葡聚糖酶和絲蛋白酶的參與,其中絲蛋白酶能殺死一部分卵[17]。Castillo等[18]研究淡紫擬青霉與芽胞桿菌聯(lián)合使用對防治棉花上的腎形線蟲具有較好的效果,田間防效達到54%。本試驗通過對南方八角根圍土壤中真菌的篩選,獲得淡紫擬青霉真菌菌株,對南方根結(jié)線蟲卵孵化相對抑制率達到96.67%,對J2校正死亡率也很高而且穩(wěn)定,具有較好的開發(fā)前景。

        自從1903年Metcalf首次描述了小桿線蟲上黑色的曲霉屬真菌對其有致死作用以來[19],就不斷有曲霉屬真菌殺線蟲活性作用的報道。Mankau[20]指出, 黑曲霉發(fā)酵濾液具有較好殺線活性的毒性成分,并具有耐熱性,其中草酸就是黑曲霉向體外分泌的一種殺線物質(zhì)。另外黑曲霉發(fā)酵液中還有檸檬酸也具有殺線蟲活性,其與草酸具有協(xié)同殺線作用。Mubyana-John等[21]研究發(fā)現(xiàn)從土壤中分離到煙曲霉對根結(jié)線蟲有致死作用,Siddiqui等[22]從作物根際土壤中分離到的曲霉屬真菌對根結(jié)線蟲具有較高的活性。李頌等[23]研究發(fā)現(xiàn)黑曲霉菌株Snf009發(fā)酵液對南方根結(jié)線蟲具有較強的活性,其對溫室番茄線蟲的防效達到50%。本試驗篩選出的黑曲霉菌株Gisf495對南方根結(jié)線蟲的卵孵化相對抑制率和對J2校正死亡率均很高,在稀釋20倍條件下仍能保持一定的活性,有待于進一步開發(fā)。

        菌株Gisf415鑒定為日本曲霉,對南方根結(jié)線蟲J2的活性很高且穩(wěn)定,但對卵孵化相對抑制率表現(xiàn)不穩(wěn)定,不耐稀釋。日本曲霉是土壤和谷物種子表面的一種常見真菌,有研究顯示其產(chǎn)生的黑麥酮酸F對玉米有化感作用,并分泌β-呋喃果糖苷酶等[24-25],但未見有殺線蟲活性的報道。本研究發(fā)現(xiàn)其發(fā)酵液中可能存在殺線活性物質(zhì),具體物質(zhì)有待于進一步研究。

        本試驗從廣西八角根圍特殊生境中篩選獲得3株高效活性真菌菌株,其代謝產(chǎn)物均具有高效的殺線蟲活性,并對卵的孵化亦具很高的抑制作用,為生產(chǎn)中根結(jié)線蟲病害的防治提供了新的生防真菌資源。但是,本研究僅僅初步評估了3株真菌發(fā)酵液對南方根結(jié)線蟲J2和卵孵化的作用,還需進一步對其殺線蟲活性物質(zhì)進行分離純化,發(fā)酵條件優(yōu)化,以及田間試驗驗證其對蔬菜根結(jié)線蟲病的防治效果,以期為生產(chǎn)中蔬菜根結(jié)線蟲病害的防控提供有效的技術(shù)手段。

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        IdentificationofthefungifromtherhizosphereofaniseandevaluationoftheiractivitiesonMeloidogyneincognita

        Lu Ran, Wang Yuanyuan, Zhu Xiaofeng, Duan Yuxi, Chen Lijie

        (CollegeofPlantProtection,NematologyInstituteofNorthernChina,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang110866,China)

        Soil fungi were isolated by dilution method from the rhizosphere of anise(Illiciumverum)in the Guangxi Zhuang Autonomous Region. A total of 1 329 strains were obtained, belonging to 13 genus. After culturing and fermenting some of the dominant fungi strains, we screened their nematicidal activities with fermentation metabolite immersed in the Bayesian dish. Through the evaluation of hatching rate of eggs and the corrected mortality of the second stage juveniles(J2), we got 3 high-activity fungal strains, namely Gisf326, Gisf495 and Gisf415, which were identified asPaecilomyceslilacinus,AspergillusnigerandA.japonicusbased on morphology and ITS sequences. The relative inhibition rates of Gisf326, Gisf495 and Gisf415 in fermentation metabolite againstM.incognitaeggs were 96.67%, 83.33% and 73.33%. In 20-fold dilution metabolite, the corrected mortality rates of J2were 93.13%, 87.81% and 93.38%. The research provides new biocontrol resources for plant nematodes.

        Illiciumverum; soil fungi;Meloidogyneincognita; activity screening; identification of fungus

        2013-11-20

        :2014-02-11

        公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201103018);國家自然科學基金(31171823);沈陽農(nóng)業(yè)大學天柱山學者資助計劃

        S 482.51,S 476

        :ADOI:10.3969/j.issn.0529-1542.2014.06.008

        * 通信作者 E-mail:chenlijie0210@163.com

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