Sep 2024, Volume 11 Issue 3
· 第九篇 ·
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Min LI, Yahui HUANG, Xiaomin DONG, Xu ZHANG, Qing MA. Paenarthrobacter nitroguajacolicus can promote cucumber growth and control cucumber corynespora leaf spot. Front. Agr. Sci. Eng., 2024, 11(3): 485‒498 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2024537
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当前，黄瓜病害的防治主要依赖于化学农药，然而，这种方法并不符合环保要求。生物防治菌不仅能抵抗植物病原菌，还能促进植物生长，是一种生态友好、可持续发展的选择。本文以黄瓜棒孢叶斑病菌多主棒孢 (Corynespora cassiicola) 为目标病原菌，筛选到一株生物防治菌株BJ-5，通过形态和分子方法鉴定BJ-5为硝基愈创木酚类节杆菌属 (Paenarthrobacter nitroguajacolicus)。研究了BJ-5对黄瓜棒孢叶斑病菌孢子萌发、细胞膜通透性和对侵染黄瓜后的影响。BJ-5抑制了多主棒孢孢子的萌发，导致孢子出芽的芽管萎缩和变形。与对照相比，BJ-5使多主棒孢菌丝的相对胞外电导率提高，还降低了黄瓜被侵染的严重程度。BJ-5悬浮液叶面喷雾剂对黄瓜棒孢叶斑病的抑制效果达到63%，高于5000倍稀释的露娜森SC杀菌剂。此外，本研究还进行了黄瓜出苗试验，以评估BJ-5对黄瓜生育期生物量和光合作用的影响。对BJ-5进行了黄瓜出苗试验，记录了黄瓜生育期的生物量和光合作用。1.5×105 CFU·mL–1浓度的BJ-5菌液能促进黄瓜种子萌发，增加成株期生物量和光合作用。进一步测定了BJ-5的次生代谢产物，结果显示，在不同培养基条件下，BJ-5均能产生几丁质酶、铁载体、纤维素酶、淀粉酶和蛋白酶等多种酶类。我们发现，BJ-5具有良好的耐盐性和对碱性条件的适应性，并在高温条件下保持了对真菌活性的抑制作用。本文首次报道了P. nitroguajacolicus对黄瓜病原菌具有拮抗和促进黄瓜生长的生物防治作用，表明BJ-5可作为黄瓜棒孢叶斑病的潜在生物防治剂。
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黄瓜因其清脆爽口的特点而被人工大量种植，但在设施大棚中连年种植很易导致病原体的积累。黄瓜孢子叶斑病是导致黄瓜减产的一种主要叶面病害。病菌主要在叶片上造成不规则病斑。在高温高湿环境下，分生孢子可通过发芽和产生芽管直接穿透寄主叶片表皮，或通过气孔、自然伤口侵入寄主，引起寄主发病。目前，植物真菌病害的防治主要依靠农用化学品和栽培措施，但由于抗药性的出现，杀菌剂的效力有所下降。同时，消费者对杀菌剂的环境影响和食品残留也越来越关注。人们逐渐认识到，环境友好型生物防治方法的优势及其重要性。因此，生物防治为植物病害管理提供了一种可行的解决方案，可替代现有的方法。它是一种环境友好型方法，既能促进病害管理，又能维持生态系统平衡。通过生物防治，可以有效控制植物病害，而不会破坏动植物群的自然平衡。此外，这种方法还能提高土壤肥力，是可持续农业的重要工具。为实现无公害、环境友好的目标，本研究从土壤中筛选并鉴定出一种对黄瓜棒孢叶斑病菌具有潜在拮抗活性的生物防治菌株。
共对286株菌株进行了多主棒孢抑制试验，结果发现39株菌株对多主棒孢有不同程度的抑制作用。根据相对抑菌活性选择菌株BJ-5作为研究对象 (图1 (b))，其抑制率为62%。BJ-5为革兰氏阳性，呈杆状。在LB培养基中，单个菌落BJ-5呈白黄色，光滑，边缘规则 (图1 (b))。基于16S rDNA基因测序构建系统发育树 (图1 (d))，BJ-5与P. nitroguajacolicus (图1 (e)) 的进化距离最近。
图1 生防菌的筛选与鉴定。
BJ-5悬浮液对多主棒孢孢子萌发有抑制和延缓作用。BJ-5悬浮液处理后病原菌孢子变形明显，芽殖管萎缩变形 (图2 (a))。电导率可以作为电解质泄漏和膜通透性损失的指标，反映细胞膜的完整性。BJ-5处理后的多主棒孢电导率始终高于对照 (图2 (b))，表明BJ-5对多主棒孢菌丝的细胞膜完整性有直接影响。
与无菌蒸馏水处理的对照相比，1.5×105和1.5×104 CFU·mL–1的BJ-5悬浮液促进了黄瓜种子的出芽和苗期根部的生长。而在BJ-5发酵原液和高稀释倍数下，黄瓜种子的萌发受到抑制 (图3 (a),(b))。将1.5×105 CFU·mL–1 BJ-5悬浮液和无菌蒸馏水处理的种子转移到培养基萌发袋中，10天后分别测量株高、根长和鲜重。图3 (c)显示，10天后，无菌蒸馏水处理的黄瓜种子的根长和株高均高于BJ-5处理，鲜重则相反。BJ-5悬浮液处理的黄瓜幼苗主根粗壮，纤维根密集 (图3 (d))。说明BJ-5能增加黄瓜根的数量，但对延伸根的长度影响较小。45天后，BJ-5处理黄瓜的光合指标均有所提高。1.5×106 CFU·mL–1处理下的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均显著高于对照 (图3 (h))。移栽后45天, BJ-5处理黄瓜鲜重、干重、株高和根长均显著大于对照组，说明BJ-5具有促进黄瓜生长的潜力。
通过对BJ-5次生代谢产物的测定，研究发现BJ-5能够产生促进植物生长和抑制病原菌的代谢物 (图4 (a))。BJ-5能产生纤维素酶、脂肪酶和蛋白酶，这些酶能裂解细胞壁，还能产生铁载体、可溶性有机磷和淀粉水解酶，促进植物生长。
BJ-5表现出良好耐热性，其悬浮液滤液即使在80 ℃和100 ℃加热后仍保持抗真菌活性(图4 (b))。BJ-5在14%盐浓度下可正常生长 (图4 (c))，并且在酸碱条件下具有良好的适应性(图4 (d),(e))，说明该菌株在盐碱环境下具有潜力，为进一步开展耐盐相关研究提供了基础。
图4 P. nitroguajacolicus菌株BJ-5次生代谢物检测及适应性实验。
· 结 论 ·
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编辑 | 唐静月 李云舟
审稿 | 许建香
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