生防细菌对水稻的促生性及诱导抗性研究

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生物技术进展
2017年㊀第7卷㊀第1期㊀43~51
CurrentBiotechnology㊀ISSN2095 ̄2341
研究论文
Articles
㊀收稿日期:2016 ̄05 ̄31ꎻ接受日期:2016 ̄08 ̄02
㊀基金项目:国家自然科学基金项目(31360002ꎻ31460458)ꎻ云南高校科技创新团队支持计划[云教科(2014)22号]ꎻ农业部公益性行业
专项(201303015)ꎻ云南省重点新产品计划(2014BB005)资助ꎮ
作者简介:张小芳ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事植物细菌病害的研究ꎮE ̄mail:384952241@qq.comꎮ∗通信作者:姬广海ꎬ教授ꎬ主要从事植叶之枫
沙芦草物细菌病害研究ꎮE ̄mail:550356818@qq.com
生防细菌对水稻的促生性及诱导抗性研究
张小芳1ꎬ㊀艾㊀瑛2ꎬ㊀魏兰芳3ꎬ㊀史恭林3ꎬ㊀王㊀星1ꎬ㊀李㊀凡1ꎬ㊀姬广海1∗
收容教养制度退出历史舞台1.云南农业大学ꎬ农业生物多样性与病虫害控制教育部重点实验室ꎬ昆明650201ꎻ2.云南省玉溪市通海县植保植检站ꎬ云南玉溪652700ꎻ3.云南农业大学ꎬ农科基础实验教学中心ꎬ昆明650201
摘㊀要:研究了4株生防菌对水稻白叶枯病的抑制作用和菌悬液浸种㊁浸芽㊁浇苗和包衣4种处理对水稻生长的促进作用ꎬ及对水稻体内过氧化物酶POD㊁多酚氧化酶PPO㊁苯丙氨酸解氨酶PAL3种保护酶的诱导表达作用ꎮ结果表明ꎬ4个菌株均对水稻幼苗有促生及诱导抗病性的作用ꎮ其中ꎬWY2菌株诱导水稻抗病性和对水稻的促生性都要优于其他3株菌株ꎮ水稻幼苗接种生防细菌24h后再接种病原菌ꎬ生防细菌能促进植物体内保护酶PAL㊁POD㊁PPO活性的提高ꎬ进而诱导植物抗病性的提高ꎮ
关键词:生防细菌ꎻ促生性ꎻ诱导抗性ꎻ水稻细菌性条斑病DOI:10.3969/j.issn.2095 ̄2341.2017.01.08
StudiesonPromotingAbilityandInducedResistanceofBiocontrolBacteriainRice
ZHANGXiaofang1ꎬAIYing2ꎬWEILanfang3ꎬSHIGonglin3ꎬWANGXing1ꎬLIFan1ꎬJIGuanghai1∗
1.KeyLaboratoryofAgricultureBiodiversityforPlantDiseaseManagementꎬtheMinistryofEducationꎬYunnanAgriculturalUniversityꎬKunming
650201ꎬChinaꎻ
2.CollegeofResourceandEnvironmentScienceꎬYunnanAgriculturalUniversityꎬYunnanYuxi652700ꎬChinaꎻ3.AgriculturalFoundationExperimentTeachingCenterꎬYunnanAgriculturalUniversityꎬKunming650201ꎬChina
Abstract:Fourbiocontrolbacteriastrainswereeva
luatedforinhibitionabilityinriceagainstXanthomonasoryzaepv.oryzicola
(Xooc).Promotingabilityoffourtreatmentsincludingseedssoakingꎬshootssoakingꎬseedingsirrigationandseedpelletingwithbiocontrolbacteriawasstudied.Atthesametimeꎬtheinductionofthreeprotectingenzymessuchasperoxidaseꎬpolyphenoloxidaseandphenylalnineammonialyasewerestudiedbyapplicationofbiocontrolbacteria.Theresultsshowedthatthefourstrainshadthegrowthpromotingeffectandinducedresistanceofriceseedlings.AndtheinducedresistanceandthegrowthpromotionofthestrainWY2wasbetterthanotherstrains.BiocontrolbacteriacouldenhancetheactivitiesofplantsprotectiveenzymesasPALꎬPODandPPOꎬandinduceplantdiseaseresistancewheninoculatingXocpathogens24h
oursafterinoculationofbiocontrolbacteriainriceseedlings.
Keywords:biocontrolbacteriaꎻpromotionꎻinducedresistanceꎻricebacterialstreak
鲸教学设计㊀㊀由各种病害造成的农作物损失严重ꎬ一般可达其总产量的30%~40%[1]ꎮ农业生产上ꎬ化学农药是防治植物病虫害的首选方式ꎬ但其长期的不合理使用造成了极大的负面影响ꎬ诸如化学农药的高毒高残留㊁病原菌与害虫产生抗药性㊁造成
水体土壤等污染ꎮ随着人们对食品安全的日益关注与可持续控制病虫害发展的需要ꎬ生物防治受到了国内外植物保护工作者的重视ꎮ植物病害的生物防治主要包括:①利用拮抗菌对病原菌的拮抗作用来防治病害ꎻ②诱发植物自身的抗病性ꎮ
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作为植物病害生物防治因子深入研究的细菌类很多ꎬ主要有:土壤杆菌属(Agrobacteriumspp.)㊁假单胞菌属(Pseudomonasspp.)㊁芽孢杆菌属(Ba ̄cillusspp.)㊁欧文氏菌属(Erwiniaspp.)㊁短杆菌属(Curobacteriumspp.)㊁节杆菌属(Arthrobacterspp.)和溶杆菌属(Lysobacterspp.)等[2ꎬ3]ꎮ
目前ꎬ应用较多的生防细菌是芽孢杆菌ꎮ关于芽孢杆菌的生防促生机制ꎬ国内外学者进行了大量研究ꎬ普遍认为芽孢杆菌生防机制主要有营养和空间位点竞争㊁抗菌物质产生㊁溶菌作用和诱导植物抗病性等方面ꎮ林东等[4]发现枯草芽孢杆菌SO113对水稻白叶枯病菌具有强烈的抑菌作用ꎮ陈志谊等[5]报道BacillussubtilisB ̄916菌株对水稻纹枯病的防效达50%~81%ꎬ且该菌株与井岗霉素按一定比例混合可提高后者防治水稻纹枯病的效果ꎮ胡剑等[6]从枯草芽孢杆菌0BS ̄98中分离纯化抗真菌蛋白ꎬ发现它对苹果轮纹病㊁芦笋枯萎病具有很强的抑制作用ꎮ顾真荣等[7]评估显示枯草芽孢杆菌G3对菜豆和茄子苗期病㊁菌核病以及番茄叶霉病具有很好的防效ꎮ
溶杆菌1978年由Christensen和Cook命名[8]ꎮ溶杆菌属(Lysobacter)细菌属于黄单胞菌科(Xanthomonadaceae)ꎬ该菌能够溶解一些病原细菌㊁真菌和线虫ꎬ产生抗生素㊁生物表面活性物质以及诱导寄主抗病性等ꎬ是一类具有极大生防潜力的生防菌ꎮOᶄsullivan等[9]在1988年从溶杆菌属菌体细胞中分离得到的二盐基缩氨酸类抗生素lysobactin对革兰氏阳性细菌有较强的抑菌作用ꎮ1999年Md等[10]研究发现溶杆菌Lysobactersp.SB ̄K88能够产生一种对甜菜瘁倒病有明显拮抗作用的抗生素xanthobaccinAꎮ2003年Larissa等[11]从溶杆菌Lysobactersp.3.1T8上分离出一种对黄瓜瘁倒病有较好防治效果的抗生素ꎮ2005年Kobayashi等[12]研究产酶溶杆菌C3时发现一种新的具有热稳定性的抗生素物质(HSAF)ꎬ它通过调节神经酰胺酶的合成途径来改变菌丝的形态ꎬ从而达到控制病害的目的ꎮ
目前许多研究认为ꎬ诱导抗性有两种类型:一类是由病菌无毒菌株或无毒基因产物和一些化学因子诱导的系统性获得抗性(SAR)ꎬ这类诱导抗性由诱导因子激发植物SAR基因表达ꎬ产生一系列防卫反应如合成病程相关蛋白(PR)等ꎬ并由水杨酸介导[13]ꎮ例如ꎬOngena等[14]系统研究了枯草芽孢杆菌对黄瓜(病)㊁烟草(霜霉病)㊁番茄(灰霉病)和大豆(灰霉病)的诱导抗病性信号传导途径和防卫反应基因表达差异ꎬ并首次证明枯草芽孢杆菌产生的脂肽类抗生素surfactin和fengycin是诱导寄主植物产生防卫反应的激发子ꎬ它们与特定受体发生识别反应ꎬ从而激发植物依赖水杨酸(SA)途径的防卫反应ꎮ另一类是由根际促生细菌(PGPR)引起的诱导系统抗性(ISR)ꎬ通常PGPR诱导的ISR是由种子处理或土壤浇灌获得[15]ꎮ
生防细菌因其具有防病效果好㊁对人畜安全和对环境无污染等优点而受到重视ꎮ实验室前期从云南省不同地区分离到了多株芽孢杆菌和溶杆菌ꎬ并在魔芋软腐病㊁烟草青枯病㊁水稻条斑病和水稻白叶枯病病原菌进行了室内抑菌试验初试ꎮ本文拟选用实验室分离保存的3株芽孢杆菌和1株溶杆菌对水稻的促生性及诱导抗性进行研究ꎬ为进一步研究和应用提供理论依据ꎮ
1㊀材料和方法
1.1㊀试验时间、地点
本研究田间试验于2014年5月在云南农业大学校内温室进行ꎬ室内试验在农业生物多样性国家工
程中心进行ꎮ
1.2㊀试验材料
供试生防菌株为解淀粉芽孢杆菌C3ꎻ甲基营养型芽孢杆菌R2 ̄2[16]ꎻ解淀粉芽孢杆菌WY2ꎻ抗生素溶杆菌YFY02(申请专利ꎬ已受理)ꎻ水稻材料为感病品种IR24ꎮ材料均由云南农业大学生物多样性国家工程中心细菌实验室提供ꎮ
1.3㊀生防细菌处理对水稻生长的促进作用1.3.1㊀菌液的制备及处理方法㊀所用菌株为C3㊁R2 ̄2㊁WY2㊁YFY02ꎮ将其生防菌液在营养肉汁琼脂NA培养基(葡萄糖10gꎬ蛋白胨5gꎬ牛肉浸膏3gꎬ酵母浸膏1gꎬ琼脂粉17gꎬ用去离子水混合配制1000mL)上活化ꎬ28ħ培养2dꎮ用移菌环挑取单菌落放于NA液体培养基中摇菌24~36hꎮ用分光光度计在600nm下调OD值到0.5ꎮ将OD值为0.5的生防菌液按照100倍㊁200倍㊁500倍的浓度梯度稀释ꎬ并分别用作浸种㊁浸芽㊁
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浇苗㊁包衣处理ꎮ浸种处理48hꎬ每24h更换处理液一次ꎻ浸芽在种子出芽后用处理液浸泡48hꎬ每24h更换一次处理液ꎻ浇苗在两叶期进行ꎻ包衣处理使用羧甲基纤维素ꎬ羧甲基纤维素与稀释菌
液按照1%的体积比混合在一起ꎬ羧甲基纤维素的浓度控制在0.2%ꎮ混合液置于装有种子的三角瓶中ꎬ在摇床中摇2~6hꎬ取出阴干ꎬ然后催芽播种ꎮ水稻材料采用感病品种IR24ꎮ清水为对照ꎮ每个处理3次重复ꎬ每个重复30粒种子ꎮ水稻播种30d后ꎬ到幼苗两叶期时调查促生效果ꎮ
1.3.2㊀测定指标与方法㊀苗高和根长:每个处理分别取水稻苗10棵ꎬ测量各处理幼苗和根的长度ꎬ其中根以最长的一根为测量对象ꎬ以每一处理10棵幼苗的平均值作为苗高(cm)和根长(cm)ꎮ根数:统计所有长度大于2cm的根的条数ꎬ最后同样取每一处理的所有参试幼苗的平均值ꎮ苗干重与根干重:将幼苗与根分开用吸水纸包好ꎬ自然风干后用0.001g天平称重ꎬ其重量除以幼苗数即为干重(mg)ꎮ
1.4㊀生防细菌处理水稻诱导抗性研究
经C3㊁R2 ̄2㊁WY2㊁13 ̄64株生防菌液处理后的种子播种长至抽穗期ꎮ将水稻细菌性条斑病菌在NA培养基上活化ꎬ28ħ培养2dꎮ用移菌环挑取少量菌株放于NA液体培养基中摇菌24~36hꎮ加入适量无菌水制成菌悬液ꎬ用喷雾器均匀的喷洒在水稻叶片上ꎬ每个处理接种相同量的菌液ꎬ待21d后调查其诱导抗性效果ꎮ
1.5㊀生防细菌处理对水稻幼苗地上部3种酶活性的影响
水稻感病品种IR24置28ħ恒温培养箱光照培养ꎬ生长至三叶期时分别用C3㊁R2 ̄2㊁WY2㊁YFY02菌液处理ꎬ对照用清水ꎮ分别在处理的0㊁12h㊁36h㊁48h㊁96h时取叶片测定有关指标ꎮ1.5.1㊀过氧化物酶(POD)活性测定[17]㊀标准曲线的制作:取20mL具塞试管6支ꎬ编号ꎬ按下表配制四邻甲氧基苯酚标准系列溶液ꎬ混匀后以1号管调零ꎬ于470nm波长下测定吸光度ꎬ以标准液浓度为横坐标ꎬ吸光度为纵坐标绘制标准曲线ꎮPOD的提取及活性测定:取待测水稻叶片适量ꎬ剪碎混匀于研钵中ꎬ加少量石英砂㊁碳酸钙和适量蒸馏水ꎬ冰浴研磨成匀浆ꎬ蒸馏水定量至50mLꎬ摇匀后离心ꎬ上清液即为待测酶液ꎮPOD活性测定参照孙红炜等[18]的方法ꎮ
POD活性测定[19]:取20mL具塞试管3支ꎬ2支测定(3个重复)ꎬ1支空白对照ꎮ各加入酶液1mLꎬ0.1%愈创木酚1mLꎬ蒸馏水6.9mLꎬ摇匀ꎬ加入0.18%双氧水1mL(对照用蒸馏水)ꎬ摇匀计时ꎬ25ħ准确反应10minꎬ加5%偏磷酸0.2mL终止反应ꎮ用标准曲线1号管调零ꎬ于分光光度计测定A470的吸光值ꎮ
过氧化物酶活力=(X-Y)ˑVt/wFˑVsˑt
式中:X:测定管四邻甲氧基苯酚的含量(μg)ꎮY:对照四邻甲氧基苯酚的含量(μg)ꎮVt:酶液总体积(mL)ꎮwF:样品鲜重(g)ꎮVs:测定时取酶液的量(mL)ꎮt:酶作用时间(min)ꎮ
1.5.2㊀多酚氧化酶(PPO)活性测定㊀每个处理叶片准确称取0.1gꎬ剪碎ꎬ加2mL0.1mol/
L预冷的PBS磷酸缓冲液和少量石英砂于冰浴下研磨成匀浆ꎬ4ħ下12000r/min离心20minꎬ将上清液移入另一容器中冰浴保存ꎮ反应系统中ꎬ以邻苯二酚为底物ꎬ反应成分包括0.02mol/L邻苯二酚1.5mLꎬpH6.8的PBS缓冲液1.5mL和1mL酶液ꎮ反应液先于37ħ放置2min后ꎬ测定OD398的光密度值ꎬ10min内每分钟记录一次光密度值ꎬ以不加酶液而加相同体积的缓冲液作为空白对照ꎮ以每分钟使OD398变化0.01的酶量为一个酶活力单位ꎮ
酶活力=әOD398ˑV/0.01ˑVtˑwˑt
式中:0.01:酶活单位ꎻV:提取酶液的总体积(mL)ꎻVt:测定时酶液用量(mL)ꎻw:用于提酶的叶片重量(g)ꎻt:әOD398变化所用时间(min)ꎮ
表1㊀标准曲线
Table1㊀Standardcurve.
试管号123456标准母液(mL)01.252.505.007.5010.00蒸馏水(mL)108.757.505.002.500标准系列含量(μg)08.416.933.850.667.554
张小芳ꎬ等:生防细菌对水稻的促生性及诱导抗性研究. All Rights Reserved.
通风管路
1.5.3㊀苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性测定㊀称取适量的水稻幼苗组织ꎬ先加1.5mL预冷的提取液(即7mmol/L巯基乙醇硼酸缓冲液)㊁过量的聚乙烯吡咯烷酮(但不能太多ꎬ否则不易研磨)㊁少量石英砂在冰浴下研磨成浆ꎬ再加3.5mL预冷的提取液使其终体积为5mLꎮ于12000g/min4ħ离心15minꎬ用吸管吸取上清液ꎬ上清液即粗酶液ꎮ
酶活的测定:反应液包括:0.02mol/LL ̄苯丙氨酸1mLꎻ0.1mol/L硼酸缓冲液(pH8.8)2mLꎻ
0.1mL粗酶液(对照以0.1mL巯基乙醇缓冲液代替酶液)ꎮ反应液用涡旋混合器混匀后立即在290nm处测起始OD值ꎬ并精确计时ꎬ每一样品重复两组ꎮ将测定后的各管于30ħ水浴保温30minꎬ再于290nm处测定各管的OD值ꎮ本实验以每30min在波长290nm处吸光率增加0.01所需酶量为1个单位ꎮ
苯丙氨酸解氨酶活力=30min内吸光度的差值ˑV/aˑwˑ0.01
式中:a:测定时的酶液用量(mL)ꎻV:酶液总体积(mL)ꎻw:样品重量(g)ꎮ
2㊀结果与分析
2.1㊀生防细菌处理对水稻生长的促生作用
生防菌株的处理对水稻的生长均具有促进的作用ꎮ4株菌株YFY02㊁C3㊁R2 ̄2㊁WY2的促生作用见图1~4ꎮYFY02的促生作用见图1ꎬ200倍包
图1㊀生防细菌YFY02对水稻生长的促生作用
Fig.1㊀Thegrowth ̄promotingeffectofbiocontrolbacteriumYFY02onricegrowth.
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图2㊀生防细菌C3对水稻生长的促生作用
Fig.2㊀Thegrowth ̄promotingeffectofbiocontrolbacteriumC3onricegrowth.
衣为最优处理(P<0.05)ꎬ它对水稻幼苗的促生效果最为明显ꎬ株高㊁根长㊁根数㊁苗干重和根干重等
5项指标均高于对照和其他处理ꎮC3㊁R2 ̄2㊁WY2菌株的处理中ꎬ500倍包衣均为最优处理ꎬ株高等5项指标均高于对照和其他处理(图1~4)ꎮ以上说明的是相同菌株之间促生效果ꎮ不同菌株之间的促生效果见表2ꎬYFY02菌株处理之后ꎬ有根长和苗干重两个指标均高于其他菌株处理ꎻC3则没有ꎻR2 ̄2菌株处理之后ꎬ有苗干重和根干重两个指标均高于其他菌株处理ꎻWY2菌株处理之后ꎬ有株高㊁根数㊁苗干重3个指标均高于其他菌株处理ꎮ综合以上结果显示ꎬWY2菌株包衣500倍的稀释液处理水稻种子为最优处理ꎮ2.2㊀生防细菌诱导水稻抗病性分析
从图5可知ꎬ生防菌处理过的水稻苗再喷雾接种病原菌后ꎬ生防细菌对细菌性条斑病菌有明显的抑制作用ꎬ而只喷施细菌性条斑病菌菌液的水稻苗则发病比较严重ꎮWY2菌株诱导水稻抗病性优于其他3个菌株ꎮ
2.3㊀生防细菌处理对水稻幼苗地上部3种酶活性的影响
2.3.1㊀接种生防菌后对植株POD的影响㊀由图6可以看出ꎬ接种4种生防菌后ꎬ水稻幼苗的POD活性明显增高ꎬ在接种后0㊁12h㊁36h㊁48h㊁96h的时间点上ꎬPOD值均以36h时的POD值最大ꎬ36h后ꎬPOD活性慢慢降低ꎮ4种生防菌诱
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张小芳ꎬ等:生防细菌对水稻的促生性及诱导抗性研究. All Rights Reserved.

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标签:水稻   处理   细菌   诱导
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