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矮生嵩草内生细菌264AY1的鉴定及其生物功能测定



全 文 :*通讯作者,E-mail:yangcd@gsau.edu.cn
收稿日期:2015-10-19;修回日期:2015-12-04
基金项目:国家自然科学基金(31160122);草业生态系统教育
部重点实验室(甘肃农业大学)开放课题项目(CYzs-2011011)
作者简介:崔月贞(1990- ),女,甘肃天水人,主要从事植物病理
学的研究,E-mail:gsaucuiyuezhen@126.com.
DOI:10.16742/j.zgcdxb.2016-02-16
矮生嵩草内生细菌264AY1的鉴定及其生物功能测定
崔月贞,姚玉玲,杨成德*,薛 莉
(甘肃农业大学/甘肃省草业工程实验室/草业生态系统教育部重点实验室/中-美草地畜牧业
可持续发展研究中心,甘肃 兰州 730070)
摘要:为了开发利用高寒草地优势牧草的内生细菌资源,对分离自矮生嵩草(Kobresia humilis)叶片的内生细菌
264AY1进行了形态观察和16SrDNA序列鉴定,并测定了其生物功能。结果表明,菌株264AY1为革兰氏阳性菌,
菌体杆状,大小为1.637~4.128×0.614~14.869μm,结合16SrDNA基因序列同源性分析,初步鉴定为枯草芽孢杆
菌(Bacillus subtilis)。该菌对马铃薯炭疽病菌(Colletotrichumcoccodes)、马铃薯坏疽病菌(Phomafoveata)和马铃薯
枯萎病菌(Fusariumavenaceum)的抑菌率分别为81.11%、73.1%和65.46%,并且对菌丝具有致畸作用;在含有和
不含色氨酸的培养基上分泌IAA的量分别为16.05mg/L和10.75mg/L;在Pikovaskaia培养液中的有效磷增量为
5.34mg/L,且具有固氮能力。该结果表明矮生嵩草内生细菌264AY1有开发为药肥兼效的微生物制剂的潜力。
关键词:内生细菌;矮生嵩草;拮抗;鉴定
中图分类号:S812   文献标识码:A   文章编号:1673-5021(2016)02-0098-05
  植物内生细菌作为最具防病潜力与应用价值的
一类生防菌,因其具有种类多、繁殖力高、生活周期
短及易于培养等特点[1],有被研制为具有无毒无残
留,对人、畜及植物安全,不污染环境,抗药性小的微
生物制剂的潜力[2]。像芽胞杆菌(Bacillus)、假单
胞菌(Pseudomonas)、沙雷氏菌(Serratia)和节杆菌
(Arthrobacter)等在控制植物真菌性病害和促生方
面都有突出作用[3]。矮生嵩草(Kobresia humilis)
为莎草科多年生草本植物,是高寒草甸类的主要建
群种和优势种[4],植株低矮,茎叶柔软,适口性好,再
生性强,耐践踏,粗蛋白质和脂肪含量高。天祝藏族
自治县属青藏高原、黄土高原和青藏高原的交汇地
带[5]。该地区海拔较高、气温较低、日照时数较长,
由于这种特殊的生境条件,使内生细菌具有耐低温
等特性[6]。目前对于高寒草地矮生嵩草内生细菌的
相关研究较少。本试验以天祝藏族自治县东祁连山
高寒草地矮生嵩草的一株内生细菌264AY1为研究
对象,测定其生物功能并通过形态学及16SrDNA
序列同源性分析对其进行鉴定,为明确高寒草地矮
生嵩草内生细菌生物功能和系统发育地位提供依
据,并为开发药肥兼效的微生物制剂提供菌种资源。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 菌种
供试内生细菌264AY1,分离自天祝藏族自治
县东祁连山高寒草地的矮生嵩草叶片。三种供试病
原真菌为马铃薯坏疽病菌(Phomafoveata)、马铃薯
枯萎病菌(Fusarium avenaceum)和马铃薯炭疽病
菌(Colletotri chumcoccodes)。以上所有菌株均由
甘肃农业大学草地生物多样性实验室保存。
1.1.2培养基
牛肉膏蛋白胨培养基(NA);马铃薯葡萄糖培
养基(PDA);King氏培养基;阿须贝无氮培养基;
Pikovaskaia培养基(PKO)和蒙金娜培养基,配制方
法参考文献[7]。
1.2 试验方法
1.2.1 鉴定
形态特征观察:将264AY1划线接种于NA平
板,3次重复,28℃恒温培养,3d后对其进行革兰氏
染色并观察单菌落形态,在显微镜下观察菌体形态
特征并测量大小。
16SrDNA序列分析:按上海生工提供的试剂
盒提取264AY1的DNA基因组,用1%琼脂糖凝胶
电泳检测,对条带清晰的DNA提取物进行PCR扩
增[8],将PCR扩增产物送至上海生工测序,所测序
列导入GenBank数据库中,并进行BLAST同源性
对比,选取相似性较高的菌株序列,采用 Clustal
—89—
第38卷 第2期
Vol.38 No.2
         
中 国 草 地 学 报
Chinese Journal of Grassland
         
2016年3月
Mar.2016
(1.8)和 Mega(4.0)软件构建系统发育树,确定
264AY1的系统发育学地位。
1.2.2 生物功能测定
抑菌能力测定:以马铃薯炭疽病菌、马铃薯枯萎
病菌及马铃薯坏疽病菌为指示菌,采用平板对峙法
对264AY1进行拮抗能力测定。抑菌率(%)=(对
照菌落直径-受抑制菌落直径)/(对照菌落直径-
0.6)×100%。具体步骤参见文献[9]。
分泌吲哚乙酸(IAA)能力测定:采用Salkowski
比色法对菌株264AY1进行分泌IAA能力的定性
和定量测定,采用纯3-IAA制作标准曲线。具体步
骤参见文献[9]。
溶磷能力测定:根据溶磷圈直径与菌落直径的
比值即D/d值定性确定溶磷能力。将264AY1分
别点接于PKO和蒙金娜培养基平板上,D/d>1,
则该菌有溶磷能力,且比值越大,溶磷能力越强;
D/d=1,则该菌无溶磷能力。将264AY1接种于
PKO和蒙金娜培养液中,取上清液用钼锑抗比色法
测定有效磷增量[10],并测定培养液的pH值。
固氮能力测定:将264AY1在 NB培养液中培
养24h,取菌悬液100μL和200μL分别接种于阿须
贝无氮平板培养基和培养液,且分别接种无菌水为
对照,3次重复,28℃温度培养7d,观察其生长状况,
平板上有菌落,且培养液变浑浊者即为阳性[11],连
续培养3代后若仍为阳性,则表明该菌株具有较稳
定的固氮能力。
2 结果与分析
2.1 鉴定
2.1.1 形态观察
内生细菌264AY1在 NA平板上28℃恒温培
养3d,菌落大小3mm左右,近圆形,边缘不整齐,菌
落平展,乳白色,不透明,无光泽(图1-A)。革兰氏
染色呈阳性且有芽孢(图1-B),菌体呈杆状,大小为
(1.637~4.128)μm×(0.614~14.869)μm。
2.1.2 16SrDNA序列分析
提取264AY1的DNA经PCR扩增后电泳检
测得到一条约1500bp的片段。经测序其16SrD-
NA基因组有1459个bp,将其基因序列导入Gen-
Bank数据库中,获得登陆号为 KF836541.1,经
BLAST相似性比对,264AY1和Bacillus subtilis
(HM744709)、Bacillus axarquiensis(GU568196)
及Bacillus malacitensis(DQ993672)的相似性达
99%;按N-J发构建系统发育树(图2),264AY1与
Bacillus subtilis(HM744709)处于同一进化分支,
即亲缘关系最近,而其形态特征基本一致。因此,初
步鉴定264AY1为枯草芽孢杆菌(B.subtilis)。
图1 264AY1的单菌落(A)和革兰氏染色(B)
Fig.1 A single colony(A)and gram staining(B)of 264AY1
图2 264AY1的16SrDNA系统发育树
Fig.2 16SrDNA phylogenetic tree of 264AY1
2.2 生物功能测定
2.2.1 抑菌能力测定
菌株264AY1对马铃薯炭疽病菌、马铃薯坏疽
病菌及马铃薯枯萎病菌具有较好的抑制作用
(图3),根据抑菌率计算公式,其抑菌率分别为
81.11%、73.1%和65.46%。
病原真菌菌落边缘的菌丝生长缓慢,镜检发现
菌落 边 缘 的 菌 丝 中 间 或 者 顶 端 膨 大 呈 泡 状
(图4-A),横隔增多,生长端分支增多(图4-B),扭
曲、缠 绕、增 粗 (图4-C),有 明 显 的 畸 形,说 明
264XY1使病原真菌的菌丝发生了明显畸形变化,
从而抑制病原菌菌丝的正常生长。
2.1.2 分泌吲哚乙酸(IAA)能力测定
含有和不含色氨酸的培养液培养264AY1,菌悬液
加比色液后均能变红(图5),说明264AY1有分泌IAA
的能力。标准曲线 PC:y=0.042x-0.051(R2=
0.989);S2:y=0.009x+0.719(R2=0.914)。菌株
264AY1分泌IAA的量在含有色氨酸的条件下为
16.05mg/L,在不含色氨酸的条件下为10.75mg/L。
2.1.3 固氮能力测定
264AY1能在阿须贝无氮培养基上形成明显的
—99—
崔月贞 姚玉玲 杨成德等   矮生嵩草内生细菌264AY1的鉴定及其生物功能测定
书A:马铃薯炭疽病原菌对照和处理;B:马铃薯坏疽病原菌对照和处理;C:马铃薯枯萎病原菌对照和处理;下同
A:Normal and the inhibit of C.coccodes;B:Normal and the inhibit of P.foveata;
C:Normal and the inhibit of F.avenaceum;the same as below
图3 264AY1对三种病原真菌的抑制作用
Fig.3 The inhibition effect of 264AY1for 3kinds of fungus pathogens
图4 264AY1对3种病原真菌菌丝的影响
Fig.4 The influence of 264AY1against for 3kinds of hyphoae of fungus pathogens
图5 264AY1的比色反应
Fig.5 264AY1colorimetric reaction
菌落,且使试管内培养液变浑浊,经过3代连续培养
后仍能形成菌落并使培养液变浑浊,说明264AY1
具有较稳定的固氮能力。
2.1.4 溶磷能力测定
定性测定结果表明,264AY1在PKO培养基和
蒙金娜培养基上D/d值分别为1.14和1.13(图6),
说明264AY1具有溶磷能力。绘制磷溶液标准曲
线,其结果为y=0.2647x+0.201(R2=0.9669)。
在PKO 培养液中菌株264AY1的有效磷增量为
5.34mg/L,表明264AY1具有良好的溶解无机磷
作用。pH值测定结果显示,蒙金娜培养液和PKO
培养液的pH值分别为5.55和5.69,较对照分别降
低0.58和1.16。
3 讨论
据报道,在各种农作物和果树中发现的内生细
图6 菌株264AY1在蒙金娜(A)和PKO(B)上的溶磷圈
Fig.6 Phosphorus-solubilizing halo of 264AY1on
Mongina(A)and PKO(B)medium
菌已经超过130多种,其中芽孢杆菌属、假单孢菌
属、以及土壤杆菌属为最常见的属[12],本试验中高
寒草地矮生嵩草内生细菌264AY1为枯草芽孢杆
菌。近年来,针对植物内生细菌的生物防治[13]和生
物肥料功能的研究是内生细菌研究的重点方向。本
试验发现264AY1对马铃薯炭疽病菌的抑制率可高
达81.11%,对马铃薯坏疽病菌的抑制率为73.1%,
该结果高于王涵琦等[14]筛选的拮抗菌株ZHA10对
炭疽病病原菌抑制率(76.63%)及畅涛等[15]筛选的
生防 菌 ZA1 对 马 铃 薯 坏 疽 病 菌 的 抑 制 率
(71.83%),另外该菌株对马铃薯枯萎病也具有一定
抑制效果,抑制率为65.46%。因此264AY1具有
一菌多防的潜力。生防细菌在生长过程中分泌多种
具有拮抗活性的物质,包括抗生素类、酶类等,能对
—001—
中国草地学报 2016年 第38卷 第2期
病原菌的菌丝生长产生抑制作用或能使细胞壁出现
降解的现象[16],菌株264AY1能产生哪种抑菌物质
以及作用机理还有待进一步研究。
内生细菌除了可控制病害,还可促进植物生长。
具报道,有固氮、解磷、产生植物激素和分泌抗生素
等能力或至少具有其中之一能力的细菌均能促进植
物生长[17]。本研究发现264AY1具有解无机磷的
作用,有效磷增量为5.34mg/L,且264AY1具有固
氮能力;另外,264AY1具有分泌IAA能力,在含和
不含色氨酸的培养液中分泌IAA量分别为16.05
mg/L和 10.75 mg/L,高于矮生嵩草内生细菌
263AG5[18],说明264AY1在促生方面具有更好的
利用潜力。加入色氨酸后菌株264AY1分泌IAA
的量明显增加,说明外源色氨酸对其分泌IAA的能
力有促进作用。不同pH、碳源、氮源、维生素源等
对IAA的产生有明显影响,特别是维生素B6和烟
酸可显著增加细菌代谢中IAA的产量[19]。因此,
可进一步研究如何提高该菌分泌IAA的能力,使其
在生产应用中发挥更好的促生作用。
4 结论
矮生嵩草内生细菌264AY1有开发为药肥兼效
的微生物制剂的潜力,这为开发利用微生物农药或
肥料提供菌种资源、进一步为高寒草地内生菌的研
究及其建立功能内生菌资源库奠定了基础。
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Identification and Determination of Biological Functions of
Endophytic Bacteria 264AY1fromKobresia humilis
CUI Yue-zhen,YAO Yu-ling,YANG Cheng-de,XUE Li
(College of Pratacultural Science,Gansu Agricultural University/Key Laboratory of Grassland
Ecosystem,Ministry of Education/Pratacultural Engineering Laboratory of Gansu Province,
Sino-U.S.Centers for Grazingland Ecosystem Sustainability,Lanzhou 730070,China)
Abstract:To exploit and utilize endophytic bacteria resources from alpine grassland,the strain
264AY1isolated from leaf of Kobresia humilis was identified by morphological characteristics and 16SrD-
NA genes sequence.The biological functions were measured.The results showed that the cels of 264AY1
was rods-shaped,1.637~4.128×0.614~14.869μm,gram-positive.Combined with 16SrDNA genes,the
strain was identified as Bacillus subtilis preliminarily.The inhibition rates were 81.11%,73.1%and 65.
46%of 264AY1for Colletotrichum coccodes,Phoma foveata and Fusarium avenaceum,respectively,and
264AY1was able to make hypha deformed.The concentration of IAA secreted by 264AY1was 16.05mg/
L in the King medium with Trp,and 10.75mg/L without Trp.The increment of available P in Pikovaskaia
culture fluid was 5.34mg/L and the strain 264AY1possessed the ability to fix nitrogen.So the strain
264AY1has the potential of microbiological preparation with a dual purpose for pesticide-fertilizer.
Key words:Endophytic bacteria;Kobresia humilis;Antagonism ability;Identification
(责任编辑 李 平)
—201—
中国草地学报 2016年 第38卷 第2期