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Screening and inhibition of antagonistic endophytic bacteria isolated from soybean (Glycine max) nodules against Alternaria longipes.

烟草赤星病菌拮抗性大豆根瘤内生菌的筛选及抑制作用


以烟草赤星病菌为供试病原菌,采用对峙法、代谢液培养法对分离自大豆根瘤的内生细菌进行抑菌筛选,对筛选菌株作用的病原菌菌丝进行显微观察,研究筛选菌株细胞培养特征及生理生化特性、16S rDNA测序序列、系统发育,以及进行温室接种防病试验.结果表明: 大豆根瘤内生菌经初筛、复筛,对烟草赤星病菌抑菌率42%以上的有7株菌,分别属于芽孢杆菌属、假单胞菌属、中华根瘤菌属和寡养单胞菌属.显微观察表明,在拮抗性内生菌作用下病原菌菌丝末端出现明显畸形,呈珊瑚状分枝、球状膨大等;代谢液试验表明,内生菌对病原菌的抑制作用主要是内生菌代谢产生的胞外物质在发挥作用;对峙试验表明,芽孢杆菌可迅速形成生物薄膜,有效阻碍病原菌丝生长和延伸.盆栽防病试验表明,拮抗性内生菌处理下烟草病情指数显著低于对照,表明筛选菌株可作为烟草赤星病的生防菌株资源.

Using Alternaria longipes as tested phytopathogen, endophytic bacteria isolated from soybean nodules were selected to study antagonistic effects by confrontation and metabolic liquid culture methods. The inhibited hyphae were determined by microscopic observation, and the screened strains were characterized by cell culture, physiological and biochemical  tests, 16S rDNA sequencing, phylogenetic analysis and inoculation trials in greenhouse. The results indicated that the seven of the endophytes exerted more than 42% inhibitory effects after the first and the second screening. These strains belonged to genus Bacillus, Pseudomonas, Sinorhizobium and Stenotrophomonas, respectively. Microscopic observation showed that the affected hyphae ends of A. longipes appear deformity of coralline branch, spherical expansions and so on. Antagonistic experiments with metabolites showed that the inhibition of endophytic bacteria against pathogenic fungus played an effective role mainly by bacteria producing extracellular substances. Confrontation tests suggested that endophytic Bacillus rapidly produced biofilm to effectively hinder the growth and extension of pathogen hyphae. Inoculation experiments showed that the disease index of treatment group was significantly lowered compared with the control, suggesting it could be utilized as a biological control resource inhibiting tobacco brown spot.


全 文 :烟草赤星病菌拮抗性大豆根瘤内
生菌的筛选及抑制作用
赵龙飞∗  徐亚军  侯怡婷  邹艳慧  李亚楠  杨志华  李小雨  张梦瑶
(河南省高校植物与微生物互作重点实验室 /商丘师范学院生命科学学院, 河南商丘 476000)
摘  要  以烟草赤星病菌为供试病原菌,采用对峙法、代谢液培养法对分离自大豆根瘤的内
生细菌进行抑菌筛选,对筛选菌株作用的病原菌菌丝进行显微观察,研究筛选菌株细胞培养
特征及生理生化特性、16S rDNA测序序列、系统发育,以及进行温室接种防病试验.结果表明:
大豆根瘤内生菌经初筛、复筛,对烟草赤星病菌抑菌率 42%以上的有 7株菌,分别属于芽孢杆
菌属、假单胞菌属、中华根瘤菌属和寡养单胞菌属.显微观察表明,在拮抗性内生菌作用下病
原菌菌丝末端出现明显畸形,呈珊瑚状分枝、球状膨大等;代谢液试验表明,内生菌对病原菌
的抑制作用主要是内生菌代谢产生的胞外物质在发挥作用;对峙试验表明,芽孢杆菌可迅速
形成生物薄膜,有效阻碍病原菌丝生长和延伸.盆栽防病试验表明,拮抗性内生菌处理下烟草
病情指数显著低于对照,表明筛选菌株可作为烟草赤星病的生防菌株资源.
关键词  烟草赤星病菌; 根瘤内生菌; 16S rDNA测序; 系统发育; 生物防治
Screening and inhibition of antagonistic endophytic bacteria isolated from soybean (Glycine
max) nodules against Alternaria longipes. ZHAO Long⁃fei∗, XU Ya⁃jun, HOU Yi⁃ting, ZOU
Yan⁃hui, LI Ya⁃nan, YANG Zhi⁃hua, LI Xiao⁃yu, ZHANG Meng⁃yao (Henan Province Key Labo⁃
ratory of Plant⁃Microbe Interactions / College of Life Sciences, Shangqiu Normal University, Shangqiu
476000, Henan, China) .
Abstract: Using Alternaria longipes as tested phytopathogen, endophytic bacteria isolated from soy⁃
bean nodules were selected to study antagonistic effects by confrontation and metabolic liquid culture
methods. The inhibited hyphae were determined by microscopic observation, and the screened
strains were characterized by cell culture, physiological and biochemical tests, 16S rDNA sequen⁃
cing, phylogenetic analysis and inoculation trials in greenhouse. The results indicated that the seven
of the endophytes exerted more than 42% inhibitory effects after the first and the second screening.
These strains belonged to genus Bacillus, Pseudomonas, Sinorhizobium and Stenotrophomonas, re⁃
spectively. Microscopic observation showed that the affected hyphae ends of A. longipes appear de⁃
formity of coralline branch, spherical expansions and so on. Antagonistic experiments with metabo⁃
lites showed that the inhibition of endophytic bacteria against pathogenic fungus played an effective
role mainly by bacteria producing extracellular substances. Confrontation tests suggested that endo⁃
phytic Bacillus rapidly produced biofilm to effectively hinder the growth and extension of pathogen
hyphae. Inoculation experiments showed that the disease index of treatment group was significantly
lowered compared with the control, suggesting it could be utilized as a biological control resource
inhibiting tobacco brown spot.
Key words: Alternaria longipes; endophytic bacteria of root nodules; 16S rDNA sequencing; phy⁃
logenetic analysis; biocontrol.
本文由国家自然科学基金项目(U1204301)和河南省高校青年骨干教师项目(2012GGJS166)资助 This work was supported by the National Natural
Science Foundation of China (U1204301) and the Foundation for University Cadre Teacher of Henan Province (2012GGJS166).
2015⁃09⁃17 Received, 2016⁃02⁃10 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: hnzhaolongfei@ 163.com
应 用 生 态 学 报  2016年 5月  第 27卷  第 5期                                            http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, May 2016, 27(5): 1560-1568                  DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201605.024
    烟草赤星病是烟草栽培过程中主要病害之一,
病菌以菌丝体形式在植株上越冬,产生分生孢子并
通过气流传播、侵染,遇降雨偏多、湿度较大环境此
病害就快速蔓延、传染,造成烟草品质和产量下降,
给烟农带来重大经济损失[1] .目前,国内防治烟草赤
星病主要依赖于化学药剂,长期依赖化学药剂不仅
导致农业残留超标、病原菌产生抗性,而且会带来环
境污染、破坏生态平衡.由于烟草是我国重要经济作
物,对烟叶品质和外观都有严格要求,防治措施的改
进和提高是栽培过程面临的一项挑战,也是生物防
治在烟草上进行综合治理的发展方向.因此,研究和
开发一种环保有效的生物防治剂是微生物学、植物
保护学、生态学亟待解决的问题.
植物内生细菌是一类在其生活史某一阶段或全
部阶段生活于植物组织细胞间隙或细胞内、不引起
宿主发生明显致病性变化的一类细菌群体.它具有
定殖效果好、受环境影响小的优点,作用更稳定持
久.由于内生菌受植物组织保护、生存环境相对稳
定,内生菌对宿主发挥着重要功能,如产生植物生长
激素、抗生素、毒素类物质,提高植物抗病、抗逆能
力;产生铁载体,占据营养空间,抑制病原菌生长
等[2] .因此,利用内生细菌防治病害具有广泛的应用
潜能.目前,已报道内生细菌类群中,大多数为土壤
微生物种类,其中固氮菌属(Diazotrophicus)、芽孢杆
菌属(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、土壤杆
菌属( Agrobacterium)、泛菌属 (Pantoea)等较为常
见[3],而利用植物内生菌防治植物病害已成为生物
防治的热点.研究发现,大豆根瘤内生菌和根瘤菌共
处于根瘤微环境,二者和宿主互惠互利,具有固氮、
促生、抗逆、抗病等优点,且有易入侵、易定殖特
性[4-6] .但目前,关于大豆根瘤内生菌抑制烟草赤星
病菌的研究尚未见报道.在前期工作中,我们分离和
保藏了采自河南省部分地区的大豆根瘤内生菌样
品,分析其溶磷性、促生等特性[7],本试验进一步筛
选大豆根瘤内生菌资源来抑制烟草赤星病菌,初步
探讨其抑菌机理,该工作对抑制病害的发生、研发生
物防治剂、维持生态平衡具有重要意义.
1  材料与方法
1􀆰 1  供试菌株和培养基
烟草赤星病菌(Alternaria longipes)AA103,具较
强致病力,由西北农林科技大学生命科学学院惠赠,
根瘤内生菌分离自河南省不同地区采集的大豆
根瘤.
供试培养基为 YMA 培养基[7] 和 PDA 培养
基[8] .
1􀆰 2  大豆根瘤内生菌的分离、纯化和保藏
采用平板划线法将消毒过的大豆根瘤夹碎,挤
出汁液,涂抹在 YMA培养基表面,对单菌落经反复
划线、分离,经染色、镜检获得纯菌株.将其保藏到培
养基斜面短期保藏或甘油管保藏于 - 80 ℃ 冰
箱[9-10] .
1􀆰 3  烟草赤星病菌拮抗性内生菌的初筛
在无菌条件下将烟草赤星病菌菌饼接种于
PDA平板中央,置于恒温培养箱 30 ℃培养 2 d,在
菌饼周围距边缘 2.5 cm 处均匀地接种 5 株不同内
生菌,接菌量为 30 μL菌悬液,先置于培养箱培养 1
h后再倒置于培养箱中 30 ℃培养 3 d,以只接病原
菌不接内生菌的平板作为对照.观察并测量受抑制
病菌菌落半径和对照菌落直径大小,受抑制病菌菌
落半径为病菌菌落圆心至受抑制病菌菌落边缘间的
最短距离.每隔 24 h 测量对照和处理组菌落半径大
小,测量 3次,采用抑菌率=(对照菌落直径-处理菌
落直径) /对照菌落直径×100%计算抑制率[10] .
1􀆰 4  烟草赤星病菌拮抗性内生菌的复筛
复筛方法与初筛基本类似,差别在于:病原菌培
养 2 d后,把内生菌制成的菌悬液调整 OD600值为
0􀆰 8~ 1,用移液器吸取 30 μL 菌悬液接种于菌饼边
缘,每个菌饼边缘接 3株同种内生菌,在培养箱中培
养 1 h后于 30 ℃下倒置培养,每天观察并记录受抑
制病菌菌落直径和对照菌落直径大小,计算抑菌率.
以接种等量无菌水的病原真菌菌落作为对照,每处
理 3次重复.
1􀆰 5  拮抗菌株代谢液的抑菌活性测定
取 1 mL活化的抑菌活性菌株接种到装有 200
mL YM液体培养基的锥形瓶中,30 ℃ 120 r·min-1
恒温震荡培养 7 d 后,8000 r·min-1离心 10 min 后
收集上清,在无菌条件使用 0.22 μm 细菌微孔滤膜
过滤上清液除菌,滤液用于代谢产物活性测定.取 10
mL滤液与 150 mL灭菌冷却至 60 ℃的 PDA培养基
混合均匀制成平板,以添加等量无菌水代替滤液的
平板作为对照,将直径为 0.5 cm生长旺盛的植物病
原菌菌饼接种在平板上.每处理 3 次重复,置于 30
℃恒温培养 5 d,测量处理和对照菌落直径,计算抑
菌率.
1􀆰 6  受抑制病原菌菌丝的显微观察
培养 48 h 后把复筛受抑制病原菌菌落置于倒
置显微镜的载物台上,观察受抑制病原菌菌丝和对
16515期                      赵龙飞等: 烟草赤星病菌拮抗性大豆根瘤内生菌的筛选及抑制作用         
照菌丝间形态变化,拍照并记录观察结果.
1􀆰 7  筛选菌株的培养特征及生理生化测试
对筛选拮抗性菌株进行菌落、细胞以及生理生
化等表型特征测定,方法参见文献[11].
1􀆰 8  16S rDNA 序列测定及系统发育分析
采用 CTAB法提取内生菌基因组 DNA,以基因
组 DNA为模板,进行 16S rDNA扩增[3],所用正向引
物 P1: 5′⁃CGGGATCCAGAGTTTGATCCTGGCTCAG⁃
AACGAACGCT⁃3′,反向引物 P2: 5′⁃CGGGATCCT⁃
ACGGCTACCTTGTTACGACTTCACCCC⁃3′,分别对应
大肠杆菌(Escherichia coli) 16S rRNA 基因序列上
8~37和 1479 ~ 1506 bp 位置,目的片段大小约 1500
bp,获得序列提交 GenBank.使用 ClustalX 1􀆰 81 软件
进行序列比对,Bioedit 4. 8. 4 进行手工纠正,使用
TRENCONW软件以 Neighbor⁃joining 方法构建系统
发育树,用 Bootstrap 重复 1000 次进行可信度评估.
用 DNAMAN 6.0进行序列相似性分析.
1􀆰 9  接种内生细菌对烟草赤星病的防治效果试验
烟草长至第 12片真叶展开后,活化筛选菌株后
制成菌悬液(浓度 6×108 cfu·mL-1),喷洒在烟苗
上,以叶面布满雾点为宜.每菌株重复 3 次,每重复
处理 5 株烟苗,置于 25 ℃保湿培养.24 h 后悬滴法
接种,病菌 AA103 孢子含量为 1×106 个·mL-1的
悬液.每株接种在第 4片真叶到倒数第 4 片真叶上,
每叶接种 10滴,每滴 30 μL,置于 25 ~ 28 ℃保湿培
养 7 d.用无菌水代替内生菌悬液接种的苗子为对照
组(CK).严重程度分级标准如下:0级,无病症,不致
病,叶色油绿;1级,病斑有针尖大小,0 ~ 0.5 mm,叶
色绿色,病斑微泛黄;2 级,病斑直径 0.5 ~ 2 mm,叶
色黄绿,有褐色小斑;3 级,病斑直径 2 ~ 5 mm,叶色
泛黄色褐斑明显;4级,病斑直径 5 mm以上,叶色局
部黄色发白,病斑周围枯死.病情指数 =∑(该级叶
数×病害等级) / (调查叶数×最严重等级) ×100;防
治效果=[(对照病情指数-处理病情指数) /对照病
情指数]×100%.7 d 后统计各菌株的叶片接种点发
病率、发病严重度和病情指数.
利用 SPSS 17. 0 软件对数据进行统计分析.采
用双因素随机方差分析(two⁃way ANOVA)和最小显
著差数法(LSD)分析菌落直径和对照菌落直径对抑
菌率的影响,显著性水平设定为 α= 0.05.
2  结果与分析
2􀆰 1  拮抗性大豆根瘤内生菌的初筛
共获得 276株内生细菌,经初筛对烟草赤星病
菌有抑制作用的内生菌共 54 株,其中抑菌率大于
30%有 23株(表 1),占分离菌株 8.3%.其中,对烟草
赤星病菌抑制率最大者为菌株 DD174(57.3%);其
次为 DD179,抑菌率为 50.0%;抑制率最小菌株为
DD168(30.5%).可见,不同大豆根瘤内生菌对烟草
赤星病菌抑制效果不同.
2􀆰 2  对烟草赤星抑制作用大豆根瘤内生菌的复筛
对初筛获得的 23 株有抑制作用的根瘤内生菌
进行复筛,其中抑菌现象仍较明显的有 7 株.由表 2
可知,大豆根瘤内生菌对烟草赤星病原菌抑菌率
(72 h)均达到 42%以上,其中对病原菌抑制率最大
的菌株为 DD174,抑菌率为 62.3%.抑制率最小菌株
为 DD007,其抑菌率为 42.3%.统计分析表明,菌株
间对病原菌的抑菌率呈显著差异.复筛与初筛结果
基本一致,印证了不同大豆根瘤内生菌对烟草赤星
病原菌抑制作用存在差异性,且培养 72 h 抑菌效果
较好.
在复筛过程中,菌株 DD174、DD179 对病原菌
的抑制情况如图 1所示.随时间的延长,对照组烟草
赤星病原菌菌落逐渐变大,且菌落圆整(图 1A);但
处理组烟草赤星病原菌落变化不明显,并在病原菌
菌落周围的培养基表面形成一层湿润菌膜(包含次
生代谢产物)(图 1B、C箭头所示),对烟草赤星病菌
产生抑制作用.
2􀆰 3  拮抗菌株代谢液活性
根据平板复筛结果,对复筛菌株进行内生菌代
表 1  内生菌对烟草赤星病原菌的抑制作用初筛结果
Table 1  First screening results of inhibitory effect of endo⁃
phytic bacteria against Alternaria longipes AA103 ( 72 h,
mean±SD)
菌株
Strain
菌落直径
Colony
diameter
(cm)
抑菌率
Inhibition
rate
(%)
菌株
Strain
菌落直径
Colony
diameter
(cm)
抑菌率
Inhibition
rate
(%)
CK 2.62±0.01 - DD012 1.61±0.01 38.6±0.0f
DD174 1.12±0.01 57.3±0.0a DD230 1.63±0.01 37.8±0.2f
DD179 1.31±0.02 50.0±0.9b DD254 1.63±0.01 37.8±0.1f
DD201 1.32±0.01 49.6±0.1b DD255 1.64±0.01 37.4±0.0f
DD029 1.34±0.01 48.9±0.8c DD176 1.73±0.01 34.0±0.1f
DD052 1.36±0.01 48.1±0.4c DD295 1.73±0.01 34.0±0.1g
DD166 1.43±0.01 45.4±0.4d DD297 1.73±0.01 34.0±0.1g
DD007 1.49±0.02 42.1±0.8e DD253 1.77±0.01 32.4±0.1g
DD252 1.52±0.01 42.0±1.8e DD011 1.77±0.01 32.4±0.1g
DD170 1.61±0.01 38.6±0.1f DD234 1.81±0.01 30.9±0.1gh
DD307 1.61±0.01 38.6±0.8f DD056 1.82±0.02 30.5±0.1h
DD309 1.61±0.01 38.6±0.3f DD168 1.82±0.01 30.5±0.1h
CK: 对照 Control. 同列数据不同字母表示差异显著(P<0.05)Diffe⁃
rent small letters in the same column meant significant difference at 0.05
level. 下同 The same below.
2651                                     应  用  生  态  学  报                                      27卷
表 2  大豆根瘤内生菌对烟草赤星的抑制作用复筛结果
Table 2  Second screening results of inhibitory effect of endophytic bacteria against Alternaria longipes AA103
菌株
Strain
24 h菌落直径
Colony diameter
at 24 h (cm)
24 h抑菌率
Inhibition rate
at 24 h (%)
48 h菌落直径
Colony diameter
at 48 h (cm)
48 h抑菌率
Inhibition rate
at 48 h (%)
72 h菌落直径
Colony diameter
at 72 h (cm)
72 h抑菌率
Inhibition rate
at 72 h (%)
CK 3.51±0.02 - 4.88±0.01 - 6.12±0.01 -
DD174 2.61±0.03 25.6±0.02a 3.44±0.01 29.5±0.03a 2.31±0.02 62.3±0.01a
DD179 2.74±0.01 35.3±0.01b 2.43±0.02 50.2±0.01b 2.45±0.01 60.0±0.01b
DD201 2.84±0.01 19.1±0.03c 2.86±0.01 41.4±0.01c 2.62±0.01 57.2±0.01c
DD029 2.84±0.03 19.1±0.03d 2.91±0.03 40.4±0.01d 2.78±0.02 54.6±0.02d
DD052 2.27±0.02 21.9±0.01e 2.92±0.01 40.2±0.01e 3.26±0.02 46.7±0.01e
DD166 2.86±0.01 18.5±0.01f 2.91±0.02 40.4±0.01d 3.45±0.02 43.6±0.01f
DD007 3.01±0.02 14.3±0.02g 3.18±0.01 34.8±0.02f 3.53±0.02 42.3±0.01g
图 1  内生菌对烟草赤星病菌的拮抗作用(培养 72 h)
Fig.1  Inhibition effect of endophytic bacteria against Alternaria longipes AA103 after inoculation 72 hours.
A: 对照 CK; B: DD174; C: DD179. 下同 The same below.
谢液抑制病原菌活性测定试验.从表 3 可以看出,使
用代谢液处理培养基上病原菌 24 h 最大抑制率达
37.2%,其他菌株在 22.2%以上;培养 48 h 时最大抑
菌率为 61.5%,其他菌株在 34.0%以上.培养 72 h 最
大抑菌率为 62.6%,其他菌株在 41.3%以上.菌株代
谢液间对病原菌的抑菌率呈显著差异.表明内生菌
代谢液对病原菌是逐步发挥抑菌作用的,在接种 72
h的抑制效果较好.和复筛抑制率的结果基本一致,
进一步说明内生菌对病原菌抑制作用主要是菌体代
谢产生的胞外产物在发挥作用.
2􀆰 4  受抑制病原菌菌丝的显微观察
观察可知,对照病原菌菌丝粗细均匀,颜色一致
(图 2A).在 DD174作用下,病原菌菌丝成为结节状
(图 2Ba),菌丝末端逐渐变细,且其上有斑点,有菌
丝弯曲(图 2Bb、c),并相互缠绕(图 2Bd);DD179作
用下菌丝变得畸形,分支多且短,呈毛发状,且菌丝
透明状(图 2Ce);DD201 作用菌丝,多形成瘤状结
(图2Df),菌丝畸形(图2Dg),有菌丝相互缠绕(图
表 3  复筛菌株代谢液对烟草赤星病菌 AA103的拮抗作用
Table 3  Inhibitory effect of second screened endophytic bacteria against Alternaria longipes AA103
菌株
Strain
菌落直径
Colony diameter
(cm)
24 h抑菌率
Inhibition rate
at 24 h (%)
菌落直径
Colony diameter
(cm)
48 h抑菌率
Inhibition rate
at 48 h (%)
菌落直径
Colony diameter
(cm)
72 h抑菌率
Inhibition rate
at 72 h (%)
CK 3.60±0.03 - 5.20±0.01 - 6.10±0.02 -
DD174 2.26±0.01 37.2±0.01a 2.00±0.01 61.5±0.01a 2.28±0.01 62.6±0.01a
DD179 2.27±0.01 36.9±0.01b 2.58±0.01 50.4±0.01b 2.37±0.01 61.2±0.01b
DD201 2.54±0.01 29.4±0.01c 3.01±0.02 42.1±0.01c 2.64±0.01 56.7±0.01c
DD029 2.68±0.01 25.6±0.01d 3.07±0.01 41.0±0.01d 2.83±0.01 53.6±0.01d
DD052 2.73±0.01 24.2±0.01e 3.23±0.01 37.9±0.01e 3.17±0.01 48.0±0.01e
DD166 2.68±0.01 25.6±0.01d 3.30±0.01 36.5±0.01f 3.33±0.01 45.4±0.02f
DD007 2.80±0.01 22.2±0.01f 3.43±0.01 34.0±0.01g 3.58±0.01 41.3±0.01g
36515期                      赵龙飞等: 烟草赤星病菌拮抗性大豆根瘤内生菌的筛选及抑制作用         
图 2  受抑制作用病原菌菌丝显微变化
Fig.2  Microscopic photography of inhibited hyphae of Alterna⁃
ria longipes (72 h, ×200).
D: DD201.
Dh),菌丝末端变得透明,形成球状膨大(Di).
2􀆰 5  筛选菌株的培养特征及生理生化特性
筛选菌株经 72 h培养,菌落及菌体特征见图 3、
表 4.菌落多呈乳白色、湿润,其中 DD029、DD052、
DD166菌落较湿润.理化特性试验结果表明(表 4),
7株菌对接触酶、VP 试验、D⁃葡萄糖产酸反应、肉汤
反应结果均为阳性;L⁃阿拉伯糖产酸只有 DD052 反
应阳性;D⁃甘露醇除 DD174、DD007 外其余菌株反
应均为阳性;木糖试验只有 DD174、DD179、DD007
为阴性,淀粉酶反应 DD201、DD029、DD007 均为阴
性 ,苯丙氨酸脱氨酶反应只有DD052为阳性,卵黄
磷脂酶、酪氨酸水解 DD201、DD029、DD052 均为阴
性反应,硝酸还原酶除 DD201、DD029 外均为阳性
反应,酪素分解除 DD052 外其余均为阳性,柠檬酸
盐利用 DD201、DD029 为阴性.菌体均成杆状,大小
为(0.6 ~ 1.0) ×(1.5 ~ 5.0) μm.经革兰氏染色,除
DD052外其余均为革兰氏阳性,二分裂繁殖方式.菌
体 DD174、DD179、DD007 有芽孢.结合菌体培养特
征和生理生化反应特性,DD029、DD201 符合假单胞
菌属 Pseudomonas 特征,DD174、DD179、DD007 符合
芽孢杆菌属 Bacillus 特征,DD052 和 DD166 分别
符合中华根瘤菌属 Sinorhizobium、寡养单胞菌属
Stenotrophomonas特征.
2􀆰 6  16S rDNA序列测定及系统发育分析
获得 7 株菌的 16S rDNA 序列,片段大小均
1500 bp,获得序列号为 KT216615 ~ KT216620、
KF843717.在 NCBI 数据库中搜索与其具有较高相
似性的参比菌株,构建系统发育树(图 3)和进行序
列相似性分析.由图 4 可知,系统发育树整体分为 4
个主分支和一个边缘支(大肠杆菌 Escherichia coli
U5 / 41T),4个主分支分布 4属,即芽孢杆菌属 Bacil⁃
lus、中华根瘤菌属 Sinorhizobium、寡养单胞菌属
Stenotrophomonas 和假单胞菌属 Pseudomonas.菌株
DD007、DD174、DD179 和模式株形成了分支Ⅰ,其
中菌株 DD007 与死谷芽孢杆菌 Bacillus vallismortis
DSM 11031T(AB021198)位于同一系统发育分支上,
二者具有最大相似率,达 100%;DD174 与模式菌株
海洋沉淀芽孢杆菌 Bacillus oceanisediminis H2T
(GQ292772)具有最大相似率(99.6%);DD179与模
图 3  筛选菌株菌落形态及菌体显微照片
Fig.3  Colony morphology and microscopic photography of screened strains.
4651                                     应  用  生  态  学  报                                      27卷
表 4  筛选菌株的理化特性
Table 4  Physiological and biochemical characteristics of screened strains
项目 Item DD174 DD179 DD201 DD029 DD052 DD166 DD007
接触酶 Catalase test + + + + + + +
V⁃P 试验 V⁃P test + + + + + + +
D⁃葡萄糖产酸 D⁃glucose acid yield + + + + + + +
L⁃阿拉伯糖产酸 L⁃Arab sugar acid yield - - - - + - -
D⁃甘露醇 D⁃mannitol - + + + + + -
木糖 Xylose - - + + + + -
肉汤 Broth (pH 5.0) + + + + + + +
淀粉酶 Amylase + + - - + + -
苯丙氨酸脱氨酶 Phenylalaninedeaminase - - - - + - -
卵黄磷脂酶 Lecithinase + + - - - + +
硝酸还原酶 Nitrate reductase + + - - + + +
酪素分解 Casein decomposition + + + + - + +
柠檬酸盐利用 Citrate utilization + + - - + + +
酪氨酸水解 Tyrosine hydrolysate + + - - - + +
菌体形状 Strain morphology 杆状 Rod 杆状 Rod 杆状 Rod 杆状 Rod 杆状 Rod 杆状 Rod 杆状 Rod
菌体大小
Strain size (μm)
1.0×
(3.0~4.0)
1.0×
(2.0~3.0)
1.0×
(2.0~5.0)
0.6×
(2.0~5.0)
(0.8~1.0)×
(2.0~3.0)
1.0×
(2.0~4.0)
1.0×
(1.5~3.0)
革兰氏染色 Gram stain G+ G+ G+ G+ G- G+ G+
芽孢有无 Spore forming + + - - - - +
+: 阳性 Positive; -: 阴性 Negative.
式菌株苏云金芽孢杆菌 B. thuringiensis ATCC10792T
(AF290545)具有最大相似率,达 99.9%.结合菌体培
养特征、生理生化特性及系统发育地位,菌株
DD007、DD174、DD179分别最相似于 B. vallismortis、
B. oceanisediminis、 B. thuringiensis.菌株 DD052 和
模式株形成了分支Ⅱ ,其中 DD052 和模式菌株
费氏中华根瘤菌 Sinorhizobium fredii USDA 205T
(D14516)位于同一系统发育分支上,二者具有最大
相似率,达 100%,结合菌体培养特征、生理生化特
性及系统发育地位,菌株 DD052 最相似于 S. fredii.
菌株 DD166和模式菌株形成分支Ⅲ,其中 DD166和
模式菌株嗜麦芽寡养单胞菌 Stenotrophomonas malto⁃
philia LMG958T(X95923)位于同一分支上,二者具
有最大相似率,达 99.4%,结合菌体培养特征、生理
生化特性及系统发育地位,菌株 DD166 最相似于 S.
maltophilia.菌株 DD029、DD201 和模式株形成了分
支Ⅳ,其中 DD029 和模式菌株蒙氏假单胞菌 Pseudo⁃
monas monteilii CIP 104833T(AF064458)位于同一分
支上,二者具有最大相似率,达 99.4%;DD201 与模
式菌株台湾假单胞菌 Pseudomonas taiwanensis IAM
1568T(D84004)位于同一分支上,二者具有最大相
似率,达 99.3%.结合菌体培养特征、生理生化特性
及系统发育地位,菌株 DD029、DD201 分别初步最
相似于 P. monteilii、P. taiwanensis.
2􀆰 7  接种拮抗性内生菌对烟草幼苗的控病效果
盆栽试验表明,7 d时对照组出现明显病状(图
5),叶色大面积发黄,叶片表面出现不规则突起,且
有赤星病斑出现,大部分病斑大小在 2~4 mm,发病
率为 88.3%.而内生菌处理组,只有部分叶片的接种
点变黄,整片仍然为绿色,发病程度相对较轻.由表 5
可知,菌株 DD174和 DD179处理的植株整体上发病
率和病情指数均降低,植株发病率均小于 30%,防
治效果均在 70%以上.另外,DD174处理植株叶片呈
绿色,病斑大小在 0.5 mm以下,病斑面积不再扩大,
生长趋向正常;DD007 处理植株部分叶片局部感病
处黄色发白,病斑处出现枯死.而对照组叶片大部分
大面积泛黄,病斑面积扩大,病斑处呈褐色,植株生
长受到严重影响.整体上,拮抗性内生菌菌株处理组
的病情指数和防治效果与对照相比差异显著,可作
表 5  拮抗内生菌在烟草幼苗上对赤星病的防治效果
Table 5  Control effect of antagonistic endophyic bacteria
against tobacco brow spot (mean±SD)
菌株
Strain
发病率
Incidence
(%)
病情指数
Disease
index
防治效果
Control effect
(%)
CK 88.3±0.01A 62.8±0.01A -
DD174 27.7±0.01B 16.3±0.01B 74.1±0.01A
DD179 29.0±0.01C 18.3±0.01C 70.9±0.01B
DD201 30.2±0.01D 19.8±0.01D 68.4±0.01C
DD029 34.7±0.02E 21.9±0.01E 65.1±0.01D
DD052 35.9±0.01F 22.6±0.01F 64.0±0.02E
DD166 39.7±0.01G 24.7±0.01G 60.7±0.01F
DD007 39.2±0.02G 24.8±0.01H 60.6±0.01G
同列不同大写字母表示差异显著(P<0.01) Different capital letters in
the same column showed significant difference at 0.01 level.
56515期                      赵龙飞等: 烟草赤星病菌拮抗性大豆根瘤内生菌的筛选及抑制作用         
图 4  筛选菌株的 16S rDNA序列的系统发育树
Fig.4  Phylogenetic tree of selected strains based on 16S rDNA
sequences.
Ⅰ: 芽孢杆菌属 Bacillus; Ⅱ: 中华根瘤菌属 Sinorhizobium; Ⅲ: 寡养
单胞菌属 Stenotrophomonas; Ⅳ: 假单胞菌属 Pseudomonas.
图 5  拮抗性菌株悬液对烟草赤星的病防治效果
Fig.5  Control effect of antagonistic strains suspension against
tobacco brow spot.
为烟草赤星的生防菌株资源.
3  讨    论
利用微生物间的拮抗作用防治植物病害国内已
有较多研究[8,12-14] .但从豆科根瘤特殊微环境筛选
拮抗性菌株还较为少见.这一研究将为烟草赤星病
防治提供新的思路.本研究从大豆根瘤中分离 276
株菌,经复筛和代谢液验证,筛选出 7株对烟草赤星
病菌有较强抑制作用的菌株,其中 DD174 抑菌率最
高,达 62. 3%.但 DD007 对烟草赤星的抑制率为
41.0%,说明不同根瘤内生菌对病原菌抑制率不同,
这可能与大豆根瘤内生菌生长所处环境有关[6],如
土壤盐碱性等,这些因素都可能通过影响内生菌生
长代谢而影响对病原菌的抑制作用.也与大豆根瘤
生长时期有关,如处于代谢旺盛期的根瘤,其产生的
次生代谢产物相对较多,会影响内生菌的代谢物对
病原菌的抑制作用[15] .试验证明,大豆根瘤部分内
生菌对烟草赤星病菌有显著抑制作用.显微观察发
现,菌株 DD174和 DD179对烟草赤星菌具有较强的
抑制效果,复筛平板试验表明,内生菌生长速度快,
在培养基表面快速形成生物薄膜,占据营养空间,可
能导致病原真菌因缺乏营养而使菌丝生长受抑制.
代谢液活性试验表明,在培养过程中内生菌产生了
胞外代谢物质[16],无菌滤液培养基有效阻碍了病原
菌菌丝的正常生长和发育,从而抑制病原真菌的蔓
延和传染,具体的代谢产物有待进一步生化分析.易
龙等[17]研究发现,内生菌 Itb62 无菌滤液对赤星病
菌丝生长和孢子萌发有很强的抑制作用.镜检发现,
菌丝形态受到明显影响,菌丝膨大呈结节状,成畸形
菌丝,并且破裂、消解.在温室中进行盆栽防病试验,
防治效果为 52.3%~75.8%[18] .而本研究盆栽防治效
果最高的是菌株 DD174(达 74.1%),其余 6 株防治
效果均在 60.6%以上.
芽孢杆菌属(Bacillus)是被最普遍报道的植物
生长促生根际细菌(PGPR),芽孢杆菌能够产生次
生代谢产物(如多肽类物质、多种胞外水解酶和抗
菌物质),对植物病原菌具有较强抑菌活性[19-20] .本
试验中筛选的 DD007、DD174、DD179 均属于芽孢杆
菌属,可在逆境中产生特殊休眠结构芽孢,有助于该
类细菌在高温、盐碱和干旱等不良条件环境中长期
存在,待条件适宜时芽孢快速萌发并分裂形成大量
个体,成为优势种群,发挥生防作用.筛选菌株
DD174室内盆栽防治效果为 74.1%.易龙等[21]、王
静等[22]从烟草叶片分离出内生菌 Ata28(枯草芽孢
6651                                     应  用  生  态  学  报                                      27卷
杆菌),盆栽试验控病防治效果为 75.2%;短小芽孢
杆菌 AR03的无菌滤液能有效抑制赤星病菌菌丝生
长,菌丝隔间变短、肿胀且集结成团,内含物聚集,菌
丝顶端生长膨大畸形,减少孢子萌发或产生畸形芽
管,具备开发生防资源的潜质.假单胞菌属(Pseudo⁃
monas)是植物内生菌的重要类群,具有营养需求简
单、繁殖快、竞争定殖力强等特点.多数具有拮抗或
促生作用,它的生防作用一直是研究的热点[14] .本
试验筛选出的 DD029和 DD201属于假单胞菌,无论
对峙平板培养或是代谢液处理对烟草赤星病菌均表
现出较强的抑菌效果.李洪林[23]研究发现,用荧光
假单胞菌 Pseudomonas fluorescens PF7⁃5发酵滤液处
理后,烟草赤星病菌菌丝的生长发育受到明显抑制,
菌丝粗细不均,部分菌丝壁溃解,细胞质浓缩,菌丝
扭曲变形,同时烟草赤星病病菌孢子萌发受到抑制.
显微分析表明,内生菌 Pseudomonas P2 作用于病原
菌主要表现为诱导其细胞壁加厚、原生质囊泡和真
菌菌丝分支浓缩[24] .主要机理是内生菌产生抗真菌
挥发性活性化合物(二甲基二硫醚和二甲基三硫
醚),可抑制菌丝,同时也产生蛋白酶和铁载体.
综上所述,经大豆根瘤内生细菌初筛、复筛,对
烟草赤星病菌抑菌效果>42%的有 7株内生菌,代谢
液对病原菌抑制作用主要是内生菌代谢产生的胞外
物质在发挥作用.结合菌株培养特征和 16S rDNA序
列鉴定,筛选菌株属于 4属 7种,表现出拮抗性大豆
根瘤内生菌的种属多样性.显微观察表明,烟草赤星
病菌受抑制作用菌丝生长受阻,菌丝发生畸形.盆栽
防病试验表明,拮抗性内生菌的防治效果显著,可作
为烟草赤星病的生防菌株资源.
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作者简介  赵龙飞,男,1978 年生,博士, 副教授. 主要从事
植物内生菌资源研究. E⁃mail: hnzhaolongfei@ 163.com
责任编辑  肖  红
赵龙飞, 徐亚军, 侯怡婷, 等. 烟草赤星病菌拮抗性大豆根瘤内生菌的筛选及抑制作用. 应用生态学报, 2016, 27(5): 1560-
1568
Zhao L⁃F, Xu Y⁃J, Hou Y⁃T, et al. Screening and inhibition of antagonistic endophytic bacteria isolated from soybean (Glycine max)
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8651                                     应  用  生  态  学  报                                      27卷