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【枯草芽孢杆菌X-4对土壤青枯菌消长变化及防病效果的影响】 土壤中硫X荧光法

发布时间:2019-02-23 04:43:55 影响了:

  摘要:为研究枯草芽孢杆菌X-4在土壤中的定殖动态对青枯菌消长变化的影响,以及对番茄青枯病的防治效果,采用绿色荧光蛋白基因标记法,通过番茄盆栽试验直接测定了其在土壤中的定殖效果及对青枯病病原菌数量、土壤微生物功能多样性及生物量的影响。结果表明,通过绿色荧光蛋白基因标记法能成功跟踪菌株X-4在土壤中的定殖状况,其定殖曲线表现为一非对称抛物线,前期缓慢上升,24 d达到高峰,当接种量为5.0×105、1.0×106CFU/(g土)时,其定殖峰值分别为2.98×107CFU/(g土)和5.03×107CFU/(g土),而青枯菌数量则呈现出与X-4相应的消长变化,处理土壤青枯菌数量在12~30 d时段内呈现下降的趋势,而对照病菌数量处于较高水平并且还有上升趋势,因此未接种菌株X-4处理发病早,病指高;接种微生物菌剂X-4对土壤微生物功能多样性无不利影响,并能有效地抑制病菌,对番茄青枯病表现出明显的防治效果,接种量为1.0×106CFU/(g土)时,35、45、55 d对青枯病的防效分别为100%、83.3%和57.2%;接种X-4还能促进番茄植株生长,增加生物量,促进结果。绿色荧光蛋白标记法可为枯草芽孢杆菌X-4在土壤中的动态变化提供直接的菌量数据,其数量与土壤中青枯菌数量的消长动态对番茄青枯病的防治效果有重要影响。
  关键词:枯草芽孢杆菌X-4;定殖;消长动态;番茄青枯病;防病效果
  中图分类号:Q939.96文献标识码:A文章编号:0439-8114(2011)12-2425-03
  
  Effect of Inoculating Bacillus subtilis X-4 on Ralstonia solanacearum in Soil and Controlling Tomato Bacterial Wilt
  
  XIAO Xiang-zheng1,LIU Ke-xing2,LIAO Zong-wen2,DU Jian-jun1
  (1. College of Environmental Science and Engineering, Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou 510225, China;
  2. New Fertilizer Resources Center, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)
  
  Abstract: The effect of inoculating Bacillus subtilis X-4 on Ralstonia solanacearum in soil and controlling tomato bacterial wilt were studied using green fluorescent protein (gfp) marking method. The results indicated that the colonization of X-4 in soil could be tracked successfully by gfp marking, and the colonization curve presented an asymmetric parabola, as the amount increased slowly in the prophase and reached the highest point in the 24th day. The peak values were 2.98×107 CFU/g and 5.03×107 CFU/g dry soils respectively when inoculating X-4 at the dosage of 5.0×105 and 1.0×106 CFU/g fresh soil. Meanwhile, the amount of R. solanacearum showed corresponding dynamics. The amount of R. solanacearum in the inoculated soil showed a decreasing trend at lower level with the increase of X-4 from 12th to 30th day; but it kept on high level and showed an increasing trend in the control soil; and tomato bacterial wilt appeared earlier and more serious. Inoculating X-4 had no adverse effect on the functional diversity of soil microb,and showed obvious effect on controlling tomato bacterial wilt. When the inoculating dosage was 1.0×106 CFU/g fresh soil, the disease-control effect in the 35th, 45th and 55th day was 100%, 83.3% and 57.2% respectively. In addition, inoculating X-4 could also promote tomato growth, and increase fruit numbers. The colonization dynamics data of Bacillus subtilis X-4 in soil could be obtained directly by the method of gfp marking, and the colonization amount and the dynamics of R. solanacearum in soil had important effect on controlling tomato bacterial wilt.
  Key words: Bacillus subtilis X-4; colonization; population dynamic; tomato bacterial wilt; disease-control effect
  
  微生物接种剂又称生物肥料,是一类含有活体微生物,当应用于作物或土壤时,能够在作物根际或体内定殖,并起到特定肥料效应的微生物制品[1]。目前,微生物肥料在培肥地力,提高化肥利用率,抑制农作物对硝态氮、重金属、农药的吸收,净化和修复土壤,降低农作物病害发生,促进农作物秸秆和城市垃圾的腐熟利用,保护环境,以及提高农作物产品品质和食品安全等方面表现出了不可替代的作用[2-4]。许多关于施用生物有机肥或生物菌剂防病的文献多集中于研究防病效果和对土壤微生物多样性调控指标等方面[5-7]。目前尚未有对防病菌株与病菌动态消长的研究,虽有一些通过对多样性指数变化和防效对有益菌和病菌消长的分析和推测,但未有关于有益菌和病菌消长动态的直接证据。为此,研究采用绿色荧光蛋白基因(gfp)对拮抗菌株X-4进行了标记,研究其接种后在土壤中的动态变化规律,同时研究了对应土壤中番茄青枯病病原菌数量变化,以期为菌株X-4防病效果提供直接的研究数据,为今后的机理研究和推广应用提供科学根据;同时通过研究枯草芽孢杆菌X-4在土壤中的定殖规律,揭示其与青枯病病原菌的动态变化及防病效果之间的关系,为指导该菌在施肥防病中的应用提供科学依据。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文   1材料与方法
  1.1试验材料
  1.1.1枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)X-4华南农业大学新肥料资源研究中心分离并保存,对青枯病病原菌具有拮抗作用。试验所用菌株用含绿色荧光蛋白基因的载体pGFP4412标记,标记菌株携带gfp和耐受浓度为100 μg/mL氨苄青霉素的抗性基因。标记菌株接种液含菌量≥2.0×108CFU/mL。
  1.1.2青枯病病原菌(Ralstonia solanacearum)自华南农业大学试验农场发病番茄植株分离,具有致病活性。接种液含菌量≥5.0×108CFU/mL。
  1.1.3试验作物番茄品种为益丰4号,为青枯病易感品种,从广州市蔬菜研究所购入。
  1.2方法
  1.2.1试验设计试验为番茄盆栽,采用聚乙烯塑料盆,每盆装土5 kg,试验用土取自华南农业大学农场菜园土,系茄科作物连作土壤,为青枯病易发地,土壤基本养分状况见表1。试验共设3个处理:①CK.接种无菌水;②T1.接种X-4,5.0×105CFU/(g土);③T2.接种X-4,1.0×106CFU/(g土),每处理6次重复,随机排列。所有处理移苗时均接种青枯菌1.0×105CFU/(g土)。接种剂X-4和青枯菌根据发酵培养液含菌情况用无菌水稀释到所需量,均匀浇到移栽穴中,与土充分混匀。试验过程中各处理氮、磷、钾施入量相等,即N 120 mg/(kg土),P2O5 80 mg/(kg土),K2O 100 mg/(kg土),80%肥料作基肥施用,20%肥料待番茄移栽20 d后作追肥施用。番茄种子育苗前先用2%次氯酸钠消毒2 min,然后用无菌水反复冲洗,播种在小塑料盒中(盒中土壤由栽培基质和细肥土按1∶1比例混合而成),出苗20 d后移至栽种盆中,每盆两株。
  1.2.2土壤中X-4及青枯菌数量测定
  1)枯草芽孢杆菌X-4。采用含100 μg/mL氨苄青霉素的PDA培养基,并结合荧光显微镜观察计数。
  2)青枯菌。采用TTC培养基[8]+0.1%放线菌酮+0.2%硫酸新霉素的方法测定。
  1.2.3番茄青枯病防治效果测定番茄移栽后,每天观察植株发病情况。发病率及病情指数调查参照方中达《植病研究方法》的相关内容[9]。番茄青枯病按发病严重程度分为5级,0级为叶片无症状;1级为植株1/4以下的叶片表现萎蔫症状;2级为植株1/4~1/2叶片表现萎蔫症状;3级为植株1/2以上叶片表现萎蔫症状;4级为全株萎蔫死亡。病情指数=[∑(病级株数×代表数值)/(株数总和×发病最重级的代表数值)]×100。防病效果(%)=[(对照病情指数-处理病情指数)/对照病情指数]×100。
  1.2.4番茄生物量指标的测定番茄株高采用卷尺测量从茎基部至最顶端的长度;植株鲜重采用直接称量法;干重采用烘干法,先105℃杀青0.5h,然后65℃烘干至恒重。
  1.2.5土壤微生物功能多样性分析采用BIOLOG -ECO微平板研究接种微生物菌剂X-4对土壤微生物多样性的影响。分别取移栽0、6、12、18、24、30、36 d的番茄盆栽土壤进行分析,具体方法参照文献[10]。AWCD(Average well color development)计算方法如下:AWCD=[∑(C-R)]/31,其中C指各反应孔在590nm下测定的吸光值(OD590nm),R是对照孔的吸光值。
  1.2.6数据分析数据采用SAS 9.0进行统计分析。
  2结果与分析
  2.1菌株X-4在土壤中的定殖动态
  接种微生物菌剂后,分别于不同时间测定盆栽土壤中X-4的数量(图1)。从图1可以看出,不同接种水平时土壤中X-4基本呈现相似的变化规律,表现为先升后降,12 d时达到比较高的定殖水平,数量为1.69×107~1.90×107CFU/(g土),并且一直维持比较高的定殖水平至27 d左右,菌株X-4在土壤中的定殖高峰可维持10~15 d。
  2.2接种X-4对土壤中青枯菌数量的影响
  分别在接种X-4后0、6、12、18、24、30、36 d测定土壤中的青枯菌数量(图2)。从图2可以看到,青枯菌数量在接种后的几天时间里有短暂的增加,这与番茄苗移栽后引起根际分泌物增加和接种菌剂中含有一定的营养物质有关,但随后很快下降。对照土壤中青枯菌数量基本维持在一个比较稳定的水平,而X-4处理的土壤病菌数量则呈现下降趋势,到30 d时降到最低水平,T1、T2处理分别比对照降低81.1%和90.1%,至36 d后青枯菌数量略有回升,这与此时土壤中拮抗菌数量下降、抑制力减弱有关。从图2还可看出,接种量大的处理T2青枯菌数量下降趋势更明显,方差分析结果表明,自第12天起,接种X-4的处理其青枯菌数量与对照相比差异均达显著水平,接种拮抗菌能有效降低盆栽土壤中病原菌数量。
  2.3接种X-4对番茄青枯病的防治效果
  从番茄栽培开始至55 d后收获,连续调查其发病率和病情指数,分别统计了35、45、55 d的相关数据(表2),从表2中结果可以看到,35 d时接种清水的处理已经有青枯病发生,而接种拮抗菌X-4的处理其发生青枯病时间要晚于对照;从调查结果看,接种X-4的抑病效果呈降低趋势,到55 d时T1和T2的抑病效果分别为30.6%和57.2%;从病情指数看,与对照相比,接种X-4的处理45、55 d时均达到显著水平。从表2结果还可看到, 加大接种量有利于提高防病效果,T2在45 d和55 d的防效分别为83.3%和57.2%,明显高于T1,可以得出,接种量是影响防病效果的因素之一。结合图1结果,接种24 d枯草芽孢杆菌X-4定殖达到高峰,说明此阶段是抑病力最强点,随着时间的延长,抑病效果会随X-4数量减少而逐渐减弱,接种45 d的防病效果要好于55 d就证明了这一点。
  2.4接种X-4对番茄生物量的影响
  番茄栽培55 d后收获,分别调查其株高、鲜重、干重等生物量指标。结果发现,接种枯草芽孢杆菌X-4可以促进植株生长,表现为株高、单株鲜重、总鲜重增加,同时单株干重也有一定程度的增加,总干重增加较多,T1、T2分别增加16.00%和11.55%。此外,接种拮抗菌X-4还能促进结果,接种处理其单株结果数量均高于对照,每株分别多1.9和1.5个。试验结果表明,菌株X-4不仅具有对病菌的抑制作用,而且还具有较好的促生效果,其防效明显与抑菌及促生效果有关。
  2.5接种X-4对土壤微生物功能多样性的影响
  图3显示,接种微生物菌剂X-4后不同处理的土壤AWCD除在12 d比对照有明显的提升和24 d时T2亦高于对照外,其余时段CK与T1、T2差异不大,基本呈现相似的变化规律,即先下降、18 d左右时(T2)、24 d左右时(CK、T1)又开始回升,说明接种X-4对土壤微生物多样性无不利影响。至于试验中不同时间的AWCD表现出先降后升的变化规律,可能与当时试验的环境条件变化有关系,试验过程中经历了一个低温期,而低温影响土壤微生物的代谢活性,导致AWCD下降,研究表明,在一定范围内土壤湿度、温度等是影响土壤微生物活性和多样性的重要因素[11,12]。
  3讨论
  研究微生物在土壤及作物体内的定殖是揭示其发挥促生或抗病作用的基础,以前曾有过许多相关研究[13-15],这些文献重点研究了引入微生物在作物根际和体内的定殖效果和规律、影响定殖的因素以及对植物病害的防效等方面,而研究接种拮抗菌与致病菌在土壤中的动态变化关系方面鲜有报道。研究通过gfp标记方法跟踪了枯草芽孢杆菌X-4在土壤中的动态变化,并测定了病菌数量相应变化数据,显示了两者此消彼长的密切联系及对番茄青枯病的影响,研究结果表明,接种X-4与病菌数量、病情指数间确实有内在联系。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文   3.1菌株X-4与病菌的消长关系对青枯病的影响
  研究结果显示,在番茄生长期中枯草芽孢杆菌X-4的定殖曲线为一非对称抛物线,前期缓慢升高,24 d达到高峰后急剧下降,且降幅很大,6 d后跌至低点,中期以24 d为最高点,由于下降快,下降后维持在较高水平的时间估计为3 d,故中期菌量高峰维持时间为12~27 d左右,菌株X-4的这一动态变化与病菌呈现明显的此消彼长关系。由于受到高量X-4的压制,T1、T2处理土壤青枯菌数量在12~30 d时段内处于低水平且呈现下降的趋势,而CK由于没有X-4的压制作用,病菌数量处于高水平并且还有上升趋势。这期间高数量病菌开始侵染番茄植株,35 d开始表现发病症状,而T1、T2处理由于病菌数量低,尚无发病,直至45 d时才表现出较轻的发病症状。这表明X-4与病菌的强弱消长对番茄青枯病发生有密切关系,通过施肥调控拮抗菌X-4与病菌的消长对青枯病防治有重要影响。
  3.2菌株X-4动态曲线与施肥防病技术策略
  土壤中枯草芽孢杆菌X-4与青枯菌的动态变化显示二者存在密切的消长关系,并影响青枯病发生的迟早与轻重。拮抗菌X-4定殖高峰维持的时间长有利于防病。菌株X-4的动态变化曲线对于如何制定施肥防病的技术策略有重要参考价值。T1、T2处理X-4数量在达到高峰后迅速下降,对病菌的抑制随之减弱,因而30 d后病菌数量回升,番茄感染后于45 d时表现出症状。如果能够在番茄生长期将X-4数量维持在较高水平和较长时期,从而保持对病菌的有效抑制力,将有助于进一步推迟发病及减轻病情指数,甚至不发病。试验中T1、T2处理拮抗菌X-4与病菌消长变化关系对施用策略很有启发,研究显示,T1、T2处理中X-4的变化曲线大致一样,接种量高的处理T2峰值虽然高于T1,但同样急剧下降,在6 d内降至低点,与T1一样,这说明大幅增加菌剂用量,对延长其高峰期或减缓其衰减幅度作用甚少,宜分次施肥。试验表明,拮抗菌X-4缓慢上升期为12 d,经过12 d后才能上升到高峰值,因此需要在X-4菌量下降至低水平(临界水平)前12 d左右再次施用,可维持长时间的定殖高峰,如在20 d左右施第二次,则有可能在30 d时形成第二个抛物线增殖峰,而保持对病菌的有效压制,这样更有利于防病。谭兆赞等[16]研究也表明采用分两次接种处理的堆肥比一次接种防病效果好。
  3.3菌株X-4防病效果的综合分析
  菌株X-4的防病效果除了对青枯菌的压制作用外,还与其促生作用有关。试验表明,接种X-4对番茄有一定的促进生长效果,其株高、鲜重、干重等生物量指标均优于对照,X-4定殖的防病效果是抑制病菌与促生长两方面作用的总和。提高土壤微生物多样性有利于防治番茄青枯病[16],平均每孔颜色变化值(AWCD)是反映土壤中微生物功能多样性的一个重要指标[17],其大小与微生物功能多样性密切相关,AWCD高有利于维持土壤微生物多样性水平因而有利于防病。试验表明,X-4定殖对土壤微生物AWCD没有不利影响,而且在某一时段还略有提升。因此,从抑制病菌、促进番茄生长和土壤微生物多样性方面来分析,菌株X-4都有作用,其防病效果是这几个因素的综合反映。
  参考文献:
  [1] VESSEY J K. Plant growth promoting rhizobacteria as bio-fertilizers[J]. Plant and Soil, 2003,255:571-586.
  [2] 李俊,沈德龙,姜昕. 我国微生物肥料行业的现状与发展对策[J]. 农业质量与标准, 2003(3):27-29.
  [3] 夏光利,毕军,张萍,等. 新型生物有机肥(NAEF)对番茄生长及土壤活性质量效应研究[J]. 土壤通报,2007,38(3):519-522.
  [4] 谭兆赞,林捷,刘可星,等. 复合微生物菌剂对番茄青枯病和土壤微生物多样性的影响[J].华南农业大学学报,2007,28(1):45-49.
  [5] 蔡燕飞,廖宗文,章家恩,等. 生态有机肥对番茄青枯病及土壤微生物多样性的影响[J].应用生态学报,2003,14(3):349-353.
  [6] FLIEBBACHA A, EYHORN F, MADER P. “DOK” long-term farming system trial: microbial biomass, activity and diversity affected the decomposition of plant residues [A]. REES R M, CAMPELL B C. Sustainable Management of Organic Matter[C]. Wallingford: CABI Publishing, 2001.363-369.
  [7] 郭坚华,龚龙英,祈红英,等. 三个拮抗菌株对辣椒青枯病的作用机制[J]. 中国生物防治, 2003,19(1):6-10.
  [8] KELMAN A. The relationship of pathogenicity in Pseudomonas slanacearum to colony appearance on a tertrazolium medium[J]. Phytopathology,1954,64:293-295.
  [9] 方中达. 植病研究方法[M].第三版.北京: 中国农业出版社,1998.
  [10] 姚槐应,黄昌勇. 土壤微生物生态学及其实验技术[M]. 北京:科学出版社,2006.
  [11] 肖辉林,郑习健. 土壤变暖对土壤微生物活性的影响[J]. 土壤与环境,2001,10(2):138-142.
  [12] SCHUTTER M E, SANDENO J M, DICK R P. Seasonal, soil type and alternative management influences on microbial communities of vegetable cropping systems[J]. Biology and Fertility of Soils,2001,34:397-410.
  [13] 杨合同,陈凯,李纪顺,等. 重组巨大芽孢杆菌在小麦根际的定殖及对植物真菌病害的防治效果[J].山东科学,2003,16(3):12-17.
  [14] HEIJNEN C E. Population dynamics of bacteria introduced into bentonite amended soil[D]. Wageningen, the Netherlands: Wageningen Agricultural University, 1992.
  [15] KING E B, PARKE J L. Population density of the bio-control agent Burkholderia cepacia AMMDRI on four pea cultivars[J]. Soil Biol Biochem, 1996, 28: 307-312.
  [16] 谭兆赞,徐广美,刘可星,等. 不同堆肥对番茄青枯病的防病效果及土壤微生物群落功能多样性的影响[J]. 华南农业大学学报,2009,30(2):10-14.
  [17] YAN F, MCBRATNEY A B, COPELAND L. Functional substrate biodiversity of cultivated and uncultivated: A horizons of vertisols in NW New South Wales[J]. Geoderma, 2000, 96:321-343.
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