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        枯草芽孢桿菌KC1723 的鑒定及生物學(xué)特征研究

        2023-10-20 06:04:24薛德星李美孫作文李紀(jì)順扈進(jìn)冬高興祥李健
        山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2023年9期
        關(guān)鍵詞:鏈格枯草芽孢

        薛德星,李美,孫作文,李紀(jì)順,扈進(jìn)冬,高興祥,李健

        (1. 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,山東濟(jì)南 250100;2. 山東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心植物保護(hù)部,山東濟(jì)南 250100;3. 齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院)生態(tài)研究所,山東濟(jì)南 250103)

        鏈格孢屬(Alternaria)和炭疽菌屬(Colletotrichum)病原真菌種類繁多,地理分布廣泛,可侵害各種農(nóng)作物,對(duì)全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅[1]。鏈格孢屬病原菌感染南瓜、甜瓜、西葫蘆、黃瓜等瓜類植物引起葉斑病[1-2]。 蕓薹鏈格孢(Alternar-ia brassicae)是全球性植物病原菌,具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性,能夠快速引起十字花科蔬菜黑斑病,給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[3-4]。 近年來,草莓炭疽病危害日趨嚴(yán)重,其致死率一般在10%~20%,嚴(yán)重可達(dá)80%以上,對(duì)我國(guó)草莓產(chǎn)業(yè)造成巨大危害[5]。 化學(xué)藥劑可以很好地防治病菌感染,但長(zhǎng)期大量使用化學(xué)藥劑會(huì)導(dǎo)致病原菌產(chǎn)生抗藥性,造成環(huán)境污染,且農(nóng)藥殘留影響人類身體健康[6]。 生物防治是利用微生物之間的拮抗、競(jìng)爭(zhēng)等方式阻礙病原微生物繁殖,改善土壤理化性質(zhì),促進(jìn)植物生長(zhǎng),提高植物抗病性[7-8],具有安全、有效和持久的特點(diǎn),可以更好地防治植物病蟲害[9]。

        應(yīng)用于植物病害的生防細(xì)菌、真菌、放線菌等多種菌劑相繼被開發(fā),并取得了良好的生防效果[10]。 枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)是一種常見的產(chǎn)芽孢桿狀細(xì)菌,廣泛存在于土壤和植物表面,對(duì)人畜無毒無害,不污染環(huán)境,具有很強(qiáng)的抗逆能力[11-12],能產(chǎn)生多種抗菌素和抗菌酶,對(duì)植物病原菌具有廣譜抗性,已成為重要的生防菌之一[13-14]。 目前,枯草芽孢桿菌已經(jīng)應(yīng)用在小麥、玉米、大豆、花生、番茄、辣椒、蘋果等多種作物上,并取得理想的生防效果[14-15]。 本研究從土壤中分離篩選到一株芽孢桿菌KC1723,經(jīng)形態(tài)學(xué)、生理生化特征分析和16S rDNA 基因鑒定,確定為枯草芽孢桿菌,并通過抑菌試驗(yàn)研究其對(duì)炭疽菌、鏈格孢菌的抑菌效果,以期為其生防制劑的開發(fā)應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

        1 材料與方法

        1.1 材料來源

        菌株KC1723:分離自濟(jì)南地區(qū)土壤樣本。

        供試病原菌:暹羅炭疽菌(Colletotrichum siamense)、平頭炭疽菌(C. truncatum)、鏈格孢菌(Alternaria burnsii),均為山東省農(nóng)作物病蟲害生物防治工程技術(shù)研究中心分離保存。

        1.2 主要儀器和試劑

        紫外透射反射分析儀,上海驥輝科學(xué)分析儀器有限公司;PCR 儀,北京宏達(dá)恒業(yè)科技有限公司;電熱恒溫水槽,浙江恒岳儀器有限公司;紫外可見分光光度計(jì),上海元析儀器有限公司;高速離心機(jī),山東德瑞克儀器股份有限公司。 細(xì)菌基因組DNA 快速抽提試劑盒,上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司;其他常用試劑為國(guó)產(chǎn)分析純?cè)噭?/p>

        1.3 培養(yǎng)基

        細(xì)菌基礎(chǔ)培養(yǎng)基(LB 培養(yǎng)基),每升去離子水中加入酵母提取物5 g、胰化蛋白胨10 g、氯化鈉10 g,用NaOH 調(diào)pH 至7.0,121 ℃下高壓滅菌20 min。

        1.4 試驗(yàn)方法

        1.4.1 菌株的分離篩選 稱取5 g 土壤樣品,加入裝有45 mL 無菌水的三角瓶中,充分振蕩混勻,85 ℃水浴20 min,制成土壤懸液。 吸取1 mL 上層液,加入裝有9 mL 無菌水的試管中,10 倍梯度稀釋至10-2、10-3和10-4;分別吸取0.5 mL,均勻涂布在LB 培養(yǎng)基平板上,倒置于30 ℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)1~2 d。

        1.4.2 菌株鑒定 形態(tài)特征觀察:挑取生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)菌落接種到LB 培養(yǎng)基平板上,30 ℃倒置培養(yǎng)1~2 d,觀察菌落生長(zhǎng)情況,同時(shí)進(jìn)行革蘭氏染色,利用光學(xué)顯微鏡觀察菌株的形態(tài)特征。

        生理生化特性分析:挑取單菌落培養(yǎng)5 d 后進(jìn)行鑒定試驗(yàn),包括葡萄糖發(fā)酵試驗(yàn)、蔗糖發(fā)酵試驗(yàn)、乳糖發(fā)酵試驗(yàn)、淀粉水解試驗(yàn)、明膠水解試驗(yàn)、VP 試驗(yàn)、檸檬酸鹽試驗(yàn)、過氧化物酶試驗(yàn)、硝酸鹽還原試驗(yàn)、耐鹽性試驗(yàn)[15]。

        分子生物學(xué)鑒定[16]:采用細(xì)菌DNA 提取試劑盒提取菌株基因組DNA。 基于16S rDNA 基因設(shè)計(jì)上、下游引物,分別為27F (5′-AGAGTTTGATCATGGCTCAG-3′)和1492R (5′-GGYTACCTTGTTACGACTT-3′)。 PCR 反應(yīng)體系(50 μL):模板DNA 2 μL,上、下游引物(10 μmol/L)各2 μL,2×LA Taq MasterMix 25 μL,ddH2O 19 μL。PCR 反應(yīng)條件:95 ℃10 min;95 ℃30 s,57 ℃30 s,72 ℃2 min,35 個(gè)循環(huán);72 ℃10 min 。 PCR 產(chǎn)物送至生工生物工程(上海)股份有限公司測(cè)序。

        1.4.3 芽孢桿菌生理生物學(xué)特征研究 pH 值對(duì)菌株生長(zhǎng)的影響:將LB 培養(yǎng)基的pH 值分別調(diào)為4、5、6、7、8、9 和10,121℃滅菌20 min 后,按照1∶20體積比接種活化的菌液,30 ℃恒溫培養(yǎng),每小時(shí)測(cè)菌株生長(zhǎng)變化情況。

        熱處理對(duì)菌株活性的影響:挑取芽孢桿菌單菌落接入LB 液體培養(yǎng)基中,180 r/min、30 ℃恒溫振蕩培養(yǎng)18 h。 芽孢桿菌樣品分別在25、40、55、70、85、100 ℃水浴中處理20 min,采用10 倍梯度稀釋法依次稀釋,進(jìn)行平板菌落計(jì)數(shù)。

        菌株的抑菌作用:采用平板對(duì)峙培養(yǎng)法,以暹羅炭疽菌、平頭炭疽菌和鏈格孢菌為靶標(biāo)菌,測(cè)定菌株的抑菌能力。 每組設(shè)3 個(gè)重復(fù),記錄病原菌菌落直徑,計(jì)算抑菌率[17]。 抑菌率(%) = (對(duì)照平均直徑-處理平均直徑)/對(duì)照平均直徑×100。

        1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

        試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)均使用SPSS 17.0 軟件進(jìn)行方差分析,多重比較采用Duncan’s 法(P<0.05)。 將16S rDNA 基因測(cè)序結(jié)果與NCBI 數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知序列進(jìn)行比對(duì),利用MEGA 7.0 軟件構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 芽孢桿菌KC1723 形態(tài)特征

        經(jīng)分離篩選,從濟(jì)南地區(qū)土壤中得到一株芽孢桿菌,定名為KC1723。 在LB 培養(yǎng)基上30 ℃恒溫培養(yǎng)36 h,菌落邊緣呈不規(guī)則齒形,表面突起有皺紋,菌落顏色為白色(圖1A)。 在顯微鏡下,菌株KC1723 呈桿狀,產(chǎn)生橢圓形芽孢,芽孢位于細(xì)胞中部附近。 革蘭氏染色為陽(yáng)性(圖1B)

        圖1 菌株KC1723 菌落形態(tài)(A)及染色情況(B)

        2.2 芽孢桿菌KC1723 的生理生化特征

        對(duì)菌株KC1723 進(jìn)行葡萄糖發(fā)酵試驗(yàn)、蔗糖發(fā)酵試驗(yàn)、乳糖發(fā)酵試驗(yàn)、淀粉水解試驗(yàn)、明膠水解試驗(yàn)、VP 試驗(yàn)、硝酸鹽還原試驗(yàn)、過氧化物酶試驗(yàn)、檸檬酸鹽試驗(yàn)、耐鹽試驗(yàn)共10 項(xiàng)常規(guī)生化試驗(yàn),結(jié)果表明,菌株KC1723 生理生化反應(yīng)與枯草芽孢桿菌相同(表1)。

        表1 菌株KC1723 的生理生化特征

        2.3 芽孢桿菌KC1723 16S rDNA 基因序列分析

        擴(kuò)增的菌株KC1723 16S rDNA 片段長(zhǎng)度為1 466 bp,系統(tǒng)進(jìn)化樹顯示菌株KC1723 與枯草芽孢桿菌聚為一支,同源性為99.39%(圖2)。

        圖2 菌株KC1723 的系統(tǒng)發(fā)育樹

        通過上述形態(tài)特征、生理生化特征及16S rDNA 基因序列分析,將菌株KC1723 鑒定為枯草芽孢桿菌。 保藏于中國(guó)普通微生物菌種保藏管理中心(編號(hào)CGMCC No. 24397)。

        2.4 不同pH 值和培養(yǎng)基對(duì)菌株KC1723 生長(zhǎng)的影響

        菌株KC1723 生長(zhǎng)的適宜pH 值在6.0 ~8.0之間,最適pH 為7.0。 隨培養(yǎng)基pH 值升高或降低,菌落生長(zhǎng)速度明顯減慢(圖3)。

        圖3 不同pH 值對(duì)菌株KC1723 生長(zhǎng)的影響

        2.5 溫度對(duì)菌株KC1723 的影響

        由圖4 可知,40 ℃處理20 min 后,細(xì)胞數(shù)量為1.07×109cfu/mL,隨著溫度提高,細(xì)胞數(shù)量逐漸降低。 100 ℃時(shí)仍有398 cfu/mL 細(xì)胞存活,表明菌株可以很好地耐高溫。

        圖4 不同溫度對(duì)菌株KC1723 的影響

        2.6 菌株KC1723 的抑菌作用

        平板對(duì)峙試驗(yàn)表明,KC1723 對(duì)供試3 種病原菌都有較好的抑菌作用,抑菌率分別為68.3%、66.7%、48.9%,其中對(duì)暹羅炭疽菌抑菌效果最好(表2)。

        表2 菌株KC1723 對(duì)3 種病原菌的拮抗效果

        3 討論與結(jié)論

        通過細(xì)菌形態(tài)特征、革蘭氏染色鏡檢結(jié)果以及生理生化鑒定,菌株KC1723 與枯草芽孢桿菌的形態(tài)及生化特征極為相似;測(cè)序及系統(tǒng)進(jìn)化樹結(jié)果進(jìn)一步確定菌株KC1723 為枯草芽孢桿菌。KC1723 生長(zhǎng)適宜pH 值為6.0~8.0,最適pH 值為7.0;在10% NaCl 培養(yǎng)液中可以生長(zhǎng);100 ℃處理20 min 仍有 KC1723 菌株存活。 表明菌株KC1723 具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力,能夠在惡劣的生態(tài)環(huán)境下存活并繁殖,有利于生防菌開發(fā)。

        利用微生物防治植物病害具有重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。 篩選和鑒定有生防潛力的微生物極為關(guān)鍵[9]。 前人研究表明,利用枯草芽孢桿菌防治植物病害具有巨大研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用潛力[18]。經(jīng)枯草芽孢桿菌處理后,尖孢鐮刀菌古巴專化型、灰葡萄孢、茄病鐮刀菌、大麗輪枝菌、麥根腐平臍蠕孢、尖孢鐮刀菌的菌絲生長(zhǎng)受到顯著抑制,PDA培養(yǎng)基上均形成明顯的抑菌圈[7]。 本試驗(yàn)通過平板對(duì)峙培養(yǎng)法發(fā)現(xiàn)菌株KC1723 對(duì)暹羅炭疽菌、平頭炭疽菌和鏈格孢菌有較好的抑菌效果,特別對(duì)暹羅炭疽菌抑菌率達(dá)到68.3%,表明菌株KC1723 對(duì)由暹羅炭疽菌、平頭炭疽菌和鏈格孢菌引起的花生炭疽病、大白菜炭疽病和辣椒灰葉斑病具有很好的生防潛力。

        本試驗(yàn)分離、篩選并鑒定了一株枯草芽孢桿菌KC1723,并對(duì)其培養(yǎng)條件和抑菌效果進(jìn)行了研究。 為了更好地應(yīng)用生防菌KC1723,下一步將提取其抗菌活性產(chǎn)物,解析抑菌機(jī)理以及開展田間防效研究和評(píng)估。

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