摘""要:介殼蟲是重要的農(nóng)林害蟲,對農(nóng)作物、果樹、觀賞植物和林木均有不同程度的危害。爪哇蟲草菌(Cordyceps"javanica)IJID003對介殼蟲具有強(qiáng)致病性,在微生物農(nóng)藥開發(fā)方面具有較大潛力,對其可濕性粉劑的研發(fā)以及生產(chǎn)工藝優(yōu)化,是推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化的措施之一,且對推進(jìn)農(nóng)林業(yè)的綠色發(fā)展具有重要意義。本研究通過單因素試驗(yàn)設(shè)計,篩選爪哇蟲草菌IJID003最優(yōu)固體發(fā)酵基質(zhì)和外源添加物;通過測定助劑與爪哇蟲草菌IJID003的相容性及其有效性能,篩選適宜菌株的最佳載體、潤濕劑、分散劑和紫外保護(hù)劑,初步研制爪哇蟲草菌的可濕性粉劑配方;在室外對白蘭捷氏吹綿蚧(Icerya"jacobsoni)雌成蟲進(jìn)行田間防效試驗(yàn)。結(jié)果表明:爪哇蟲草菌最優(yōu)發(fā)酵基礎(chǔ)基質(zhì)為大麥,最適基質(zhì)配方組合為大麥與麥麩7∶1(w/w);最優(yōu)外源添加物組合為1%葡萄糖的碳源、1%酸水解酪蛋白的氮源、2%氯化鉀的無機(jī)鹽、1%甘氨酸的氨基酸和0.1%蜂蛹?xì)し鄣膸锥≠|(zhì)成分。爪哇蟲草菌IJID003可濕性粉劑的最佳配方為20%爪哇蟲草菌純孢子粉、1%潤濕劑Morwet"EFW、5%分散劑Morwet"D-450、1%紫外保護(hù)劑熒光素鈉CBS-X和73%載體硅藻土。田間防效結(jié)果表明,用孢子濃度為6×108"CFU/mL爪哇蟲草菌制劑能有效防治捷氏吹綿蚧雌成蟲,第21天防效達(dá)92.50%,與對照藥劑25%噻蟲嗪可濕性粉劑4000倍液防效(95.50%)相比無顯著差異。綜上所述,研制爪哇蟲草菌IJID003可濕性粉劑對捷氏吹綿蚧具有較好的防效,在替代部分化學(xué)農(nóng)藥進(jìn)行綠色防控中具有重要的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:爪哇蟲草菌IJID003;固體發(fā)酵條件;可濕性粉劑;捷氏吹綿蚧;田間防效中圖分類號:S476.1""""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
Development"of"Wettable"Powder"of"Cordyceps"javanica"and"Its"Toxicity"Against"Scale"Insect"Pest
DENG"Jiaru,"SUN"Longhua*,"XU"Shulan,"Zhang"Jin’ai
Guangzhou"Institute"of"Forestry"and"Landscape"Architecture"/"Guangzhou"Collaborative"Innovation"Center"on"Science-tech"of"Ecology"and"Landscape,"Guangzhou,"Guangdong"510405,"China
Abstract:"The"scale"insect"pest"is"the"main"pest"in"agroforestry,"causing"varying"degrees"of"damage"to"crops,"fruit"trees,"ornamental"plants,"and"forest"trees."The"fungus"Cordyceps"javanica"IJID003"exhibits"strong"pathogenicity"against"scale"insects,"making"it"a"promising"candidate"for"the"development"of"microbial"pesticides."Research"and"development"efforts"focusing"on"its"wettable"powder"formulation"and"the"optimization"of"its"production"process"are"essential"steps"toward"its"industrialization"and"commercialization."The"efforts"are"also"crucial"for"promoting"sustainable"agricultural"practices"and"achieving"green"pest"management"strategies."In"this"study,"a"single-factor"test"was"employed"to"identify"the"optimal"solid"fermentation"substrates"and"exogenous"additives"of"strain"IJID003."This"research"screened"the"optional"carrier,"wetting"agent,"dispersing"agent"and"UV"protective"agent"of"the"C."javanica"by"measuring"the"compatibility"and"its"effective"performance,"which"developed"the"wettable"powder"formula"of"the"C."javanica"preliminarily."The"field"efficacy"of"the"C."javanica"wettable"powder"was"evaluated"against"female"adults"of"Icerya"jacobsoni"on"Michelia"alba."The"optimal"spore-producing"base"substrate"for"C."javanica"was"barley."The"best"substrate"formulation"was"a"mixture"of"barley"(7"parts)"and"wheat"bran"(1"part)"by"weight."The"optimal"exogenous"additives"included"1%"glucose"as"a"carbon"source,"1%"acid"hydrolyzed"casein"as"a"nitrogen"source,"2%"potassium"chloride"as"an"inorganic"salt,"1%"glycine"as"an"amino"acid,"and"bee"pupal"body"wall"powder"as"a"chitin"source."The"optimal"formulation"for"the"strain"IJID003"wettable"powder"was"20%"spore"powder"of"IJID003,"1%"wetting"agent"Morwet"EFW,"5%"dispersing"agent"Morwet"D-450,"1%"UV"protectant"CBS-X,"and"73%"carrier"diatomaceous"earth."Field"trials"demonstrated"that"a"spore"concentration"of"6×108"CFU/mL"of"C."javanica"wettable"powder"effectively"controlled"female"I."jacobsoni"adults"on"M."alba,"with"an"efficacy"of"92.50%"at"21"days"post-inoculation."This"efficacy"was"not"significantly"different"from"that"of"the"control"insecticide,"a"4000-fold"dilution"of"25%"thiamethoxam"wettable"powder,"which"achieved"a"control"efficiency"of"95.50%."In"conclusion,"the"strain"IJID003"wettable"powder"shows"excellent"potential"for"the"green"management"of"scale"insects"and"holds"significant"promise"as"a"sustainable"alternative"to"chemical"pesticides.
Keywords:"Cordyceps"javanica"IJID003;"solid"fermentation"conditions;"wettable"powder;"Icerya"jacobsoni;"field"efficacy
DOI:"10.3969/j.issn.1000-2561.2025.02.012
介殼蟲,屬于昆蟲綱(Insecta)半翅目(Hemiptera)胸喙亞目(Sternorhyncha)的蚧次目(Coccomorpha)。根據(jù)ScaleNet估計,全世界記錄的介殼蟲有48科1144屬約7812種[1]。中國已知16科261屬1016種,大陸地區(qū)已知16科249屬830種[2]。介殼蟲個體小,對環(huán)境的適應(yīng)能力很強(qiáng),常聚集于寄主植物葉片背面或枝干表面,隱匿性強(qiáng),不易被發(fā)現(xiàn)。大多數(shù)介殼蟲通過刺吸植物汁液為食,排泄蜜露會誘發(fā)煤污病,降低植物的光合作用;少部分種類為害植物地下部分的根、塊根[3],嚴(yán)重影響城市園林景觀和農(nóng)林生產(chǎn)效益[4-5]。目前,在城市園林維護(hù)和農(nóng)林生產(chǎn)中,針對介殼蟲的防治仍以化學(xué)防治為主。但由于介殼蟲體表分泌蠟質(zhì),低劑量化學(xué)藥劑的藥效并不突出,而化學(xué)藥劑的頻繁、過量使用,導(dǎo)致介殼蟲抗藥性問題日益突出。已有研究報道有些介殼蟲對有機(jī)磷類丙溴磷、氨基甲酸酯類硫雙威和新煙堿類吡蟲啉等化學(xué)藥劑已產(chǎn)生一定的抗藥性[6],導(dǎo)致介殼蟲防治難度進(jìn)一步增大。因此,如何減少化學(xué)農(nóng)藥使用量、高效綠色防控農(nóng)林介殼蟲已成為植保領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。昆蟲病原真菌因具有廣譜殺蟲活性、環(huán)保及靶標(biāo)害蟲不易產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是化學(xué)藥劑的安全替代品。
一直以來,介殼蟲病原真菌資源被大量挖掘,如球孢白僵菌(Beauveria"bassiana)、黃葉錐孔藻(Conoideocrella"luteorostrata)、淡紫擬青霉(Paecilomyces"lilacinus)、金龜子綠僵菌(Metarhizium"anisopliae)、爪哇蟲草菌(Cordyceps"javanica)、木賊鐮刀菌(Fusarium"equiseti)、蠟蚧輪枝菌(Lecanicillium"lecanii)等[7-12]。其中,爪哇蟲草菌(原被稱為爪哇棒束孢)屬于蟲草菌科(Cordycipitaceae)蟲草菌屬(Cordyceps),是一類重要的生防真菌,具有廣譜殺蟲活性[9,"13-16]。
針對爪哇蟲草菌固體發(fā)酵條件優(yōu)化及可濕性粉劑研制的研究,目前國內(nèi)外均有報道。KIM等[17]研究發(fā)現(xiàn)爪哇蟲草菌在大麥基質(zhì)中培養(yǎng)具有較好的產(chǎn)孢量,且在大麥中添加2%碳酸鈣+2%硫酸鈣、酵母提取物、酪蛋白或谷蛋白也會顯著增加分生孢子的產(chǎn)量。ORDAZ-HERNáNDEZ等[18]通過測定分生孢子產(chǎn)量、活力、疏水性、貨架期和對柑橘木虱(Diaphorina"citri)的致病性綜合評價了棕櫚仁粕對爪哇蟲草菌發(fā)酵水平的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在稻谷中添加5%棕櫚仁粕,使分生孢子產(chǎn)量提高了40%,并且提高了爪哇蟲草菌對柑橘木虱成蟲的致病力。陳名等[19]研制出對假眼小綠葉蟬(Empoasca"vitis)有高毒力的爪哇蟲草菌粉劑,篩選出最佳助劑配方,確定配方為10%分生孢子粉,3%濕潤劑A,5%分散劑B,1%紫外保護(hù)劑熒光素鈉,0.5%抗氧化劑C,以海泡石作為載體補(bǔ)足到100%,生物測定結(jié)果顯示該制劑對假眼小綠葉蟬的侵染死亡率達(dá)100%。但以上研究中的爪哇蟲草菌產(chǎn)孢率低限制了其生產(chǎn)應(yīng)用。因此,提高爪哇蟲草菌的發(fā)酵水平和研制適宜的粉劑對提升爪哇蟲草菌的應(yīng)用效果和加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程具有重要意義。
本研究從介殼蟲中分離篩選出一株優(yōu)良爪哇蟲草菌菌株IJID003(發(fā)明專利授權(quán)號:ZL201811348365.8),對捷氏吹綿蚧(Icerya"jacobsoni)、扶桑綿粉蚧(Phenacoccus"solenopsis)等多種農(nóng)林重要介殼蟲具有強(qiáng)侵染活性[8],具有生防菌劑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的潛力。由于地理環(huán)境及寄主的不同,生防菌為了適應(yīng)環(huán)境會進(jìn)化出不同的生理生化特性和致病性,因此需要針對菌株IJID003提升發(fā)酵水平,研制適宜制劑,最大程度地開發(fā)防控介殼蟲的微生物菌劑。本研究通過篩選固體發(fā)酵基質(zhì)組合和外源添加物組合,優(yōu)化爪哇蟲草菌的固體發(fā)酵條件;進(jìn)一步篩選載體、潤濕劑、分散劑和紫外保護(hù)劑,研制可濕性粉劑配方并進(jìn)行捷氏吹綿蚧田間防效試驗(yàn),以期為爪哇蟲草菌IJID003生防菌劑的產(chǎn)業(yè)化發(fā)酵擴(kuò)培及農(nóng)林重要介殼蟲的綠色防控奠定基礎(chǔ)。
1.1""材料
1.1.1""植物材料及昆蟲材料""白蘭(Michelia"alba)為2年生苗,株高80"cm,將15株白蘭盆栽苗進(jìn)行地栽,日常澆水管理。在形成穩(wěn)定的生長狀態(tài)后,持續(xù)接種捷氏吹綿蚧,使每株白蘭植株的蟲口密度達(dá)20頭雌成蟲。
1.1.2""菌株""爪哇蟲草菌IJID003從廣州越秀公園白蘭植株上的捷氏吹綿蚧(I."jacobsoni)分離得到[8]。
1.1.3""主要試劑""甘露糖和D-山梨醇購自生工生物工程(上海)股份有限公司,葡萄糖、淀粉和氯化鉀購自天津市大茂化學(xué)試劑廠,蛋白胨購自碧迪醫(yī)療器械(上海)有限公司,酸水解酪蛋白購自上海麥克林生化科技有限公司,酵母提取物購自卡邁舒(上海)生物科技有限公司,甘氨酸購自北京鼎國昌盛生物技術(shù)有限責(zé)任公司,硫酸鈣和碳酸鈣購自賽默飛世爾科技(中國)有限公司,蝦殼甲殼素購自西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司,蟹殼甲殼素、拉開粉BX、十二烷基硫酸鈉(SDS)和十二烷基苯硫酸鈉(SDBS)購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司,Morwet"EFW、Dispwet"WP400、Borresperse"NA、Morwet"D-25和Morwet"D-450均購自南京捷潤科技有限公司,熒光素鈉CBS-X購自武漢卡諾斯科技有限公司,腐殖酸購自阿法埃莎(中國)化學(xué)有限公司,紫外吸收劑BASF"326購自巴斯夫(中國)有限公司,25%噻蟲嗪可濕性粉劑購自瑞士先正達(dá)作物保護(hù)有限公司。
1.1.4""主要儀器""生化培養(yǎng)箱(LRH-250F),上海一恒;高壓滅菌鍋GI54TW,致微(廈門);冷凍干燥機(jī)CoolSafe"55-4,丹麥Labogene。
1.2""方法
1.2.1""固體發(fā)酵基質(zhì)的篩選""(1)基礎(chǔ)發(fā)酵基質(zhì):以廣口玻璃飯盒(17.50"cm×13.0"cm×6.50"cm)作為容器,分別裝入100"g大麥、100"g黃小米、100"g玉米渣、100"g糙米和100"g黑米,120"℃高壓滅菌60"min后備用。配制成濃度為1×106"CFU/mL的分生孢子懸浮液,按體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的接種量與基質(zhì)混合均勻。用Parafilm封口膜將玻璃飯盒封口,置于28"℃的培養(yǎng)箱中,靜置暗培養(yǎng)10"d,每組3個重復(fù)。取培養(yǎng)后的發(fā)酵基質(zhì)3"g,置于27"mL含0.02%吐溫80的無菌水中,并在振蕩器中渦旋1"min,利用無菌紗布過濾后,統(tǒng)計分生孢子數(shù),并計算產(chǎn)孢量。
(2)輔助發(fā)酵基質(zhì):以最優(yōu)基礎(chǔ)發(fā)酵基質(zhì)為載體,進(jìn)一步添加輔助基質(zhì),設(shè)置基礎(chǔ)基質(zhì)與輔助基質(zhì)比例為1∶1(w/w),總固體發(fā)酵基質(zhì)質(zhì)量為100"g,具體組合為大麥+玉米渣、大麥+糙米、大麥+黑米、大麥+黃小米、大麥+稻殼、大麥+麥麩、大麥+黃豆粉,以大麥單獨(dú)發(fā)酵作為對照,每組3個重復(fù)。參照1.2.1-(1)的方法接種培養(yǎng)并統(tǒng)計產(chǎn)孢量。
以最優(yōu)基礎(chǔ)基質(zhì)為載體,總固體發(fā)酵基質(zhì)質(zhì)量為100"g,設(shè)置基礎(chǔ)基質(zhì)比例(w/w)24∶1、17∶1、11∶1、7∶1、5∶1、1∶1共6種,每組3個重復(fù)。參照1.2.1-(1)的方法接種培養(yǎng)并統(tǒng)計產(chǎn)孢量。
1.2.2""固體發(fā)酵條件的優(yōu)化""(1)外源添加物的初篩。參考KIM等[17]的方法,稍作修改。以1.2.1中篩選的固體基質(zhì)組合為基礎(chǔ),總固體發(fā)酵基質(zhì)質(zhì)量為100"g,加入不同碳源(2%甘露糖、2%D-山梨醇、2%葡萄糖、2%淀粉)、氮源(2%蛋白胨、2%酸水解酪蛋白、1.32%酵母提取物)、無機(jī)鹽(5.5%氯化鉀、2%碳酸鈣+2%硫酸鈣)和氨基酸(2%甘氨酸)等。以大麥-麥麩基質(zhì)未添加任何外源添加物作為對照(CK),每組3個重復(fù)。按體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的分生孢子接種量,料水比為4∶1(w/w)加入無菌水,與基質(zhì)混合均勻,用Parafilm封口膜將玻璃飯盒封口,置于28"℃的培養(yǎng)箱中,靜置暗培養(yǎng)10"d,每組3個重復(fù)。參照1.2.1-(1)的方法統(tǒng)計產(chǎn)孢量。
(2)外源添加物組合的篩選。進(jìn)一步選用最佳碳源和氮源,篩選最優(yōu)外源添加物組合??偣腆w發(fā)酵基質(zhì)質(zhì)量為100"g,設(shè)置6個組合:大麥+麥麩+2%葡萄糖(T1)、大麥+麥麩+2%酸水解酪蛋白(T2)、大麥+麥麩+2%葡萄糖+2%酸水解酪蛋白(T3)、大麥+麥麩+2%葡萄糖+2%酸水解酪蛋白+5.5%氯化鉀(T4)、大麥+麥麩+2%葡萄糖+2%酸水解酪蛋白+5.5%氯化鉀+2%甘氨酸(T5)、大麥+麥麩+2%葡萄糖+2%酸水解酪蛋白+5.5%氯化鉀+2%碳酸鈣+2%硫酸鈣(T6),以大麥-麥麩基質(zhì)未添加任何外源添加物作為對照(CK),每組3個重復(fù),參照1.2.1-(1)的方法接種培養(yǎng)并統(tǒng)計產(chǎn)孢量。
(3)外源添加物組合比例的篩選。采用以上最佳發(fā)酵條件,進(jìn)一步調(diào)整外源添加物組合比例??偣腆w發(fā)酵基質(zhì)質(zhì)量為100"g,設(shè)置4個組合:大麥+麥麩+0.1%葡萄糖+0.1%酸水解酪蛋白+0.2%氯化鉀+0.1%甘氨酸(t1)、大麥+麥麩+0.5%葡萄糖+0.5%酸水解酪蛋白+1%氯化鉀+0.5%甘氨酸(t2)、大麥+麥麩+1%葡萄糖+1%酸水解酪蛋白+2%氯化鉀+1%甘氨酸(t3)、大麥+麥麩+2%葡萄糖+2%酸水解酪蛋白+5.5%氯化鉀+2%甘氨酸(t4),以大麥-麥麩基質(zhì)未添加任何外源添加物作為對照(CK),每組3個重復(fù),參照1.2.1-(1)的方法接種培養(yǎng)并統(tǒng)計產(chǎn)孢量。
(4)外源幾丁質(zhì)成分的篩選。保持以上最佳發(fā)酵條件,分別加入1%蝦殼粉、0.1%蜂蛹?xì)し邸?.1%介殼粉、1%蟹殼粉,以未添加幾丁質(zhì)作為對照,每組3個重復(fù),參照1.2.1-(1)的方法接種培養(yǎng)并統(tǒng)計產(chǎn)孢量。
1.2.3""粉劑助劑的篩選""(1)菌株IJID003純孢子粉的制備。按1.2.2固體發(fā)酵優(yōu)化后的條件進(jìn)行淺盤發(fā)酵,稱取171.43"g大麥和28.57"g麥麩,平鋪在不銹鋼淺盤(40.00"cm×30.00"cm×6.00"cm)中,用錫箔紙密封滅菌。在50"mL無菌水中加入按1.2.2篩選出的最佳添加物組合及其最佳比例,溶解后經(jīng)細(xì)菌過濾器(0.22"μm孔徑)過濾,制成營養(yǎng)溶液,備用。將20"mL濃度為1×106"CFU/mL的IJID003孢子懸浮液、50"mL營養(yǎng)溶液和0.2"g蜂蛹?xì)し奂尤牖|(zhì)中,混勻,用Parafilm封口膜封口,于28"℃培養(yǎng)箱中暗培養(yǎng)10"d。待淺盤基質(zhì)表面布滿分生孢子,利用0.02%吐溫80的無菌水洗脫過濾,用冷凍干燥機(jī)干燥24"h,收集獲得菌株IJID003的純孢粉。
(2)載體的篩選。將325目的硅藻土、凹凸棒土、蒙脫石、膨潤土、滑石粉和白炭黑按1、3、5"mg/mL的終濃度分別加入到50"mL孢子萌發(fā)液(蔗糖20"g/L、蛋白胨5"g/L、磷酸二氫鉀5"g/L)中,121"℃高溫滅菌20"min,冷卻后備用。取5"mL濃度為1×107"CFU/mL的爪哇蟲草菌的孢子懸浮液加入含有不同載體的孢子萌發(fā)液中,于120"r/min,28"℃恒溫培養(yǎng)12"h,用血球計數(shù)板對爪哇蟲草菌的孢子萌發(fā)數(shù)進(jìn)行計數(shù)。進(jìn)一步參照GB/T5451—2001[20]的方法測定載體的潤濕性,作為選擇載體的參考條件。
(3)潤濕劑的篩選。將拉開粉BX、十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基苯硫酸鈉(SDBS)、Morwet"EFW和Dispwet"WP400按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.100%、0.125%和0.500%分別加入到50"mL孢子萌發(fā)液中,以未添加分散劑作為對照,于121"℃高溫滅菌20"min,冷卻后備用。取5"mL濃度為1×"107"CFU/mL的爪哇蟲草菌的孢子懸浮液加入含有不同載體的孢子萌發(fā)液中,于120"r/min,28"℃恒溫培養(yǎng)12"h,用血球計數(shù)板對爪哇蟲草菌的孢子萌發(fā)數(shù)進(jìn)行計數(shù)。進(jìn)一步參照GB/T5451—2001[20]的方法測定潤濕性,作為選擇潤濕劑的參考條件。
(4)分散劑的篩選。將木質(zhì)素Borresperse"NA、Morwet"D-425和Morwet"D-450分別按照1.0、2.5、5.0"mg/mL的終濃度,加入到50"mL孢子萌發(fā)液中,以未添加分散劑作為對照,于121"℃高溫滅菌20"min,冷卻后備用。取5"mL濃度為1×107"CFU/mL的爪哇蟲草菌的孢子懸浮液加入含有不同載體的孢子萌發(fā)液中,于120"r/min,28"℃恒溫培養(yǎng)12"h,用血球計數(shù)板對爪哇蟲草菌的孢子萌發(fā)數(shù)進(jìn)行計數(shù)。按爪哇蟲草菌20%、潤濕劑1%、分散劑5%、以載體補(bǔ)足100%的配比制成供試樣品,參照GB/T"14825—2023[21]的方法測定樣品的懸浮率。
(5)紫外保護(hù)劑的篩選。分別將熒光素鈉CBS-X、腐殖酸、BASF"326按照100、500、1000"μg/mL的終濃度加入50"mL孢子萌發(fā)液中,于121"℃高溫滅菌20"min,冷卻后備用。取5"mL濃度為1×107"CFU/mL的爪哇蟲草菌孢子懸浮液加入含有不同紫外保護(hù)劑的孢子萌發(fā)液中,于120"r/min,28"℃恒溫培養(yǎng)12"h,用血球計數(shù)板對爪哇蟲草菌的孢子萌發(fā)數(shù)進(jìn)行計數(shù)。分別將熒光素鈉CBS-X、腐殖酸、BASF"326按照2000"μg/mL的終濃度加入裝有10"mL濃度為1×107"CFU/mL分生孢子液的6"cm培養(yǎng)皿中,于20"W紫外燈下30"cm(約270"μW/cm2)處照射,在15、30、60"min時,分別取出3"mL分生孢子液混合物于15"mL離心管中,加入3"mL孢子萌發(fā)液,于120"r/min,28"℃恒溫培養(yǎng)12"h,用血球計數(shù)板對爪哇蟲草菌的孢子萌發(fā)數(shù)進(jìn)行計數(shù),以未加入紫外保護(hù)劑的分生孢子液作為對照。
1.2.4""田間防治試驗(yàn)""于2024年4月進(jìn)行防效試驗(yàn),廣州平均氣溫24.5"℃,降雨頻繁,相對濕度80%以上。稱取按本研究配方研制的可濕性粉劑和1.2.3-(1)制備的菌株IJID003純孢粉分別加入到清水中,配置成孢子濃度為6×108"CFU/mL的藥液(分別為可濕性粉劑藥液和純孢粉藥液),并加入0.2%吐溫80黏著劑,使吐溫80終濃度為0.02%。分別將50"mL上述藥液置于噴霧器中,對白蘭植株上的捷氏吹綿蚧均勻噴霧,以噴施0.02%吐溫80+清水為對照,每個處理1株白蘭,重復(fù)3次。在菌劑處理后的第7、14、21天觀察捷氏吹綿蚧蟲體的侵染情況,統(tǒng)計致死數(shù),其中蟲體體表有菌絲覆蓋且無明顯活動能力即為有效致死,計算各處理組的防治效果。
在室外種植的6株健康白蘭上進(jìn)行化學(xué)藥劑防效試驗(yàn),捷氏吹綿蚧雌成蟲的蟲口密度同上,配制25%噻蟲嗪可濕性粉劑4000倍藥液50"mL,對白蘭植株上的捷氏吹綿蚧均勻噴霧,以只噴清水為對照,每個處理1株白蘭,重復(fù)3次。分別在處理后第7、14、21天觀察并記錄捷氏吹綿蚧死亡蟲數(shù),統(tǒng)計致死數(shù),其中捷氏吹綿蚧體表發(fā)黑即為有效致死,并計算防治效果。
蟲口減退率=(施藥前活蟲數(shù)–施藥后活蟲數(shù))/施藥前活蟲數(shù)×100%;防效=(處理組蟲口減退率–對照蟲口減退率)/(1–對照蟲口減退率)×100%。
2.1""固體發(fā)酵基質(zhì)的篩選
2.1.1""基礎(chǔ)發(fā)酵基質(zhì)的篩選""爪哇蟲草菌在不同基礎(chǔ)基質(zhì)中進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng),培養(yǎng)10"d后,在大麥中的產(chǎn)孢量最大,為131.67×9×106"CFU/g,其次是黃小米,產(chǎn)孢量為60.00×9×106"CFU/g,而在玉米渣、糙米和黑米基質(zhì)中培養(yǎng)產(chǎn)孢量最少(圖1)。因此,篩選大麥為爪哇蟲草菌的基礎(chǔ)發(fā)酵基質(zhì)。
2.1.2""輔助發(fā)酵基質(zhì)的篩選""爪哇蟲草菌在大麥與不同輔助基質(zhì)組合中進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng),培養(yǎng)10"d后,爪哇蟲草菌在大麥+麥麩組合發(fā)酵中的產(chǎn)孢量最大,為205.00×9×106"CFU/g,大麥的產(chǎn)孢量次之,為142.50×9×106"CFU/g,而其余6種組合的產(chǎn)孢量均顯著低于大麥+麥麩、大麥(圖2)。因此,篩選大麥和麥麩為爪哇蟲草菌的固體發(fā)酵基質(zhì)組合。
2.1.3""基礎(chǔ)與輔助發(fā)酵基質(zhì)比的篩選""爪哇蟲草菌在不同比例的大麥與麥麩中進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng),培養(yǎng)10"d后,爪哇蟲草菌在大麥與麥麩組合比例為7∶1時的產(chǎn)孢量最大,為243.75×9×106"CFU/g,其次為1∶1和11∶1,產(chǎn)孢量分別為192.50×9×106"CFU/g和161.75×9×106"CFU/g,其余比例的產(chǎn)孢量均顯著低于上述3個比例(圖3)。因此,爪哇蟲草菌固體發(fā)酵基礎(chǔ)基質(zhì)與輔助基質(zhì)的最佳基質(zhì)比例為大麥與麥麩(w/w)7∶1。
2.2""固體發(fā)酵條件的優(yōu)化
2.2.1""外源添加物的初篩""爪哇蟲草菌在含不同碳源、氮源、其他營養(yǎng)元素添加物的大麥與麥麩組合基質(zhì)中發(fā)酵培養(yǎng),培養(yǎng)10"d后,爪哇蟲草菌在含碳源2%葡萄糖的發(fā)酵基質(zhì)中產(chǎn)孢量最大,為413.80×9×106"CFU/g;在含氮源2%酸水解酪蛋白的發(fā)酵基質(zhì)中產(chǎn)孢量顯著低于前者,為305.25×9×"106"CFU/g。在含5.5%氯化鉀、2%甘氨酸以及2%碳酸鈣+2%硫酸鈣的發(fā)酵基質(zhì)中的產(chǎn)孢量次之,分別為193.50×9×106、190.00×9×106、183.00×9×"106"CFU/g,其余添加物的產(chǎn)孢量均較低(圖4)。因此,篩選2%葡萄糖為碳源,2%酸水解酪蛋白為氮源,而5.5%氯化鉀、2%甘氨酸以及2%碳酸鈣+2%硫酸鈣為其他營養(yǎng)元素待選。
2.2.2""外源添加物組合物的篩選""爪哇蟲草菌在含不同添加物及組合的大麥與麥麩組合基質(zhì)中發(fā)酵培養(yǎng),培養(yǎng)10"d后,爪哇蟲草菌在T5(大麥+麥麩+2%葡萄糖+2%酸水解酪蛋白+5.5%氯化鉀+2%甘氨酸)的發(fā)酵基質(zhì)中產(chǎn)孢量最大,為477.30×"9×106"CFU/g,顯著大于其他組合的產(chǎn)孢量,而CK(大麥)的發(fā)酵基質(zhì)產(chǎn)孢量最小,為199.68×9×"106"CFU/g(圖5)。因此,篩選酸水解酪蛋白、葡萄糖、氯化鉀和甘氨酸為最佳外源添加物組合。
2.2.3""外源添加物不同比例組合的篩選""爪哇蟲草菌在含不同外源添加物比例的大麥與麥麩組合基質(zhì)中發(fā)酵培養(yǎng),培養(yǎng)10"d后,爪哇蟲草菌在t3組合的發(fā)酵基質(zhì)中產(chǎn)孢量最大,為795.00×9×"106"CFU/g;而在t4和t2組合的產(chǎn)孢量次之,分別為600.00×9×106"CFU/g和362.50×9×106"CFU/g;而在t1組合的發(fā)酵基質(zhì)中產(chǎn)孢量最小,為142.50×9×106"CFU/g(圖6)。因此,篩選t3組合,即1%酸水解酪蛋白+1%葡萄糖+2%氯化鉀+1%甘氨酸為最佳外源添加物組合。
2.2.4""外源幾丁質(zhì)成分的篩選""基于上述固體發(fā)酵條件的優(yōu)化結(jié)果,將不同外源幾丁質(zhì)成分加入固體基質(zhì)中進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng),培養(yǎng)10"d后,爪哇蟲草菌在添加介殼粉的發(fā)酵基質(zhì)的產(chǎn)孢量為1320.00×9×106"CFU/g,顯著高于其他外源幾丁質(zhì)成分的基質(zhì),蜂蛹?xì)し鄞沃?,?59.50.00×9×"106"CFU/g(圖7)。由于介殼粉需從寄主上取得,成本相對較高,因此,篩選蜂蛹?xì)し圩鳛樘娲闅し鄣耐庠磶锥≠|(zhì)成分。
2.3""粉劑助劑的篩選
2.3.1""載體的篩選""爪哇蟲草菌在含不同載體的孢子萌發(fā)液中進(jìn)行培養(yǎng),結(jié)果表明,1、3、5"mg/mL滑石粉、硅藻土和蒙脫石與爪哇蟲草菌的相容性均較好。爪哇蟲草菌在含1"mg/mL滑石粉、硅藻土和蒙脫石的孢子萌發(fā)液中培養(yǎng)后,孢子萌發(fā)率分別為97.00%、92.50%和92.50%;在含3"mg/mL滑石粉、硅藻土和蒙脫石的孢子萌發(fā)液中,其孢子萌發(fā)率分別為92.50%、91.00%和93.00%;在含5"mg/mL滑石粉、硅藻土和蒙脫石的孢子萌發(fā)液中,其孢子萌發(fā)率分別為85.00%、87.50%和86.50%;而載體濃度為5"mg/mL時,爪哇蟲草菌在凹凸棒土、膨潤土和白炭黑孢子萌發(fā)液中的孢子萌發(fā)率分別為8.00%、5.50%和15.00%,顯著低于滑石粉、硅藻土和蒙脫石(圖8)。由此可見,滑石粉、硅藻土和蒙脫石作為載體與爪哇蟲草菌的相容性均較好。
為了篩選最佳載體,進(jìn)一步測定滑石粉、硅藻土和蒙脫石的潤濕性能,結(jié)果表明,硅藻土的潤濕時間為2.75"min,顯著低于蒙脫石和滑石粉;滑石粉次之,為37.50"min;蒙脫石的潤濕時間最長,為245.00"min。因此,綜合載體相容性以及潤濕性能測定結(jié)果,篩選硅藻土為粉劑的最佳載體。
2.3.2""潤濕劑的篩選""爪哇蟲草菌在含不同潤濕劑的孢子萌發(fā)液中進(jìn)行培養(yǎng),結(jié)果表明,0.100%和0.125%潤濕劑Morwet"EFW均與爪哇蟲草菌的相容性較好,在含0.100%和0.125%潤濕劑Morwet"EFW的孢子萌發(fā)液中培養(yǎng)后,爪哇蟲草菌的孢子萌發(fā)率分別為82.50%和54.50%,顯著大于其他潤濕劑。而爪哇蟲草菌在含0.500%潤濕劑的孢子萌發(fā)液中培養(yǎng),其孢子均不萌發(fā)(圖9)。由此可見,潤濕劑Morwet"EFW與爪哇蟲草菌的相容性較好。
進(jìn)一步測定5種潤濕劑的潤濕性能,結(jié)果表明,潤濕劑Morwet"EFW的潤濕時間為7.29"s,顯著低于其他潤濕劑;十二烷基硫酸鈉(SDS)和十二烷基苯硫酸鈉(SDBS)次之,分別為9.98"s和9.51"s;拉開粉BX和Dispwet"WP400的潤濕性能較差,其潤濕時間分別為13.93、12.35"s。因此,綜合潤濕劑的潤濕性能與相容性結(jié)果,篩選Morwet"EFW為粉劑的最佳潤濕劑。
2.3.3""分散劑的篩選""爪哇蟲草菌在含不同分散劑的孢子萌發(fā)液中進(jìn)行培養(yǎng),結(jié)果表明,1.0、2.5、5.0"mg/mL分散劑Morwet"D-425與爪哇蟲草菌的相容性較好,孢子萌發(fā)率分別為93.00%、95.50%和96.50%,分散劑Morwet"D-450次之,5.0"mg/mL時,Morwet"D-450中爪哇蟲草菌的孢子萌發(fā)率顯著低于Morwet"D-425;而木質(zhì)素Borresperse中的孢子萌發(fā)率最低,相容性最差(圖10)。由此可見,分散劑Morwet"D-425、Morwet"D-450與爪哇蟲草菌的相容性均較好。
進(jìn)一步測定3種分散劑的懸浮率,結(jié)果表明,分散劑Morwet"D-450的懸浮率為85.55%,顯著高于其他分散劑;Morwet"D-425的懸浮率次之,為52.73%;而木質(zhì)素Borresperse的懸浮率最差,為25.78%。因此,綜合分散劑懸浮性能與相容性結(jié)果,篩選Morwet"D-450為粉劑的最佳分散劑。
2.3.4""紫外保護(hù)劑的篩選""爪哇蟲草菌在含不同紫外保護(hù)劑的孢子萌發(fā)液中進(jìn)行培養(yǎng),結(jié)果表明,100、500、1000"μg/mL熒光素鈉CBS-X和BASF326均與爪哇蟲草菌的相容性較好,孢子萌發(fā)率分別為92.50%和85.50%、82.50%和86.50%、74.00%和79.00%,顯著高于腐殖酸(圖11)。由此可見,熒光素鈉CBS-X和BASF326與爪哇蟲草菌的相容性較好。
進(jìn)一步測定3種紫外保護(hù)劑的紫外保護(hù)性能,結(jié)果表明,在紫外燈下處理15"min時,含熒光素鈉CBS-X、腐殖酸、BASF"326的爪哇蟲草菌孢子萌發(fā)率分別為90.50%、89.00%和82.50%,均與CK無顯著性差異。紫外燈下處理30、60"min時,含熒光素鈉CBS-X的爪哇蟲草菌孢子萌發(fā)率最大,紫外保護(hù)性能最好,爪哇蟲草菌孢子萌發(fā)率分別為81.00%和64.00%;BASF"326次之,分別為61.00%和47.50%;而腐殖酸的紫外保護(hù)性能最差,爪哇蟲草菌孢子萌發(fā)率分別為45.00%和27.50%(圖12)。因此,綜合紫外保護(hù)劑與爪哇蟲草菌的相容性結(jié)果以及抗紫外性能,篩選熒光素鈉CBS-X為粉劑的最佳紫外保護(hù)劑。
2.4""爪哇蟲草菌可濕性粉劑的初步制備
綜合以上粉劑助劑的篩選結(jié)果,得出爪哇蟲草菌可濕性粉劑的配方:有效成分為爪哇蟲草菌分生孢子粉,含量為20%;潤濕劑為Morwet"EFW,含量為1%;分散劑為Morwet"D-450,含量為5%;紫外保護(hù)劑為熒光素鈉CBS-X,含量為1%;載體為硅藻土,含量為73%。
2.5""爪哇蟲草菌可濕性粉劑對捷氏吹綿蚧的防治效果
爪哇蟲草菌可濕性粉劑對捷氏吹綿蚧的田間防效如表1所示。結(jié)果表明,爪哇蟲草菌可濕性粉劑在田間對捷氏吹綿蚧具有良好的防效。在處理后7"d時,爪哇蟲草菌可濕性粉劑的防效較低(7.50%),顯著低于化學(xué)藥劑25%噻蟲嗪可濕性粉劑的防效(62.50%)。隨著處理時間的延長,各處理的防效均呈上升趨勢。在處理后14"d時,爪哇蟲草菌可濕性粉劑對捷氏吹綿蚧的防效為72.50%,顯著低于25%噻蟲嗪可濕性粉劑的防效
(87.50%);處理后21"d,爪哇蟲草菌可濕性粉劑的防效達(dá)92.50%,與25%噻蟲嗪可濕性粉劑的防效相當(dāng),顯著高于爪哇蟲草菌純孢粉的防效,而IJID003純孢粉與對照差異不顯著。由此可見,爪哇蟲草菌的劑型有助于分生孢子藥效的充分發(fā)揮,提高了菌株對捷氏吹綿蚧的防效。就侵染速率及速效性而言,爪哇蟲草菌可濕性粉劑低于25%噻蟲嗪可濕性粉劑,但其持效性更強(qiáng),且在后期感染爪哇蟲草菌的低齡捷氏吹綿蚧蟲體上,會再產(chǎn)生新的分生孢子,形成新的侵染循環(huán)(圖13)。從以上結(jié)果可知,爪哇蟲草菌可濕性粉劑對捷氏吹綿蚧有較好防效,具有替代介殼蟲常用化學(xué)藥劑25%噻蟲嗪可濕性粉劑的潛力。
近年來,因爪哇蟲草菌具有易培養(yǎng)且產(chǎn)孢量大的優(yōu)勢,有關(guān)其菌劑的研究備受國內(nèi)科研人員的關(guān)注,但市場化、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用仍較少[15]。而影響微生物菌劑產(chǎn)業(yè)化的主要因素是符合菌種特性的發(fā)酵水平、適合的劑型配方和更低的用料成本等[15,"22]。本研究主要通過優(yōu)化符合優(yōu)良菌株爪哇蟲草菌特性的固體發(fā)酵條件,并對其適合劑型配方進(jìn)行探索,進(jìn)而分析研制粉劑對害蟲捷氏吹綿蚧的田間防效。
在固體發(fā)酵條件優(yōu)化方面,基礎(chǔ)基質(zhì)大麥因營養(yǎng)豐富、易獲得、價格便宜等特點(diǎn),通常認(rèn)為是大規(guī)模生產(chǎn)真菌殺蟲劑固體發(fā)酵的首選基質(zhì)[23]。KIM等[17]研究發(fā)現(xiàn),爪哇蟲草菌在大麥中發(fā)酵培養(yǎng)的產(chǎn)孢量高于糙米,這與本研究結(jié)果一致。本研究進(jìn)一步將基礎(chǔ)基質(zhì)大麥與輔助麥麩共培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)產(chǎn)孢量比單獨(dú)大麥培養(yǎng)的顯著提升。已有研究表明,在固體發(fā)酵過程中基質(zhì)的表面-體積比(surface-to-volume"ratio,"SVR)及其幾何形狀、均勻性對發(fā)酵效果有重要影響[24]。通過基礎(chǔ)基質(zhì)與輔助基質(zhì)的共培養(yǎng),可以有效改善發(fā)酵水平,實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)互補(bǔ),提升結(jié)構(gòu)與通氣性,減少純基質(zhì)培養(yǎng)產(chǎn)孢量低的弊端[23]。ORDAZ-HERNáNDEZ等[18]將低成本的輔助基質(zhì)棕櫚仁粕與大米共培養(yǎng),結(jié)果發(fā)現(xiàn)在大米中添加5%棕櫚仁粕,爪哇蟲草菌的產(chǎn)孢量提高了40%??梢姡才囵B(yǎng)可以實(shí)現(xiàn)提升產(chǎn)孢量,這與本研究結(jié)果相似。另外,除了發(fā)酵基質(zhì),外源添加物如營養(yǎng)物質(zhì)、酶、調(diào)節(jié)劑、吸附劑等也可以顯著影響微生物生長、代謝產(chǎn)物的生成以及發(fā)酵效率。微生物在利用碳源時,會分泌糖類水解酶來分解碳源,且同一菌種可以利用多種碳源,但對不同碳源的代謝吸收有一定差異[25]。已有研究發(fā)現(xiàn),利于爪哇蟲草菌產(chǎn)孢的最優(yōu)碳源是葡萄糖[15,"17,"22],這與本研究結(jié)果一致。在蟲草菌屬優(yōu)質(zhì)氮源的篩選上,添加酪蛋白、酵母提取物和酸水解酪蛋白等氮源可以顯著提高爪哇蟲草菌的產(chǎn)孢量[17,"26-27]。本研究也得出類似結(jié)果,即研究發(fā)現(xiàn)爪哇蟲草菌的最優(yōu)氮源是酸水解酪蛋白,其提供的氨基酸和多肽可以顯著提升爪哇蟲草菌的產(chǎn)孢量。HOANG等[28]研究發(fā)現(xiàn),氯化鉀的高滲透脅迫會抑制蛹蟲草(Cordyceps"militaris)菌株子實(shí)體形成及產(chǎn)孢,本研究發(fā)現(xiàn)單獨(dú)添加氯化鉀和甘氨酸導(dǎo)致爪哇蟲草菌的產(chǎn)孢量下降,這與前人的研究結(jié)果[28]一致。另外,BORWORN等[29]發(fā)現(xiàn)甘氨酸會促進(jìn)蛹蟲草蟲草素的產(chǎn)生,而蟲草素可能具有自我抑制的作用,會影響分生孢子的產(chǎn)量。然而,本研究在大麥與麥麩組合發(fā)酵基質(zhì)基礎(chǔ)上,添加碳源葡萄糖、氮源酸水解酪蛋白、無機(jī)鹽氯化鉀和氨基酸甘氨酸等營養(yǎng)元素共培養(yǎng)后,發(fā)現(xiàn)爪哇蟲草菌產(chǎn)孢量比對照明顯提升。可見,多營養(yǎng)元素的添加對昆蟲病原真菌發(fā)酵水平的提升具有重要的協(xié)同和增效作用[30]。
生防真菌因其特殊的生長條件以及不穩(wěn)定性,開發(fā)難度遠(yuǎn)大于化學(xué)藥劑。因此,合適的載體及助劑是決定菌株的室外定殖能力和穩(wěn)定性的主要影響因素[31]。而可濕性粉劑作為目前我國真菌制劑的主要劑型,因其具有成本低、濕潤性高、易于運(yùn)輸貯存等優(yōu)點(diǎn),在生物防治方面發(fā)揮著越來越重要的作用[32]。本研究通過測定配方成分與爪哇蟲草菌的相容性及其發(fā)揮性能,篩選出最優(yōu)配方成分,制得菌劑易溶于水,形成懸浮液,便于噴霧使用。其中,在載體的選擇上,發(fā)現(xiàn)硅藻土與爪哇蟲草菌的相容性最好,且具有較好的潤濕性。硅藻土與較多昆蟲病原真菌,如球孢白僵菌[33]、淡紫擬青霉[34]等均有較好的相容性。而陳名等[19]發(fā)現(xiàn)爪哇蟲草菌可濕性粉劑的最佳載體是海泡石,這可能與篩選的載體、助劑范圍及菌種特性的差異等有關(guān),今后可以通過擴(kuò)大助劑篩選范圍及規(guī)?;糯笤囼?yàn),進(jìn)一步優(yōu)化可濕性粉劑質(zhì)量。在紫外保護(hù)劑的選擇上,本研究發(fā)現(xiàn)熒光素鈉的抗紫外輻射能力最強(qiáng),與陳名等[19]的研究結(jié)果一致。杜丹超等[15]研究腐殖酸作為淡紫擬青霉的可濕性粉劑紫外保護(hù)劑時,發(fā)現(xiàn)腐殖酸的保護(hù)效能顯著高于熒光素鈉,能有效降低紫外線對菌株的影響。KAISER等[35]研究發(fā)現(xiàn)腐殖酸能有效提高球孢白僵菌分生孢子的抗紫外輻射能力。但本研究發(fā)現(xiàn)腐殖酸的保護(hù)性能較差,與上述二者的研究結(jié)果不一致,這可能與不同菌種的特異性有關(guān)。
在室外防效方面,李艷瓊等[36]用8000倍25%噻蟲嗪可濕性粉劑防治為害柿樹(Diospyros"kaki)的日本蠟蚧(Ceroplastes"japonicus)雌蟲,施藥20"d后的防效為83.30%,與本研究用4000倍25%噻蟲嗪可濕性粉劑對捷氏吹綿蚧雌成蟲的防效相近;而與爪哇蟲草菌可濕性粉劑相比,對捷氏吹綿蚧雌成蟲的防效無顯著差異。另外,在后期爪哇蟲草菌逐漸感染低齡捷氏吹綿蚧蟲體上,實(shí)現(xiàn)了昆蟲病原真菌的可持續(xù)性,這一結(jié)果表明爪哇蟲草菌可濕性粉劑在一定程度上可以作為安全的生物農(nóng)藥替代部分化學(xué)農(nóng)藥,減少化學(xué)農(nóng)藥的使用量,在綠色防控中具有很大的優(yōu)勢和潛力。
本研究以分離自介殼蟲的爪哇蟲草菌菌株IJID003為材料,首先優(yōu)化篩選出爪哇蟲草菌IJID003較優(yōu)的固體發(fā)酵方法,即以大麥與麥麩為發(fā)酵基質(zhì),添加以碳源葡萄糖、氮源酸水解酪蛋白、無機(jī)鹽氯化鉀、氨基酸甘氨酸和幾丁質(zhì)源蜂蛹?xì)し鄣葼I養(yǎng)元素共培養(yǎng);以優(yōu)化的發(fā)酵條件初步研制了爪哇蟲草菌的可濕性粉劑,其最佳組成為20%爪哇蟲草菌孢子粉、1%潤濕劑Morwet"EFW、5%分散劑Morwet"D-450、1%紫外保護(hù)劑CBS-X和73%硅藻土。田間試驗(yàn)結(jié)果表明,爪哇蟲草菌可濕性粉劑對捷氏吹綿蚧具有較好防效,施藥后第21天的防效達(dá)92.50%。研究結(jié)果為介殼蟲的綠色防控提供新的生防菌劑資源。
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