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        中國新記錄種毛細(xì)木霉Trichoderma capillare及功能評(píng)價(jià)

        2016-06-07 07:19:58陳凱李紀(jì)順張廣志王貽蓮趙曉燕吳曉青扈進(jìn)冬楊合同
        山東科學(xué) 2016年1期

        陳凱,李紀(jì)順,張廣志,王貽蓮,趙曉燕,吳曉青,扈進(jìn)冬,楊合同

        (山東省科學(xué)院生物研究所,山東省科學(xué)院生物技術(shù)研究中心,山東省應(yīng)用微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 濟(jì)南 250014)

        中國新記錄種毛細(xì)木霉Trichodermacapillare及功能評(píng)價(jià)

        陳凱,李紀(jì)順,張廣志,王貽蓮,趙曉燕,吳曉青,扈進(jìn)冬,楊合同*

        (山東省科學(xué)院生物研究所,山東省科學(xué)院生物技術(shù)研究中心,山東省應(yīng)用微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東濟(jì)南250014)

        摘要:木霉菌株TW22166分離自湖南省洞庭湖灘涂濕地,該菌株分生孢子梗具有長而發(fā)達(dá)的主軸,二次分枝豐富,不規(guī)則,一般單生,分生孢子梗向頂方向著生單個(gè)瓶梗。利用ITS、tef1及rpb2序列分析,發(fā)現(xiàn)該菌株同Trichodermacapillare同源性達(dá)到99%以上;在以rpb2構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹中,TW22166與TrichodermacapillarestrainGJS06-66[JN175530.1]位于同一分支。該菌株在PDA平板上對(duì)9種植物病原真菌均有抑制作用,其中對(duì)Fusarium.oxysporum的抑制率為100.0%。菌株具有蛋白酶、幾丁質(zhì)酶及纖維素酶活性,其中蛋白酶活性較高,透明圈寬度達(dá)16.0mm。該菌株鑒定為毛細(xì)木霉Trichodermacapillare,是木霉屬中國新記錄種,也是一株較有潛力的生物防治菌株。

        關(guān)鍵詞:中國新記錄種;毛細(xì)木霉;抑菌能力;水解酶活性

        木霉屬TrichodermaPers.屬于半知菌亞門Deuteromycotina、絲孢綱Hyphomycetes、絲孢目Hyphomycetales的粘孢菌類Gloiosporae?,F(xiàn)已證實(shí)其有性世代為子囊菌亞門Ascomycotina、肉座目Hypocreales、肉座科Hypocreaceae的肉座菌屬Hypocrea[1]。木霉是世界性分布真菌,主要存在于土壤、腐爛的木材及雜草中,因其在工業(yè)酶制劑、抗生素及生物防治等方面的應(yīng)用價(jià)值而受到廣泛關(guān)注[2-3]。開展木霉屬資源和系統(tǒng)分類研究,將豐富對(duì)我國該類群物種多樣性的認(rèn)識(shí),不斷發(fā)掘和擴(kuò)大有應(yīng)用前景的物種資源,具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和學(xué)術(shù)價(jià)值。截止目前,國際上已報(bào)道木霉種類236種[4-8],其中國內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的木霉種類為91種[9],對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的分類和鑒定對(duì)于木霉的研究應(yīng)用有重要意義。

        本實(shí)驗(yàn)室于2015年4月沿洞庭湖周邊灘涂濕地采集土樣和水樣,從69個(gè)樣品中,已分離到木霉菌株171株,對(duì)分離到的木霉進(jìn)行了形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)序列分析,發(fā)現(xiàn)了1個(gè)中國新記錄種,即毛細(xì)木霉T.capillare。

        1 材料與方法

        1.1培養(yǎng)基

        PDAm:馬鈴薯200g,葡萄糖20g,瓊脂15g,鏈霉素0.1g,氯霉素0.3g,玫瑰紅0.02g,曲酮0.5mL,蒸餾水1000mL。

        PDA:馬鈴薯200g,葡萄糖20g,瓊脂15g,蒸餾水1000mL。

        SNA:KH2PO41.0g,KNO31.0g,MgSO4·7H2O0.5g,KCl0.5g,葡萄糖0.2g,蔗糖0.2g,瓊脂15g,蒸餾水1000mL。

        CMD:玉米粉30g,葡萄糖20g,瓊脂15g,蒸餾水1000mL。

        幾丁質(zhì)培養(yǎng)基:葡萄糖0.5g,MgSO4·7H2O0.3g,(NH4)2SO41g,K2HPO41.36g,膠體幾丁質(zhì)10g,瓊脂15g,蒸餾水1000mL。

        纖維素培養(yǎng)基:葡萄糖0.5g,KH2PO415g,(NH4)2SO45g,CaCl20.6g,MgSO4·7H2O0.6g,F(xiàn)eSO4·7H2O0.005g,MnSO4·H2O0.0016g,ZnSO4·7H2O0.0014g,CoCl2·6H2O0.0037g,CMCNa10g,瓊脂15g,蒸餾水1000mL。

        蛋白酶培養(yǎng)基:葡萄糖0.5g,明膠10g,瓊脂15g,蒸餾水1000mL。

        1.2菌種分離

        沿洞庭湖周邊灘涂濕地采集土樣和水樣,利用選擇性培養(yǎng)基PDAm分離木霉,經(jīng)單孢分離后保存。

        1.3形態(tài)學(xué)觀察

        分別在SNA、PDA和CMD上培養(yǎng)木霉菌株,定期觀察菌落形態(tài)及分生孢子梗、瓶梗的發(fā)育形態(tài)。

        1.4分子鑒定

        利用OMEGA公司的FungalDNAminiKit試劑盒提取木霉基因組DNA,分別用3對(duì)引物ITS1-F/ITS4、EF1-728F/EF200R、fRPB2-5f/fRPB2-7cR進(jìn)行擴(kuò)增,PCR產(chǎn)物交上海生工生物股份有限公司進(jìn)行測序,結(jié)果分別提交NCBI和ISTH網(wǎng)站進(jìn)行比對(duì)分析。

        1.5生物學(xué)功能評(píng)價(jià)

        1.5.1供試植物病原真菌

        立枯絲核菌Rhizoctoniasolani、終極腐霉Pythiumultimum、灰葡萄孢Botrytiscinerea、大麗花輪枝孢Verticilliumdahliae、尖孢鐮孢Fusariumoxysporum、瓜果腐霉Pythiumaphanidermatum、致病疫霉Phytophthorainfestans、紋枯絲核菌Rizoctoniacerealis和串珠鐮孢Fusariummoniliforme,均為本實(shí)驗(yàn)室保藏。

        1.5.2平板抑菌實(shí)驗(yàn)

        平板直徑兩端距中心35mm處分別接種直徑5mm的木霉和病原真菌,以只接種病原真菌為對(duì)照,25℃培養(yǎng),記錄病原真菌對(duì)峙方向生長半徑,計(jì)算抑制率(%)。

        抑制率(%)=(對(duì)照病菌生長半徑-處理病菌生長半徑)/對(duì)照病菌生長半徑×100%。

        1.5.3平板水解酶活性檢測

        主要檢測蛋白酶、纖維素酶和幾丁質(zhì)酶活性。配制水解酶活性檢測培養(yǎng)基,培養(yǎng)基中加0.05%的曲酮抑制菌落擴(kuò)散,25℃培養(yǎng)6d,記錄水解圈寬度。

        2 結(jié)果與分析

        2.1菌株采集信息

        菌株TW22166采集自湖南省洞庭湖,經(jīng)度113°0′27.19",緯度29°9′19.21",采集時(shí)間為2015年4月20日,植被類型為雜草,采集人:李紀(jì)順、王貽蓮。

        2.2菌株形態(tài)學(xué)特征

        菌株TW22166的形態(tài)學(xué)特征見圖1。于20、25、30、35、40℃培養(yǎng)3d,在SNA培養(yǎng)基上菌落半徑分別為38、64、75、71、15mm;在PDA培養(yǎng)基上菌落半徑分別為43、56、72、66、12mm,最適生長溫度和產(chǎn)孢溫度為30-35℃。于20℃培養(yǎng)7d,在SNA培養(yǎng)基上不產(chǎn)生明顯的分生孢子,菌絲稀疏,成放射狀擴(kuò)散;在PDA培養(yǎng)基上形成一圈輪紋,氣生菌絲稀疏,并形成孢子簇,孢子簇為顆粒狀分布,灰綠色,培養(yǎng)基背面為淡黃色;在CMD培養(yǎng)基上形成一圈輪紋,白色到灰綠色孢子簇,氣生菌絲稀疏,卷毛狀,培養(yǎng)基背面為淡黃色。

        分生孢子梗包括長而發(fā)達(dá)的主軸,二次分枝豐富,不規(guī)則,一般單生,少數(shù)二岐式分枝,缺乏不育菌絲。分生孢子梗向頂方向著生單個(gè)瓶梗,多數(shù)瓶梗直接產(chǎn)生于二次分枝上,成不對(duì)稱排列,一般不是漩渦狀排列。瓶梗燒瓶形或圓柱形,在中間稍微膨大,有時(shí)彎曲,瓶梗長(4.0-)6.5-10.5(-14.0)μm,最寬處(2.2-)3.0-3.5(-4.5)μm,基部寬(1.0-)2.2-2.6(-3.2)μm。

        分生孢子橢圓形,黃綠色,大小為(4.4-)3.9-3.4(-2.4)×(2.8-)2.7-2.5(-2.3)μm。厚垣孢子亞球形,串生、間生或端生,產(chǎn)量較多,大小為(9.4-)7.8-6.4(-5.6)×(8.2-)6.7-5.5(-5.1)μm。

        圖1 菌株TW22166的形態(tài)特征Fig.1morphological characteristics of strain TW22166

        2.3菌株序列分析

        菌株TW22166的ITS序列總長為673bp,在GenBank上的登錄號(hào)為KT862523,經(jīng)www.isth.info中的TrichOKEY進(jìn)行比對(duì),分別在113、135、314、472、568處發(fā)現(xiàn)了木霉的5個(gè)DNA寡核苷酸條形編碼,表明TW22166為木霉屬,種類鑒定為Trichodermasp.MA3642。TW22166的tef1序列總長為664bp,在GenBank上的登錄號(hào)為KT862524,同TrichodermacapillarestrainGJS99-3[JN175584.1]同源性99%,TW22166的rpb2序列總長為1104bp,在GenBank上的登錄號(hào)為KT862525,同TrichodermacapillarestrainGJS06-66[JN175530.1]同源性99%。

        選取NCBI中與菌株TW22166的rpb2同源性不小于90%的序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹,結(jié)果見圖2,菌株TW22166與TrichodermacapillarestrainGJS06-66[JN175530.1]位于同一分支,而與其他菌株的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。

        圖2 以rpb2基因序列為分子標(biāo)記的系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹Fig.2 Gene sequences rpb2 based phylogenetic tree

        2.4菌株TW22166的平板抑菌作用

        菌株TW22166在PDA平板上對(duì)供試9種植物病原真菌均具有較好的抑制作用,抑制率范圍為47.0%-100.0%,其中對(duì)B.cinerea的抑制率為47.0%,對(duì)F.oxysporum的抑制率為100.0%,對(duì)其他病原真菌的抑制率介于兩者之間(圖3)。

        圖3 菌株TW22166的平板抑菌能力Fig.3 Antifungal capability of strain TW22166 on PDA plate

        2.5菌株TW22166的水解酶活性

        菌株TW22166在平板上具有蛋白酶活性、幾丁質(zhì)酶活性及纖維素酶活性,可產(chǎn)生明顯的透明圈,其中蛋白酶活性較高,透明圈寬度為16.0mm,結(jié)果見圖4。

        A蛋白酶活性B幾丁質(zhì)酶活性C纖維素酶活性圖4 菌株TW22166的水解酶活性Fig.4 Hydrolase activity of strain TW22166

        3 結(jié)論

        傳統(tǒng)的木霉生物學(xué)鑒定主要依據(jù)形態(tài)學(xué)特征,但木霉的形態(tài)性狀復(fù)雜多變且易受環(huán)境影響,缺少特有形態(tài)特征,給分類研究者對(duì)其進(jìn)行種的定義造成了極大的不便。近年來,人們將傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)分類方法與分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于木霉屬的分類和系統(tǒng)進(jìn)化問題的研究中,開創(chuàng)了一個(gè)真菌系統(tǒng)分類學(xué)的新時(shí)代,并取得了顯著的成功[10]。

        由于木霉的ITS和tef1序列同源性在種內(nèi)、種間差異存在重疊,可能導(dǎo)致部分種的錯(cuò)誤鑒定[11],本文用rpb2序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹,結(jié)果發(fā)現(xiàn)菌株TW22166與TrichodermacapillarestrainGJS06-66[JN175530.1]位于同一分支,而與其他菌株的親緣關(guān)系較遠(yuǎn),初步斷定菌株TW22166應(yīng)為Trichodermacapillare。其形態(tài)學(xué)特征也與其一致[12],故將菌株TW22166鑒定為Trichodermacapillare。

        菌株TW22166分生孢子梗形態(tài)屬于長枝組Longibrachiatum,該組木霉的共同特點(diǎn)為菌落生長快,最適生長溫度為30-35℃,在PDA上產(chǎn)生黃色色素,產(chǎn)孢簇為平展或松散的簇狀。分生孢子梗形成于氣生菌絲稀疏的培養(yǎng)物上,典型分生孢子梗包括強(qiáng)壯發(fā)達(dá)的中軸,初級(jí)分枝長,二級(jí)分枝通常短且少見再次分枝。瓶梗排列不規(guī)則,一般單生,燒瓶形或接近圓柱狀,常為鉤狀或彎曲。分生孢子為橢圓或長方形。厚垣孢子有或者無。

        該組種類之間可以根據(jù)瓶梗的形態(tài)變化相互區(qū)別,也可以根據(jù)分生孢子的大小和形狀加以區(qū)分。T.capillare同其他長枝組木霉種的親緣關(guān)系較遠(yuǎn),分枝更加不規(guī)則,孢子簇上產(chǎn)生細(xì)絲狀的氣生菌絲,顯著或不顯著,有隔膜,彎曲,不育,已知分布為美國、歐洲(奧地利、匈牙利)、越南、中國。

        菌株TW22166在平板上產(chǎn)生厚垣孢子的能力較強(qiáng),利用這一特點(diǎn),可以重點(diǎn)研究該菌株發(fā)酵產(chǎn)厚垣孢子的條件,從而提高發(fā)酵產(chǎn)量,制備以厚垣孢子為有效成分的木霉制劑,延長制劑的保存期及抗逆能力。而且菌株TW22166不但對(duì)植物病原真菌具有廣譜抗性,還具有多種水解酶活性,是一株較有潛力的生物防治菌株。

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        ChinesenewrecordTrichodermacapillareanditsfunctionalassessment

        CHENKai,LIJi-shun,ZHANGGuang-zhi,WANGYi-lian,ZHAOXiao-yan,WUXiao-qing,HUJin-dong,YANGHe-tong*

        (ShandongProvincialKeyLaboratoryofAppliedmicrobiology,BiologyInstitute,BiotechnologyCenter,ShandongAcademyofSciences,Jinan250014,China)

        Abstract:TrichodermastrainTW22166wasisolatedfromsoilsamplesofDongtingLakemudflatwetlandofHunanprovince,China.Itsconidiophoreshadastronglydevelopedcentralaxisfromwhichphialidesarisesinglyoverseverallevelsbelowthetipasinglephialideterminatingabasalcellwithashort,spur-likephialidearisingasanoutgrowthofthebasalcellattheseptum.Throughdetectingmolecularmarkers(ITS,tef1andrpb2),wediscoveredthatitshomologywithTrichodermacapillarewasmorethan99%byNCBI.Inrpb2sequencesbasedphylogenetictree,strainTW22166andTrichodermacapillarestrainGJS06-66[JN175530.1]wereononeidenticalbranch.StrainTW22166exhibitedantifungalcapabilityagainst9plantpathogenicfungionPDAplate,anditsinhibitionratioagainstFusariumoxysporumwasupto100.0%.Ithadproteinase,chitinaseandcellulaseactivity,amongwhichproteinaseactivitywashigheranditshydrolyzationradiuswas16.0mm.StrainTW22166wasidentifiedasTrichodermacapillare,aChinesenewrecordofgenusTrichodermawhichwasapotentialbiologicalpreventionandcontrolstrain.

        Keywords:Chinesenewrecord;Trichodermacapillare;antifungalcapability;hydrolaseactivity

        中圖分類號(hào):Q939.5;S476

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        文章編號(hào):1002-4026(2016)01-0093-05

        DOI:10.3976/j.issn.1002-4026.2016.01.016

        收稿日期:2015-11-06

        基金項(xiàng)目:山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2015GNC113003);山東省攻關(guān)計(jì)劃(2014GSF121028);科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)(2014FY120900)

        作者簡介:陳凱(1968-),女,工程師,研究方向?yàn)槲⑸?。Email:chenkai19960917@163.com

        *通訊作者,楊合同(1966-),男,博士,研究員,研究方向?yàn)閼?yīng)用微生物。Email:yanght@sdas.org

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