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The antifungal activity and mechanism of Brevibacillus brevis on plant pathogenic fungus

短短芽胞杆菌对植物病原真菌的抑菌活性和抑菌机理



全 文 :植物保护学报 Journal of Plant Protection, 2016, 43(4): 600 - 607 DOI: 10􀆰 13802 / j. cnki. zwbhxb. 2016􀆰 04􀆰 011
基金项目: “十二五”国家科技支撑计划(2015BAD16B01),国家自然科学基金(31071738),湖南省教育厅重点项目(15A082)
∗通讯作者(Authors for correspondence), E⁃mail: yiyoujin@ 163. com, bailianyang2005@ aliyun. com
收稿日期: 2014 - 11 - 24
短短芽胞杆菌对植物病原真菌的抑菌活性和抑菌机理
周金伟1   周红丽1   易有金1∗  柏连阳2∗  李高阳3
(1.湖南农业大学食品科技学院, 长沙 410128; 2.湖南省农业科学院植物保护研究所, 长沙 410128;
3.湖南省农业科学院农产品加工研究所, 长沙 410128)
摘要: 为探讨短短芽胞杆菌菌株 011 对植物病原真菌的防控效果,采用平皿打孔法测定菌株 011
粗提液对 14 种植物病原真菌的抑制作用,并以番茄早疫病为研究对象,研究了其抑菌机理。 结果
显示,菌株 011 粗提液对 14 种病原真菌均有抑菌活性,其中对番茄早疫病菌的抑菌活性最强,抑菌
率达 45􀆰 9% ;菌株 011 粗提液能导致番茄早疫病菌菌丝生长异常,抑制孢子萌发;对番茄早疫病菌
菌丝生长的 EC50为 71􀆰 4 mg / mL,对孢子萌发的 EC50和 MIC 分别为 0􀆰 12 mg / mL 和 0􀆰 8 mg / mL;该
粗提液能引起番茄早疫病菌菌丝的脂质过氧化程度和细胞内过氧化氢含量上升,菌丝细胞膜的蛋
白质合成量下降,当粗提液浓度高于 50 mg / mL 时,菌丝细胞膜的麦角甾醇合成量下降;该粗提液
还能降低番茄早疫病菌胞外果胶酶和纤维素酶的活性。 研究表明,菌株 011 粗提液可作为生防制
剂应用于植物病原真菌的防治。
关键词: 内生菌; 发酵液; 抑菌活性; 抑菌机理; 菌丝
The antifungal activity and mechanism of Brevibacillus brevis on
plant pathogenic fungus
Zhou Jinwei1   Zhou Hongli1   Yi Youjin1∗   Bo Lianyang2∗   Li Gaoyang3
(1. College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, Hunan Province,
China; 2. Institute of Plant Protection, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410128,
Hunan Province, China; 3. Hunan Agricultural Product Processing Institute, Hunan
Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410128, Hunan Province, China)
Abstract: In order to explore the control efficacy of Brevibacillus brevis 011 strain, 14 plant pathogenic
fungi were selected to evaluate their antagonistic activity by using plate⁃perforation method, and the
antifungal mechanism of crude extracts on Alternaria sonali was also determined. The results showed that
the crude extracts of 011 strain had inhibitory effects on 14 pathogens, and showed the strongest
inhibitory effect on Alternaria sonali, with an inhibition ratio of 45􀆰 9% . The treatment of crude extracts
resulted in the pathogen mycelia growing in abnormal shape and the germination of spores was also
inhibited. The EC50 of crude extracts on Alternaria sonali mycelial growth was 71􀆰 4 mg / mL. The EC50
and MIC of crude extracts on Alternaria sonali spores were 0􀆰 12 mg / mL and 0􀆰 8 mg / mL, respectively.
The crude extracts also caused damage to cytoplasmic membrane including induction of lipid
peroxidation, increase of hydrogen peroxide content in the cell and the decline of protein synthesis in
mycelial membrane. When the concentration of crude extracts was over 50 mg / mL, it also expressed
obvious inhibitive effect on ergosterol synthesis. The activities of pectinase and cellulose were both
significantly lower than those of control after treatment with crude extracts. Therefore, the crude extracts
of 011 strain could be a bioagent for control of plant pathogenic fungus.
Key words: endophyte; fermentation; antifungal activity; antifungal mechanism; mycelium
    由病原真菌引起的植物病害是造成农作物品质
和产量降低的主要原因之一。 长期以来,对于植物
病原真菌的防治主要采用化学杀菌剂,化学杀菌剂
具有效价高、药效稳定、杀菌机理明确等优点,但长
期使用易造成环境污染,引起植物病原菌产生耐药
性,且农药残留危害人类健康(王剑峰等,2011;赵
洋等,2014)。 因此,为了适应绿色农业的发展,开
发出新型无公害农药势在必行。
当前,生物防治由于其防效好、对病原菌专一性
强、药剂残留少等优点,已成为植物病害防治的研究
热点之一(杨胜远等,2004;李静等,2007)。 利用微
生物进行生物防治已成为一种新的研究领域,并取
得了一定成效( Janisiewicz & Korsten,2002;姚良辉
等,2010)。 我国植物资源丰富,且植物组织中存在
着大量的内生菌资源。 内生菌寄生在植物组织中,
由于受到植物组织的保护,能够得到足够的营养物
质,因此其生态环境稳定,比附生菌更易于发挥生防
作用(王芳等,2009)。 研究表明,植物内生菌能产
生大量具有抗菌活性的抗生素(Yu et al. ,2010)。
例如苦楝内生菌 Botryosphaeria dothidea 产生的化合
物 pycnophorin对枯草芽胞杆菌 Bacillus subtilis 的抑
菌作用显著(Xiao et al. ,2014);芒果内生菌 Pestalo⁃
tiopsis mangiferae产生的酚类化合物对枯草芽胞杆
菌、绿脓假单胞菌 Pesudomonas pyocyaneum 等多种
病原菌具有抑菌活性( Subban et al. ,2013)。 这些
抗生素的抗真菌机制主要包括 3 个方面:一是影响
真菌细胞壁的合成,造成真菌菌丝顶端膨大、不能正
常生长(王宇婷等,2013);二是损伤细胞膜,造成细
胞内物质泄露;三是抑制真菌细胞内蛋白质和核酸
的合成(Franklin & Snow,2005)。
本研究从烟草中分离到 1 株内生拮抗细菌
011,经 16S rDNA 鉴定为短短芽胞杆菌 Brevibacillus
brevis(GenBank登录号为 DQ444285)。 为了明确该
菌株在植物病害防治中的实用价值,为后续生防制
剂的研发提供理论依据,本试验拟采用菌丝生长速
率法测定菌株 011 粗提液的抑菌谱,并选取对菌株
011 粗提液最敏感的番茄早疫病菌作为靶标,测定
菌株 011 粗提液对靶标真菌细胞膜的结构组成、通
透性、胞外水解酶活性以及降解几丁质作用的影响,
以期明确菌株 011 粗提液对植物病原真菌的作用
机理。
1 材料与方法
1􀆰 1 材料
供试菌株及病原菌:烟草内生短短芽胞杆菌
011 由本实验室分离、鉴定与保藏。 豆角炭疽病菌
Colletotrichum lindemuthianum、苦瓜蔓枯病菌 Didy⁃
mella bryoniae、马铃薯白绢病菌 Sclerotium rolfsii、胡
萝卜白绢病菌 S. rolfsii、柑橘炭疽病菌 C. gloeospori⁃
oides、辣椒炭疽病菌 C. capsici、番茄早疫病菌 Alter⁃
naria sonali、黄瓜炭疽病菌 C. lagenarium、油菜菌核
病菌 Sclerotinia sclerotiorum、辣椒白绢病菌 S. rolfsii、
辣椒疫病菌 Phytophthora capsici、马铃薯晚疫病菌
P. infestans、白菜黑斑病菌 Alternaria brassicae和柑橘
青霉 Penicillium italicum 均由湖南农业大学食品科
技学院微生物实验室提供。
培养基:牛肉膏蛋白胨酵母膏培养基(beef prp⁃
tone yeast,BPY):牛肉膏 50 g、鱼粉蛋白胨 10 g、
NaCl 50 g、酵母膏 50 g、葡萄糖 50 g、蒸馏水 10 L,
121℃高压灭菌待用;马铃薯葡萄糖琼脂培养基(po⁃
tato dextrose agar,PDA):土豆 200 g、葡萄糖 20 g、琼
脂 20 g,定容至 1 L,121℃高压灭菌待用;几丁质培
养基:胶状几丁质 7􀆰 5 g、酵母膏 1􀆰 5 g、硫酸铵 0􀆰 5
g、无水硫酸镁 0􀆰 15 g、磷酸二氢钾 0􀆰 68 g、琼脂 7􀆰 5
g、蒸馏水 500 mL,121℃高压灭菌待用。
试剂及仪器:80%恶霉灵芸苔素(hymexazol)水
剂,郑州雨康生物科技公司;其它试剂均为国产分析
纯。 R⁃1001 旋转蒸发仪,郑州长城科工贸有限公
司;UV9100 紫外分光光度计,北京莱伯泰科仪器有
限公司;FD⁃1B真空冷冻干燥机,北京博医康实验仪
器有限公司;XSP⁃6C 光学显微镜,上海兆仪光电科
技有限公司。
1􀆰 2 方法
1􀆰 2􀆰 1 菌株 011 粗提液的制备
将菌株 011 活化后接入 BPY 液体培养基,
28℃、180 r / min培养 48 h,于 10 000 r / min 离心 10
min后去除菌体得原发酵液,原发酵液经 0􀆰 22 μm
无菌过滤器过滤,得无菌发酵滤液待用。 原发酵液
用 4 倍体积的乙腈萃取,取上清液,50℃旋转蒸发去
除乙腈,得粗提液待用。
1064 期 周金伟等: 短短芽胞杆菌对植物病原真菌的抑菌活性和抑菌机理
1􀆰 2􀆰 2 菌株 011 粗提液抑菌谱的测定
将各病原真菌分别接种于 PDA 培养基中央,
28℃培养 24 h,在离菌落边缘 25 mm处用口径 6 mm
打孔器打孔,每孔加 100 μL 菌株 011 粗提液,以无
菌水为阴性对照,80%恶霉灵(使用时稀释 1 000
倍)为阳性对照,待阴性对照长到孔径边缘时,测量
抑菌圈半径,计算抑菌率,每处理 3 次重复(易有金
等,2007)。 抑菌率 = (1 - Dc / Dd) × 100% ,式中,Dc
为处理菌落半径,Dd为阴性对照菌落半径。
1􀆰 2􀆰 3 菌株 011 粗提液对番茄早疫病菌的抑菌活性
将菌株 011 粗提液冷冻干燥,配成 100、50、25、
12􀆰 5、6􀆰 25 mg / mL 系列浓度的粗提液,采用 1􀆰 2􀆰 2
中的方法测定不同浓度的粗提液对番茄早疫病菌的
抑菌效果,以无菌水为阴性对照,80%恶霉灵为阳性
对照,计算抑菌率。 将抑菌率转化成几率值,浓度转
化成对数值,通过回归分析求得其抑菌中浓
度 EC50。
挑取抑菌活性测定中抑菌圈边缘的番茄早疫病
菌菌丝,在光学显微镜下观察菌丝形态(王美琴等,
2010)。 将番茄早疫病菌接种于 PDA 培养基上,
28℃培养 7 ~ 12 d,用带有无菌水的玻璃珠洗下孢
子,加无菌水稀释到 40 倍物镜下每个视野中约 40
个孢子。 取孢子悬浮液 20 μL与等体积不同浓度的
粗提液混匀,取 10 μL混合液于凹玻片上,28℃保湿
培养 24 h,显微镜观察孢子形态,计算孢子萌发抑制
率,求得最低抑菌浓度 MIC和抑菌中浓度 EC50。 以
无菌水为阴性对照,80%恶霉灵为阳性对照,每处理
3 次重复。 孢子萌发抑制率 = (镜检孢子总数 -孢
子萌发数) /镜检孢子总数 × 100% 。
1􀆰 2􀆰 4 菌株 011 粗提液对番茄早疫病菌的抑菌机理
对细胞膜脂质过氧化的影响:采用硫代巴比妥
酸法(张志良和瞿伟菁,2003)测定菌丝中的丙二醛
(malondialdehyde,MDA)含量。 将番茄早疫病菌的
106 个 / mL孢子悬浮液(采用血球计数板计数)接种
于 50 mL PDA培养液中,28℃、180 r / min 培养 5 d,
过滤收取菌丝,用 0􀆰 05 mol / L磷酸缓冲液(pH 7􀆰 2)
冲洗数次,加入 100、50、25、12􀆰 5、6􀆰 25 mg / mL 粗提
液各 4 mL处理 0、6、12、24 h 后,过滤,用磷酸缓冲
液洗涤各处理菌丝,6 000 r / min 离心 10 min,收集
菌丝体。 以无菌水处理作为对照组,每种浓度不同
处理时各称取 2 g加液氮研磨至粉末,计算 MDA含
量。 MDA = [6􀆰 45 (D532 - D600 ) - 0􀆰 56D450 ] × Vt /
(Vs ×W),式中,Vt 为提取液总体积,Vs 为测定用提
取液体积,W为样品鲜重。
对菌丝内 H2O2 的影响:采用 Sagisaka(1976)方
法测定 H2O2 含量。 取上述各处理菌丝 0􀆰 5 g,加入
4 mL 磷酸缓冲液冰浴研磨后,加入 5% 三氯乙酸
2􀆰 8 mL,于 10 000 r / min下离心 10 min。 取 1􀆰 6 mL
上清液,加入 50%三氯乙酸 0􀆰 4 mL、10 mmol / L 硫
酸亚铁铵 0􀆰 4 mL和 2􀆰 5 mol / L硫氰酸钾 0􀆰 2 mL混
合,于 480 nm 下测定上清液的吸光值 OD480,由
H2O2测定的标准曲线计算 H2O2 含量。
对菌丝麦角甾醇的影响:取摇床培养 5 d 的菌
丝体,加入 100、50、25、12􀆰 5、6􀆰 25 mg / mL 粗提液 5
mL处理 3 d,用蒸馏水反复冲洗菌丝体,抽干,称取
不同处理菌丝体各 0􀆰 5 g,参考吴学宏等(2005)、韩
平等(2006)的方法萃取麦角甾醇,取萃取好的麦角
甾醇在 282 nm下用 1 cm石英比色杯测定各处理的
OD值(王芳等, 2009)。
对菌丝蛋白含量的影响:取培养 5 d 的菌丝体,
加入 100、50、25、12􀆰 5、6􀆰 25 mg / mL 粗提液 5 mL 处
理 3 d,用蒸馏水反复冲洗菌丝体,抽干,称取不同处
理菌丝体各 0􀆰 25 g,预冷后用 0􀆰 05 mol / L Tris⁃HCl
缓冲液提取菌丝蛋白,采用考马斯亮蓝法测定蛋白
含量(王芳等,2009)。
对胞外水解酶活性的影响:采用刘西莉(2004)
方法提取酶液,DNS 法测定水解酶的活性。 以单位
体积(mL)酶液每分钟产生 1 μg葡萄糖为 1 个酶活
力单位。
发酵液降解几丁质的作用测定:参照陈三凤等
(1992)方法测定胶状几丁质。 在几丁质培养基中
央打孔,在孔中央注入 100 μL 无菌发酵滤液,28℃
培养 3 d,观察孔周围是否有透明圈产生。
1􀆰 3 数据分析
采用 Excel 2003 和 SPSS 18􀆰 0 软件对试验数据
进行统计分析,LSD法进行差异显著性检验。
2 结果与分析
2􀆰 1 菌株 011 粗提液抑菌谱
菌株 011粗提液对多种植物病原真菌具有抑制
作用,其中对番茄早疫病菌的抑制作用最强,抑菌率
为 45􀆰 9%,对柑橘炭疽病菌的抑制作用最弱,抑菌率
为 9􀆰 1%。 菌株 011 粗提液对豆角炭疽病菌、苦瓜蔓
枯病菌、马铃薯白绢病菌、胡萝卜白绢病菌、柑橘炭疽
病菌的抑菌活性较弱,且抑菌活性小于农药恶霉灵;
而菌株 011粗提液对其余 9 种植物病原真菌的抑菌
活性较强,且活性高于恶霉灵。 表明菌株 011 粗提液
对植物病原真菌具有选择性抑制作用(表 1)。
206 植  物  保  护  学  报 43 卷
表 1 菌株 011 粗提液对植物病原真菌的抑制作用
Table 1 The inhibitory effects of ferment produced by endophyte 011 on plant pathogens %
供试菌
Pathogen
抑菌率 Inhibition ratio
粗提液
Crude extract
恶霉灵
Emeiling
供试菌
Pathogen
抑菌率 Inhibition ratio
粗提液
Crude extract
恶霉灵
Emeiling
豆角炭疽病菌
Colletotrichum lindemuthianum
10􀆰 9 ± 1􀆰 0 a 39􀆰 5 ± 0􀆰 8 a 番茄早疫病菌
Alternaria sonali
45􀆰 9 ± 0􀆰 6 f 27􀆰 7 ± 0􀆰 3 c
苦瓜蔓枯病菌
Didymella bryoniae
10􀆰 0 ± 1􀆰 1 a 20􀆰 9 ± 0􀆰 7 b 黄瓜炭疽病菌
Colletotrichum lagenarium
36􀆰 4 ± 0􀆰 5 d 33􀆰 6 ± 0􀆰 3 d
马铃薯白绢病菌
Sclerotium rolfsii
15􀆰 0 ± 1􀆰 2 b 23􀆰 2 ± 1􀆰 0 b 油菜菌核病菌
Sclerotinia sclerotiorum
36􀆰 8 ± 0􀆰 8 d 25􀆰 0 ± 0􀆰 9 c
胡萝卜白绢病菌
Sclerotium rolfsii
14􀆰 5 ± 0􀆰 5 b 27􀆰 3 ± 0􀆰 4 c 辣椒白绢病菌
Sclerotium rolfsii
39􀆰 5 ± 1􀆰 0 d 30􀆰 0 ± 0􀆰 9 d
柑橘炭疽病菌
Colletotrichum gloeosporioides
9􀆰 1 ± 0􀆰 8 c 31􀆰 4 ± 0􀆰 5 d 辣椒疫霉菌
Phytophthora capsici
33􀆰 6 ± 0􀆰 9 e 16􀆰 4 ± 0􀆰 4 f
辣椒炭疽病菌
Colletotrichum capsici
37􀆰 3 ± 0􀆰 9 d 19􀆰 5 ± 1􀆰 0 e 马铃薯晚疫病菌
Phytophthora infestans
34􀆰 1 ± 0􀆰 5 e 29􀆰 5 ± 1􀆰 6 c
白菜黑斑病菌
Alternaria brassicae
32􀆰 3 ± 0􀆰 6 e 28􀆰 6 ± 0􀆰 9 c 柑橘青霉菌
Penicillium italicum
29􀆰 1 ± 0􀆰 6 g 11􀆰 8 ± 0􀆰 7 g
    表中数据为平均数 ±标准差。 同列中不同小写字母表示经 LSD 法检验在 P < 0􀆰 05 水平差异显著。 Data are mean ± SD.
Different letters in the same column indicate significant difference at P < 0􀆰 05 level by LSD test.
2􀆰 2 菌株 011 粗提液对番茄早疫病菌的抑菌活性
2􀆰 2􀆰 1 对番茄早疫病菌的抑制作用
随着浓度增加菌株 011 粗提液和恶霉灵的抑菌
活性均显著增强(P < 0􀆰 05)。 通过回归分析得出菌
株 011 粗提液和恶霉灵的毒力学方程分别为 y =
1􀆰 0635x + 3􀆰 0287,R2 = 0􀆰 9984;y = 1􀆰 1102x + 2􀆰 84,
R2 = 0􀆰 9987。 菌株 011 粗提液和恶霉灵对番茄早疫
病菌的 EC50分别为 71􀆰 4 mg / mL 和 88􀆰 2 mg / mL。
因此,菌株 011 粗提液对番茄早疫病菌具有较好的
抑菌活性(图 1)。
2􀆰 2􀆰 2 对番茄早疫病菌菌丝的影响
培养 48 ~ 72 h后,菌株 011 粗提液对番茄早疫
病菌菌丝的生长和形态均有影响。 正常生长的菌丝
表面光滑、透明,菌丝体粗细均匀,原生质分布均匀
(图 2⁃a)。 菌株 011 菌粗提液处理后,菌丝生长异
常,形态畸形(图 2⁃b ~ d),节间变短变粗,粗细不
均,细胞原生质收缩,出现空泡(图 2⁃e)。 随着粗提
液浓度的增加,菌丝断裂、解体(图 2⁃f)。
2􀆰 2􀆰 3 对番茄早疫病菌孢子萌发的影响
培养 12 h 后,无菌水对照组孢子全部正常萌
发,芽管细长、均匀,菌丝光滑、透明,粗细均匀。 经
浓度为 0􀆰 8 ~ 12􀆰 5 mg / mL 菌株 011 粗提液处理后,
孢子的芽管畸形,顶端或中间膨大,形成串珠状囊
泡,菌丝粗细不均,表面有囊状突起,原生质不透明。
图 1 菌株 011 粗提液对番茄早疫病菌的抑制作用
Fig. 1 The inhibitory effects of different concentrations
of endophyte 011 crude extracts on Alternaria sonali
图中数据为平均数 ±标准差。 不同字母表示经 LSD
法检验在 P < 0􀆰 05 水平差异显著。 Data are mean ± SD.
Different letters in the figure indicate significant difference at
P < 0􀆰 05 level by LSD test.
 
       
浓度高于 12􀆰 5 mg / mL 菌株 011 粗提液处理后,孢子
萎缩变形,孢子萌发完全受到抑制。 恶霉灵的抑制效
果与菌株 011 粗提液相似。 菌株 011 粗提液和恶霉
灵对番茄早疫病菌孢子萌发的 MIC分别为 0􀆰 8、6􀆰 25
mg / mL。 菌株 011 粗提液的毒力回归方程为 y =
2􀆰 6819x +7􀆰 5085,R2 = 0􀆰 997,EC50为 0􀆰 12 mg / mL,低
于恶霉灵的 2􀆰 02 mg / mL。 表明菌株 011 粗提液对番
茄早疫病菌孢子萌发的抑制作用显著(表 2)。
3064 期 周金伟等: 短短芽胞杆菌对植物病原真菌的抑菌活性和抑菌机理
图 2 菌株 011 粗提液对番茄早疫病菌菌丝的影响(40 × )
Fig. 2 The effects of different concentrations of endophyte 011 crude extracts on Alternaria sonali mycelia (40 × )
a: CK; b ~ f: 粗提液的浓度分别为 6􀆰 25、12􀆰 5、25、50 和 100 mg / mL。 a: CK; b - f: treatment with the crude extract con⁃
centrations of 6􀆰 25, 12􀆰 5, 25, 50 and 100 mg / mL, respectively.
 
图 3 菌株 011 粗提液对番茄早疫病菌菌丝膜脂质过氧化(A)及菌丝膜 H2O2(B)的影响
Fig. 3 The effect of endophyte 011 crude extracts on lipid peroxidation (A) and H2O2(B) contents in mycelial membrane
图中数据为平均数 ±标准差。 Data in the figure are mean ± SD.
表 2 菌株 011 粗提液对番茄早疫病菌孢子萌发的影响
Table 2 The effects of different concentrations of endo⁃
phyte 011 crude extracts on spore germination
浓度 (mg / mL)
Concentration
抑菌率 Inhibition rate (% )
粗提液 Crude extract 恶霉灵 Emeiling
100􀆰 0 100􀆰 0 ± 0􀆰 0 a 100􀆰 0 ± 0􀆰 0 a
50􀆰 0 100􀆰 0 ± 0􀆰 0 a 100􀆰 0 ± 0􀆰 0 a
25􀆰 0 100􀆰 0 ± 0􀆰 0 a 100􀆰 0 ± 0􀆰 0 a
12􀆰 5 100􀆰 0 ± 0􀆰 0 a 100􀆰 0 ± 0􀆰 0 a
6􀆰 3 100􀆰 0 ± 0􀆰 0 a 100􀆰 0 ± 0􀆰 0 a
3􀆰 1 100􀆰 0 ± 0􀆰 0 a 71􀆰 4 ± 4􀆰 2 b
1􀆰 6 100􀆰 0 ± 0􀆰 0 a 38􀆰 5 ± 1􀆰 5 c
0􀆰 8 100􀆰 0 ± 0􀆰 0 a 11􀆰 1 ± 2􀆰 6 d
0􀆰 4 92􀆰 0 ± 5􀆰 6 b 0􀆰 0 ± 0􀆰 0 e
0􀆰 2 76􀆰 3 ± 6􀆰 1 c 0􀆰 0 ± 0􀆰 0 e
0􀆰 1 41􀆰 7 ± 3􀆰 8 d 0􀆰 0 ± 0􀆰 0 e
    表中数据为平均数 ± 标准差。 同列不同字母表示经
LSD法检验在 P < 0􀆰 05 水平差异显著。 Data are mean ± SD.
Different letters in the same column indicate significant differ⁃
ence at P < 0􀆰 05 level by LSD test.
2􀆰 3 菌株 011 粗提液对番茄早疫病菌的作用机理
2􀆰 3􀆰 1 对细胞膜脂质过氧化的影响
对照组在试验期间其细胞内 MDA 含量变化不
显著。 经菌株 011 粗提液处理后,番茄早疫病菌细
胞内 MDA含量均显著高于对照,且随粗提液浓度
增加 MDA 含量显著上升。 在 0 ~ 12 h 处理期,
6􀆰 25、12􀆰 5、25 mg / mL粗提液处理组其细胞内 MDA
含量显著上升,12 h 后上升幅度减小。 而 50、100
mg / mL粗提液处理组其细胞内 MDA 含量上升时间
延迟,到 18 h后上升幅度开始变缓。 100 mg / mL 粗
提液处理 24 h 后,病原菌细胞膜内 MDA 含量达到
0􀆰 84 μmol / L,比对照组高出 375􀆰 5% 。 表明菌株
011 粗提液的浓度越高,病原菌细胞膜受到的损害
程度越大(图 3⁃A)。
406 植  物  保  护  学  报 43 卷
2􀆰 3􀆰 2 对番茄早疫病菌菌丝膜 H2O2 的影响
随着处理时间增长菌丝细胞膜内 H2O2 含量均
呈上升趋势,对照组在处理期间 H2O2 含量变化平
缓,涨幅较小,变化不显著。 而处理组随着时间延长
H2O2 含量显著上升,且浓度越高,膜内 H2O2 含量
上升越快。 不同处理之间其膜内 H2O2 含量差异显
著。 处理 24 h 后,6􀆰 25、12􀆰 5、25、50 和 100 mg / mL
粗提液组的 OD 值分别为 0􀆰 41、0􀆰 52、0􀆰 64、0􀆰 79 和
0􀆰 91, 分 别 比 对 照 组 高 出 81􀆰 9% 、 130􀆰 4% 、
185􀆰 7% 、252􀆰 6%和 308􀆰 5% (图 3⁃B)。
2􀆰 3􀆰 3 对番茄早疫病菌菌丝麦角甾醇的影响
使用浓度为 6􀆰 25、12􀆰 5、25 mg / mL 的菌株 011
粗提液处理菌丝,菌丝细胞膜上的麦角甾醇含量与
对照组差异不显著。 当粗提液浓度为 50、100 mg /
mL时,其 OD值分别为 0􀆰 43 和 0􀆰 33,与对照组相比
较存在显著差异(P < 0􀆰 05),分别下降了 25􀆰 4%和
42􀆰 8% 。 表明低浓度的菌株 011 粗提液对番茄早疫
病菌菌丝细胞膜的麦角甾醇的合成影响较小,而高
浓度的菌株 011 粗提液能显著抑制菌丝细胞膜麦角
甾醇的合成(图 4⁃A)。
图 4 菌株 011 粗提液对番茄早疫病菌菌丝麦角甾醇(A)、蛋白质(B)含量、胞外果胶酶(C)和纤维素酶(D)活性的影响
Fig. 4 The effect of strain 011 crude extracts on mycelial ergosterol (A), protein contents (B),
extracellular pectinase (C) and cellulase (D) activities
图中数据为平均数 ±标准差。 不同小写字母表示经 LSD法检验在 P < 0􀆰 05 水平差异显著。 Data are mean ± SD. Differ⁃
ent letters in the figure indicate significant difference at P < 0􀆰 05 level by LSD test.
 
2􀆰 3􀆰 4 对番茄早疫病菌菌丝蛋白质含量的影响
不同浓度的菌株 011 粗提液处理后,番茄早疫
病菌菌丝体的蛋白质含量与对照组相比显著下降
(P < 0􀆰 05),分别比对照组降低 10􀆰 6% 、26􀆰 4% 、
34􀆰 3% 、39􀆰 9%和 48􀆰 8% 。 粗提液浓度越高,其菌
丝体内蛋白质含量越低,且不同浓度粗提液之间存
在显著差异(P < 0􀆰 05)。 表明菌株 011 粗提液可抑
制番茄早疫病菌菌丝蛋白的合成,从而抑制菌丝的
生长(图 4⁃B)。
2􀆰 3􀆰 5 对番茄早疫病菌胞外果胶酶活性的影响
不同浓度的菌株 011 粗提液处理后,番茄早疫
病菌在离体条件下合成的胞外果胶酶活性受到抑
制,其果胶酶活性与对照组相比分别显著下降了
7􀆰 2% 、 14􀆰 0% 、 19􀆰 8% 、 24􀆰 5% 和 35􀆰 9% ( P <
0􀆰 05),且不同处理之间存在显著差异(P < 0􀆰 05)。
表明菌株 011 粗提液对番茄早疫病菌胞外果胶酶活
性具有显著抑制作用(图 4⁃C)。
2􀆰 3􀆰 6 对番茄早疫病菌胞外纤维素酶活性的影响
不同浓度的菌株 011 粗提液处理番茄早疫病菌
菌丝后,其合成的胞外纤维素酶活性均显著下降
(P < 0􀆰 05),粗提液浓度越高,纤维素酶的活性越
低。 与对照组相比分别显著下降了 3􀆰 0% 、5􀆰 0% 、
6􀆰 9% 、8􀆰 4%和 11􀆰 9% ,且不同浓度处理组之间存
在显著差异(P < 0􀆰 05)。 说明菌株 011 粗提液能够
抑制番茄早疫病菌的胞外纤维素酶活性(图 4⁃D)。
2􀆰 3􀆰 7 发酵滤液对几丁质的降解作用
菌株 011 发酵滤液处理 3 d 后,在培养基中央
孔周围未出现透明的水解圈。 表明发酵滤液中不含
5064 期 周金伟等: 短短芽胞杆菌对植物病原真菌的抑菌活性和抑菌机理
有几丁质酶,因此推测菌株 011 代谢产物不能降解
番茄早疫病菌细胞壁中的几丁质。
3 讨论
目前,筛选微生物资源主要集中在土壤、植物根
际和海洋,但植物组织内部也存在着对人类有益的
微生物,这些微生物与植物组织协同进化,是植物微
生态结构的重要组成部分(薛鹏琦等,2011;冯志珍
等,2012)。 短短芽胞杆菌是存在于植物微生态的
重要微生物,具有很强的抗逆能力,芽胞杆菌能产生
脂肽类、肽类、多烯类、磷脂类等多种化合物,对多种
植物病原真菌具有抑菌活性,如抑制棉花立枯病菌、
枯萎病菌和黄萎病菌菌丝的生长(陈莉等, 2007),
抑制番茄枯萎病菌孢子的萌发(郝晓娟等,2007)。
本研究显示,短短芽胞杆菌 011 对 14 种植物病原真
菌均有不同程度的抑菌活性,其中对番茄早疫病菌
的抑制作用显著,表明其在番茄早疫病的生物防治
中具有潜在的应用价值。
短短芽胞杆菌 011 粗提液对番茄早疫病菌菌丝
和孢子萌发均有强烈抑制作用,造成菌丝生长畸形,
产孢能力下降,芽管长度和孢子萌发率下降。 蒋细
良等(1997)和刘爱媛(2001)报道的杀稻瘟菌素⁃S
对孢子和菌丝的抑制作用结果与本研究结果一致,
杀稻瘟菌素⁃S 主要是通过抑制孢子和菌丝的呼吸
作用而实现的,因此推测菌株 011 粗提液中可能含
有能抑制孢子和菌丝呼吸作用的活性化合物。 此
外,菌株 011 粗提液处理导致细胞膜脂质过氧化程
度增强,菌丝细胞膜内的 H2O2 含量上升,菌丝细胞
膜的组成成分麦角甾醇和蛋白质的合成量减少。 根
据蒋细良和谢德龄(1994)报道,这主要是由于菌株
011 粗提液中的活性物质损伤病原菌的细胞质膜,
造成细胞内物质泄漏引起的。
病原真菌在侵染植物组织时,其分泌的胞外水
解酶起到重要作用。 果胶酶和纤维素酶是降解植物
细胞壁的 2 个关键酶,因此,抑制病原菌产生胞外水
解酶也是防治植物病害的一条重要途径(林孔勋,
1992)。 本研究表明,菌株 011 粗提液对番茄早疫病
菌合成的果胶酶和纤维素酶均有抑制作用。 因此,
菌株 011 粗提液对于防止病原真菌侵染宿主植物发
挥着重要作用。 对于菌株 011 粗提液抑制番茄早疫
病菌的作用靶点还有待于进一步深入研究。
参 考 文 献 (References)
Chen L, Miao WG, Liu HY, Nuerziya. 2007. Antagonistic action of
Brevibacillus brevis A57 against cotton mainly pathogenic fungus
and fermentation condition with the strongest antagonistic activi⁃
ty. Chinese Journal of Biological Control, 23(S): 22 - 27 ( in
Chinese) [陈莉, 缪卫国, 刘海洋, 努尔孜亚. 2007. 短短
芽胞杆菌 A57 菌株对棉花主要病原真菌的拮抗作用和及其
最佳液体发酵条件. 中国生物防治, 23(S): 22 - 27]
Chen SF, Li JL, Qiu WF. 1992. Studies on the mycopathogen⁃in⁃
hibiting chitinase: isolation and identification of a Flavobacteri⁃
um sp. with strong inhibiting activity. Acta Phytopathologica
Sinica, 22(4): 323 - 327 ( in Chinese) [陈三凤, 李季伦,
裘维蕃. 1992. 关于抑制植物病原真菌几丁质酶来源及效
应的研究强作用黄杆菌的分离和鉴定. 植物病理学报, 22
(4): 323 - 327]
Feng ZZ, Chen TC, Duan JN, Chen DX, Cheng JL, An DR. 2012.
Screening, identification and antifungal activity of antagonistic
rhizospheric Bacillus FB⁃16 against tobacco black shank. Jour⁃
nal of Plant Protection, 39(3): 224 - 230 (in Chinese) [冯志
珍, 陈太春, 段军娜, 陈德鑫, 成巨龙, 安德荣. 2012. 烟
草黑胫病拮抗根际芽胞杆菌 FB⁃16 的筛选鉴定及其抑菌活
性. 植物保护学报, 39(3): 224 - 230]
Franklin TJ, Snow GA. 2005. Biochemistry and molecular biology of
antimicrobial drug action. Berlin: Springer Science &
Business Media
Han P, Liu XL, Liu PF, Si NG. 2006. Effect of novel fungicide
5⁃(4⁃chlorophenyl)⁃2, 3⁃dinethyl⁃3⁃( pyridine⁃3 )⁃oxazoline on
ergosterol biosynthesis in Botrytis cinerea by high performance
liquid chromatography. Chinese Journal of Analytical Chemis⁃
try, 34(10): 1467 - 1470 ( in Chinese) [韩平, 刘西莉, 刘
鹏飞, 司乃国. 2006. 高效液相色谱法研究啶菌噁唑对番茄
灰霉病菌麦角甾醇生物合成的影响. 分析化学, 34(10):
1467 - 1470]
Hao XJ, Liu B, Xie GL, Ge CB, Lin KM. 2007. Inhibition of Bre⁃
vibacillus brevis JK⁃2 strain against the pathogen of tomato
Fusarium wilt. Chinese Journal of Biological Control, 23(3):
233 - 236 (in Chinese) [郝晓娟, 刘波, 谢关林, 葛慈斌,
林抗美. 2007. 短短芽胞杆菌 JK⁃2 菌株对番茄枯萎病的抑
菌作用及其小区防效. 中国生物防治, 23(3): 233 - 236]
Janisiewicz WJ, Korsten L. 2002. Biological control of postharvest
diseases of fruits. Annual Review of Phytopathology, 40: 411 -
441
Jiang XL, Xie DL. 1994. The mechanism of action of agricultural
antibiotics. Chinese Journal of Biological Control, 10(2): 76 -
81 (in Chinese) [蒋细良, 谢德龄. 1994. 农用抗生素的作
用机理. 生物防治通报, 10(2): 76 - 81]
Jiang XL, Xie DL, Ni CF, Zhu CX, Song PG. 1997. The mode of
action of Zhongsheng mycin on pathogenic fungi. Chinese Jour⁃
nal of Biological Control, 13(2): 69 - 71 (in Chinese) [蒋细
良, 谢德龄, 倪楚芳, 朱昌雄, 宋培国. 1997. 中生菌素对
真菌作用机理的研究. 中国生物防治, 13(2): 69 - 71]
Li J, Yu JN, Zhang LL. 2007. Advances of research on postharvest
606 植  物  保  护  学  报 43 卷
diseases and biocontrol of fruits. Chinese Journal of Biological
Control, 23(S): 97 - 102 ( in Chinese) [李静, 于建娜, 张
利莉. 2007. 果品采后病害及生物防治研究进展. 中国生物
防治, 23(S): 97 - 102]
Lin KX. 1992. Toxicology of fungicides. Beijing: China Agriculture
Press (in Chinese) [林孔勋. 1992. 杀菌剂毒理学. 北京:
中国农业出版社]
Liu AY. 2001. Inhibition of streptomycin on some oomycetes. Jour⁃
nal of Plant Protection, 28(3): 254 - 258 (in Chinese) [刘爱
媛. 2001. 链霉素对几种卵菌的抑制作用. 植物保护学报,
28(3): 254 - 258]
Liu XL. 2004. Research on the biological characteristics and antimi⁃
crobial substances of Bacillus subtilis HL29. Ph. D Thesis. Bei⁃
jing: China Agricultural University ( in Chinese) [刘西莉.
2004. 芽孢杆菌 HL29的生物学特性和抗菌活性物质研究.
博士学位论文. 北京: 中国农业大学]
Sagisaka S. 1976. The occurrence of peroxide in a perennial plant,
Populus gelrica. Plant Physiology, 57(2): 308 - 309
Subban K, Subramani R, Johnpaul M. 2013. A novel antimicrobial
and antifungal phenolic compound from the endophytic fungus
Pestalotiopsis mangiferae. Natural Product Research, 27(16):
1445 - 1449
Wang F, Ji MS, Gu ZM, Zhang Y, Wang JK. 2009. Effect of anti⁃
fungal substances from endophytic bacteria B36 on Fulvia fulva.
Chinese Journal of Biological Control, 25(3): 250 - 254 ( in
Chinese) [王芳, 纪明山, 谷祖敏, 张杨, 王建坤. 2009. 苦
参内生枯草芽孢杆菌 B36抗菌物质对番茄叶霉病菌的作用
机制. 中国生物防治, 25(3): 250 - 254
Wang JF, Dong F, Dong D, Qiu DM, Xiao SQ, Hu XF. 2011.
Identification and the characteristic of antagonism of endophytic
antagonistic bacteria L3R3⁃1 from Pinellia ternate. Journal of
Plant Protection, 38(6): 573 - 574 ( in Chinese) [王剑峰,
董飞, 董丹, 求东妹, 肖赛琼, 胡秀芳. 2011. 半夏内生菌
L3R3⁃1鉴定及其对植物病原菌的拮抗特性. 植物保护学
报, 38(6): 573 - 574]
Wang MQ, He YC, Liu HP, Xue L, Lu T. 2010. Controlling mech⁃
anisms of tomato gray mould by endophytic bacterium Jcxy8
(Bacillus cirulans). Chinese Journal of Eco⁃Agriculture, 18
(1): 98 - 101 (in Chinese) [王美琴, 贺运春, 刘慧平, 薛
丽, 路涛. 2010. 内生环状芽孢杆菌 Jcxy8 对番茄灰霉病的
防病机制研究.中国生态农业学报, 18(1): 98 - 101]
Wang YT, Yi YJ, Xia Bo, Yang JK, Zeng J. 2013. Antibiosis of
the ferment of the endophyte Brevibacillus brevis strain 011.
Plant Protection, 39(4): 29 - 33 ( in Chinese) [王宇婷, 易
有金, 夏菠, 杨建奎, 曾静. 2013. 内生短短芽胞杆菌 011
菌发酵滤液抑菌活性研究. 植物保护, 39(4): 29 - 33]
Wu XH, Xiao JH, Zhang WH, Gao RJ. 2005. Effect of triadimenol
and tebuconazole on the content of ergosterol of wheat Rhizo
ctonia cerealis. Chinese Journal of Pesticide Science, 7 (4):
372 - 375 (in Chinese) [吴学宏, 肖建华, 张文华, 高仁君.
2005􀆰 2%三唑醇·戊唑醇种衣剂对小麦纹枯病菌麦角甾醇
含量的影响. 农药学学报, 7(4): 372 - 375]
Xiao J, Zhang Q, Gao YQ, Tang JJ, Zhang AL, Gao JM. 2014.
Second metabolites from the endophytic Botryosphaeria dothidea
of Melia azedarach and their antifungal, antimicrobial, antioxi⁃
dant, and cytotoxic activities. Journal of Agricultural and Food
Chemistry, 62(16): 3584 - 3590
Xue PQ, Liu F, Qiao JQ, Wu HJ, Feng ZK, Gao XW. 2011.
Screening of Bacillus strains with high inhibition on rape Sclero⁃
tinia disease and its lipopeptide compounds detection. Journal
of Plant Protection, 38(2): 127 - 132 (in Chinese) [薛鹏琦,
刘芳, 乔俊卿, 伍辉军, 冯致科, 高学文. 2011. 油菜菌核
病生防芽胞杆菌的分离鉴定及其脂肽化合物分析. 植物保
护学报, 38(2): 127 - 132]
Yang SY, Chen GG, Xiao GN, Liang ZQ. 2004. Screening of an⁃
tagonistic microorganisms of the pathogens in mango. Plant Pro⁃
tection, 30(3): 55 - 58 (in Chinese) [杨胜远, 陈桂光, 肖
功年, 梁智群. 2004. 芒果主要病原菌拮抗微生物的分离筛
选. 植物保护, 30(3): 55 - 58]
Yao LH, Yin JY, He HX, Xu L, Liu JH, Gao HY. 2010. Effect of
biological preservation C06 treatment on fresh⁃keeping of post⁃
harvest honey peach. Transactions of the CSAE, 26(4): 357 -
361 (in Chinese) [姚良辉, 尹京苑, 何惠霞, 许丽, 刘剑
洪, 高海燕. 2010. 生物保鲜剂 C06 对水蜜桃采后的保鲜
效果. 农业工程学报, 26(4): 357 - 361]
Yi YJ, Liu RS, Yin HQ, Luo K, Liu EM, Liu XR. 2007. Isola⁃
tion, identification and field control efficacy of an endophytic
strain against tobacco bacterial wilt (Ralstonia solanacarum).
Chinese Journal of Applied Ecology, 18 (3): 554 - 558 ( in
Chinese) [易有金, 刘如石, 尹华群, 罗宽, 刘二明, 刘学
瑞. 2007. 烟草青枯病拮抗内生细菌的分离、鉴定及其田间
防效. 应用生态学报, 18(3): 554 - 558]
Yu HS, Zhang L, Li L, Zheng CJ, Guo L, Li WC, Sun PX, Qin
LP. 2010. Recent developments and future prospects of antimi⁃
crobial metabolites produced by endophytes. Microbiological
Research, 165(6): 437 - 449
Zhang ZL, Qu WJ. 2003. Plant physiology experiment. Beijing:
High Education Press, pp. 145 (in Chinese) [张志良, 瞿伟
菁. 2003. 植物生理学实验指导. 北京: 高等教育出版社,
pp. 145]
Zhao Y, Chen DX, Huang HG, Jiang WZ, Wu X. 2014. Inhibition
of chitinase⁃producing fungus Lecanicillium attenuatum on egg⁃
hatching of root⁃knot nematode Meloidogyne incognita. Journal
of Plant Protection, 41(5): 547 - 554 ( in Chinese) [赵洋,
陈德鑫, 黄化刚, 姜维珍, 武侠. 2014. 渐狭蜡蚧菌 Lecani⁃
cillium attenuatum产几丁质酶的活性及对南方根结线虫卵
孵化的抑制作用. 植物保护学报, 41(5): 547 - 554]
(责任编辑:高  峰)
7064 期 周金伟等: 短短芽胞杆菌对植物病原真菌的抑菌活性和抑菌机理