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植物内生细菌菌株Em7对油菜菌核病的防治研究

作　者: 高小宁
导　师: 黄丽丽
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 植物病理学
关键词: 内生枯草芽孢杆菌油菜菌核病生防效果诱导抗性定殖
分类号: S435.654
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

油菜(Brassica campestris L.)是我国重要的油料作物,由核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum (Lib.) de Bary)引起的油菜菌核病是世界范围内的一种重要病害,在我国发生普遍且危害严重,一般年份发病率为10%-30%,严重年份或严重地块的发病率达80%以上,导致严重减产和品质下降。由于目前尚未发现免疫或高抗菌核病的油菜品种,生产上主要采用轮作及化学药剂结合的防治措施,然而连年大量使用化学药剂不仅造成了严重的环境污染,同时已经导致了病原菌抗药性的产生。因此寻找对环境友好的有益微生物进行菌核病的生物防治已经成为研究的热点,受到了越来越多的重视。植物内生细菌作为新挖掘的微生物资源,正在被广泛开发利用。本实验室前期分离纯化了大量植物内生菌,并从中筛选获得了一株对油菜菌核病菌菌丝生长和菌核形成具有强烈抑制作用的内生细菌Em7菌株。本研究在前期工作的基础上,进一步对内生细菌菌株Em7防治油菜菌核病的田间应用及机理进行了系统研究,取得了如下结果：1.通过温室和田间试验明确了内生细菌菌株Em7对油菜菌核病的防治效果。大量温室盆栽试验发现整株喷施菌株Em7的培养滤液和菌悬液在油菜苗期和成株期均可有效减轻菌核病的发生,其中喷施菌株Em7后接种病菌的防效明显高于接种病菌后喷施的防效,防病效果达到90%以上。在陕西汉中地区连续三年(2009-2011年)的田间防治试验结果表明,在油菜初花期连续喷施两次(间隔期7-10d)菌株Em7的培养液(109CFU mL-1)可有效降低菌核病的发病率和严重程度,防治效果分别达到53.8%、71.8%和70.5%,与对照药剂戊唑醇(Tebuconazole)和多菌灵(Carbendazim)防效相当,无显著性差异。2.通过培养特征和形态特点观察,生理生化特性、16S rDNA序列分析以及Biolog微生物自动鉴定系统将Em7菌株鉴定为枯草芽孢杆菌(?)(?)acillus subtilis (Ehrenberg) Cohn。3.采用利福平抗性标记方法揭示了B. subtilis菌株Em7在油菜体内的定殖和消长规律。在油菜幼苗期分别采用整株喷施和灌根的方法研究了Em7Rif标记菌株在油菜不同组织中的定殖规律。整株喷施Em7Rif菌株(1×109CFU mL-1)24h后,在油菜叶片和茎秆组织内检测到的菌量最大,分别达到4.0×105CFU g-1和9.6×105CFU g-1鲜组织；28d后仍然能够从茎秆及叶片组织内检测到,但在根组织内却未检测到标记菌株。灌根施用Em7Rif菌株(109CFU mL-1),24h即可从根和茎秆中检测到标记菌株,施用后3d后标记菌株在根部和茎杆中的数量最大,分别达到5.6×106CFU g-1和4.6×105CFU g-1,此后检测的菌量逐渐减少,但28d后仍可检测到标记菌株。4.利用Biolog代谢指纹方法分析了B. subtilis菌株Em7对油菜根际土壤微生物群落的影响。灌根法于苗期分别施用菌株Em7菌悬液和培养滤液后不同时间取根际土壤,用Biolog ECO板检测不同土样微生物群落的多样性,结果显示施用菌株Em7后的油菜根际土壤微生物群落的活性和多样性明显提高。菌株Em7处理后的土壤微生物群落碳源利用能力明显增强,各种碳源平均颜色变化率AWCD值和Shannon(?)数明显高于对照处理。5.初步明确了诱导抗性可能是B. subtilis菌株Em7对油菜菌核病的生防机制。在油菜苗期和成株期喷施菌株Em7菌悬液和培养滤液后不同时间(1、3、5、7、9、11和15d)接种菌核病菌,油菜植株均表现出良好的抗病效果；并且发现喷施菌株Em7后,油菜叶片内过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性在一定时期内有显著的升高,与对照组相比差异显著。6.利用显微镜技术揭示了B. subtilis菌株Em7对菌核病菌抑制的细胞学特征。光学和扫描电镜观察发现受到菌株Em7影响后,病菌菌落边缘的菌丝形态发生异常变化,受抑制菌丝粗细不均匀、皱缩、畸形,并有明显的细胞质外渗现象；进一步的透射电镜观察表明受抑制菌丝细胞的超微结构发生了明显的变化,主要表现为细胞内液泡数量增加,细胞器紊乱,细胞壁溶解和细胞质外渗等。对菌株Em7作用后菌核病菌入侵和扩展过程的观察结果表明：接种病菌前1d喷施菌株Em7可抑制病菌侵染结构(侵染垫)的形成,并可致使病菌菌丝出现膨大、顶端分支增多且分支不规则；接种病菌后1d喷施菌株Em7可导致病菌形成的侵染垫塌陷,菌丝出现皱缩及坏死等现象。此外,皿内试验结果发现菌株Em7不仅能够抑制病菌的菌丝生长,而且可有效抑制菌核萌发,菌核萌发的抑制效果与生防菌浓度和处理时间密切相关。7.在摇瓶条件下优化了B.subtilis菌株Em7产生抗菌物质的条件,并初步明确了其抗菌物质的特性和抑菌谱。采用单因素和正交试验,获得菌株Em7的最佳培养基配方为：麸皮2%,牛肉膏1%,MnS040.15%；当培养基初始pH7,接种量为1%,摇瓶装液量50ml/250ml时,在28℃,150rpm培养获得的培养液抑菌活性最强。进一步通过硫酸铵盐析、凝胶过滤等方法明确了菌株Em7的主要活性物质为蛋白类抗菌物质；硫酸铵饱和度30%提取的粗蛋白对热、酸碱及部分蛋白酶稳定,并且对常见的10余种植物病原菌的菌丝生长和分生孢子萌发具有广谱的抑制作用。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-14
第一章文献综述  14-35
  1.1 植物内生细菌及其生物学作用  14-20
    1.1.1 内生细菌的概念  14
    1.1.2 内生细菌的来源及种类  14-17
    1.1.3 内生细菌的生物学作用  17-20
  1.2 芽孢杆菌在植物病害生物防治中的应用  20-25
    1.2.1 芽孢杆菌的基本概况  20
    1.2.2 芽孢杆菌在植物病害生物防治中的应用  20-23
    1.2.3 芽孢杆菌的生防机制  23-25
  1.3 油菜菌核病的研究概况  25-34
    1.3.1 发生及危害  25-26
    1.3.2 症状  26
    1.3.3 病原及发生规律  26-28
    1.3.4 侵染过程及致病机制  28-29
    1.3.5 防治  29-31
    1.3.6 油菜菌核病的生物防治  31-34
  1.4 本研究的目的和意义  34-35
第二章内生细菌菌株 Em7 在温室、大田对油菜菌核病的防治效果  35-44
  2.1 材料与方法  35-37
    2.1.1 供试植物内生细菌、病原菌及其植物材料  35-36
    2.1.2 内生细菌 Em7 对苗期油菜菌核病的温室防治效果  36
    2.1.3 内生细菌 Em7 对成株期油菜菌核病的温室防治效果  36-37
    2.1.4 内生细菌 Em7 对油菜菌核病的田间防治效果  37
  2.2 结果与分析  37-41
    2.2.1 内生细菌 Em7 对苗期油菜菌核病的温室防治效果  37-39
    2.2.2 内生细菌 Em7 对成株期油菜菌核病的温室防治效果  39-40
    2.2.3 田间防治效果  40-41
  2.3 讨论  41-44
第三章内生细菌 Em7 的鉴定  44-53
  3.1 材料与方法  44-48
    3.1.1 供试菌株  44
    3.1.2 供试培养基  44-45
    3.1.3 菌株形态观察  45
    3.1.4 培养特征观察  45
    3.1.5 生理生化特性测定  45-47
    3.1.6 16S rDNA 序列测定  47
    3.1.7 Biolog 鉴定  47-48
  3.2 结果与分析  48-50
    3.2.1 菌株 Em7 的形态与培养特征  48
    3.2.2 生理生化特性测定  48-49
    3.2.3 16S rDNA 序列分析  49-50
    3.2.4 Biolog 鉴定结果  50
  3.3 讨论  50-53
第四章内生枯草芽孢杆菌 Em7 在油菜体内的定殖及其对土壤微生物群落的影响  53-61
  4.1 材料与方法  53-55
    4.1.1 供试菌株  53
    4.1.2 内生细菌 Em7 在油菜植株体内的定殖研究  53-54
    4.1.3 菌株 Em7 对油菜土壤微生物群落的影响  54-55
  4.2 结果与分析  55-59
    4.2.1 菌株 Em7 在油菜体内的定殖  55-57
    4.2.2 菌株 Em7 对油菜土壤微生物群落的影响  57-59
  4.3 讨论  59-61
第五章内生枯草芽孢杆菌 Em7 对油菜菌核病的诱导抗性  61-69
  5.1 材料与方法  61-62
    5.1.1 供试材料  61
    5.1.2 菌株 Em7 诱导油菜对菌核病的抗性  61-62
    5.1.3 菌株 Em7 对油菜植株三种重要防御酶活性的影响  62
  5.2 结果与分析  62-66
    5.2.1 菌株 Em7 诱导油菜对菌核病的抗性  62-63
    5.2.2 菌株 Em7 对油菜植株三种重要防御酶活性的影响  63-66
  5.3 讨论  66-69
第六章内生枯草芽孢杆菌 Em7 对油菜菌核病菌的抑制机理  69-84
  6.1 材料与方法  69-71
    6.1.1 供试材料  69
    6.1.2 菌株 Em7 对病菌菌丝生长的抑制作用  69-70
    6.1.3 菌株 Em7 对病菌菌核萌发的影响  70-71
    6.1.4 菌株 Em7 抑制病菌侵染过程的显微观察  71
  6.2 结果与分析  71-74
    6.2.1 菌株 Em7 对病菌菌丝生长的抑制作用  71-72
    6.2.2 菌株 Em7 对菌核萌发的抑制作用  72-73
    6.2.3 菌株 Em7 抑制油菜菌核病菌侵染过程的显微观察  73-74
  6.3 讨论  74-84
第七章内生枯草芽孢杆菌 Em7 产生抗菌物质的条件  84-94
  7.1 材料与方法  84-86
    7.1.1 供试材料  84
    7.1.2 内生枯草芽孢杆菌 Em7 的培养  84
    7.1.3 抑菌活性测定  84-85
    7.1.4 菌株 Em7 发酵培养基优化  85
    7.1.5 菌株 Em7 发酵条件优化  85-86
  7.2 结果与分析  86-92
    7.2.1 菌株 Em7 发酵培养基优化  86-89
    7.2.2 菌株 Em7 发酵条件优化  89-92
  7.3 讨论  92-94
第八章内生枯草芽孢杆菌 Em7 的抗菌物质及其抗菌谱  94-105
  8.1 材料与方法  94-96
    8.1.1 菌株及其培养  94
    8.1.2 菌株 Em7 抗菌物质分析  94-95
    8.1.3 抗菌粗蛋白对常见植物病原菌的抑制作用  95-96
  8.2 结果与分析  96-99
    8.2.1 不同硫酸铵饱和度提取蛋白质的抑菌活性  96
    8.2.2 抗菌粗蛋白的的稳定性  96-97
    8.2.3 抗菌粗蛋白的抑菌谱  97-99
  8.3 讨论  99-105
第九章结论  105-106
参考文献  106-119
致谢  119-120
作者简介  120

植物内生细菌菌株Em7对油菜菌核病的防治研究

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