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Identification of a biocontrol strain Z2 against pomegranate dry rot and optimization of its cultural conditions

石榴干腐病生防菌株Z2的鉴定及其培养条件的优化



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  45(4): 425 ̄437(2015)
收稿日期: 2014 ̄05 ̄02ꎻ 修回日期: 2015 ̄04 ̄30
基金项目: 山东省科技发展计划项目(2011GNC11006)ꎻ枣庄市科学技术发展计划项目(201233 ̄2)ꎻ枣庄学院青年项目(307050901)
通讯作者: 谭小艳ꎬ讲师ꎬ硕士ꎬ主要从事植物病害生物防治研究ꎻTel:13562225490ꎬ E ̄mail:tomhaha168@126.comꎻ
黄思良ꎬ研究员ꎬ主要从事植物病害综合防治技术研究ꎻTel:0377 ̄63513461ꎬ E ̄mail:silianghuang@126.com
第一作者: 马耀华ꎬ讲师ꎬ硕士ꎬ主要从事植物病害生物防治及应用微生物学方面的研究ꎻ Tel:13906328632ꎬE ̄mail:yaohuama@163.comꎮ
doi:10.13926 / j.cnki.apps.2015.04.012
石榴干腐病生防菌株 Z2的鉴定及其培养条件的优化
马耀华1ꎬ 谭小艳1∗ꎬ 黄思良2∗ꎬ 张 珣3ꎬ 臧丽琴1ꎬ 牛小瑞2
( 1枣庄学院生命科学学院ꎬ枣庄 277160ꎻ 2南阳师范学院生命科学与技术学院ꎬ 南阳 473061ꎻ
3中国农业大学农学与生物技术学院植物病理学系ꎬ北京 100193)
摘要:从石榴根际土壤中分离获得一株生防细菌菌株 Z2ꎮ 根据 16S rDNA、gyrA 基因序列分析和特定基因的选择性扩增ꎬ
结合形态学、生理与生化特性鉴定和 Biolog 检测ꎬ将生防菌株 Z2 鉴定为解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)ꎮ 通
过单因素试验研究菌株的培养条件ꎬ并经过正交实验设计对培养条件进行优化ꎬ探究生防菌对 Zythia versoniana 引起的石
榴干腐病的防治效果ꎮ 生防菌株 Z2的优化培养条件为:温度 27℃ꎬpH = 6或 8ꎬLB培养基ꎬ培养时间 3 dꎮ 采用新鲜离体
石榴果实针刺接种方法进行菌株生防效力检测ꎬ与其他供试植物病原真菌相比ꎬ菌株 Z2对石榴果实干腐病菌 Z. versoniana
具有较强的抑菌活性ꎬ对石榴果实干腐病的病斑抑制率达 31.27%~81.89%ꎮ 本研究获得的生防菌株 Z2对石榴干腐病生物
防治具有开发应用潜力ꎬ优化的培养条件可为该生防菌的产业化和大田应用奠定基础ꎮ 另外ꎬ菌株 Z2 对植物病原真菌有
较宽的抑菌谱ꎬ表明该菌株对其他作物病害的防治也具有潜在的应用价值ꎮ
关键词:石榴干腐病ꎻ 生物防治ꎻ 菌株鉴定ꎻ 培养条件优化ꎻ 解淀粉芽胞杆菌
Identification of a biocontrol strain Z2 against pomegranate dry rot and optimization
of its cultural conditions   MA Yao ̄hua 1ꎬ TAN Xiao ̄yan1ꎬ HUANG Si ̄liang2ꎬ ZHANG Xun3ꎬ
ZANG Li ̄qin1ꎬ NIU Xiao ̄rui2   ( 1College of Life Sciencesꎬ Zaozhuang Universityꎬ Zaozhuang 277160ꎬ Chinaꎻ 2 School
of Life Science and Technologyꎬ Nanyang Normal Universityꎬ Nanyang 473061ꎬ China ꎻ 3Department of Plant Pathologyꎬ
College of Agriculture and Biotechnologyꎬ China Agricultural Universityꎬ Beijing 100193ꎬ China)
Abstract: A biocontrol strain Z2 was isolated from the rhizosphere soil of pomegranate (Punica granatum)ꎬ
and identified as Bacillus amyloliquefaciens based on phylogenetic analyses of 16S rDNA and gyrA gene
sequences and selective amplifications of specific genes as well as morphologicalꎬ physiologicalꎬ biochemical
characterizations and Biolog detection. The cultural conditions of the strain were investigated by single factor
experimentꎬ and optimized using orthogonal experimental design to enhance its biocontrol efficacy against Zythia
versoniana causing pomegranate dry rot (PDR) . The optimized cultural conditions of strain Z2 were obtained as
a combination of temperature 27 °Cꎬ pH =6 or 8ꎬ LB medium and incubation time 3 d. The biocontrol efficacy
of the strain was tested by needle inoculation on freshly detached pomegranate fruit under the optimized cultural
conditions. The strain Z2 had stronger suppressive activity against Z. versoniana compared with other fungal phy ̄
topathogens tested. The lesion inhibition rates of pomegranate fruit dry rot reached to 31.27%-81.89% by strain
Z2. The strain Z2 could be thus considered a promising biocontrol agent against PDR. The optimized cultural
conditions lay a foundation for industrialization and field application of the biocontrol agent. In additionꎬ a broad
suppressive spectrum of strain Z2 against fungal phytopathogens was observedꎬ indicating the potential of strain
 
植物病理学报 45卷
Z2 as biocontrol agent against other plant diseases as well as PDR.
Key words: pomegranate dry rotꎻ biocontrolꎻ strain identificationꎻ optimization of cultural conditionsꎻ
Bacillus amyloliquefaciens
中图分类号: S476          文献标识码: A          文章编号: 0412 ̄0914(2015)04 ̄0425 ̄13
    石榴(Punica granatum)原产于伊朗、阿富汗ꎬ
在亚洲、非洲和欧洲沿地中海各地均有栽培ꎬ以热
带非洲尤多[1]ꎮ 我国除东北极寒冷地区外ꎬ均适
合石榴栽培[2]ꎮ 由 Zythia versoniana Sacc.引起的
石榴干腐病是影响石榴产业最严重的病害ꎬ该病主
要侵染石榴的果实和树干ꎬ在贮藏期也造成大量烂
果[3]ꎮ 目前ꎬ国内外对石榴干腐病采取以农业防
治技术为基础ꎬ化学防治技术为主导的综合防治措
施ꎬ防治效果不甚理想ꎮ 农业防治多采用清园、套
袋、加强栽培管理等ꎮ 化学防治使用的农药有多菌
灵、甲基托布津、代森锰锌、福美砷和石硫合剂
等[1~7]ꎮ 然而化学农药造成的环境污染问题、病原
微生物抗药性的问题及其对人类健康的潜在威胁
越来越受到关注ꎮ 由于缺乏化学农药的合理使用ꎬ
过量频施化学农药ꎬ严重破坏了生态平衡和生物的
多样性ꎬ因此ꎬ寻求安全有效的病害防治途径ꎬ生物
防治或许是解决化学农药残留污染的有效途径之
一[8ꎬ 9]ꎮ Lu等[10]从枇杷内生真菌中ꎬ筛选出对石
榴干腐病菌有拮抗活性的菌株ꎮ 目前国内外鲜有
石榴干腐病生防细菌方面的研究ꎬ本文成功分离到
对石榴干腐病菌有较强抑制活性的生防细菌 Z2ꎬ
应用传统的形态学和生理生化及分子生物学相结
合的方法对生防菌株 Z2 进行了鉴定ꎬ同时通过正
交试验设计对该菌株的培养条件进行了优化ꎮ
1  材料与方法
1.1  材料
1.1.1  供试菌株  石榴干腐病菌(Z. versoniana)
菌株 Zy06、抑菌谱测定所用的植物病原真菌均由
课题组分离纯化ꎬ并经致病性验证后获得ꎬ枯草芽
胞杆菌(Bacillus subtilis)菌株 NS03 由本课题组分
离纯化并鉴定获得ꎮ
1.1.2  培养基   本试验使用的固体培养基为 NA
和 PDA[11]ꎮ LB、豆芽汁葡萄糖、NB(不加琼脂的
NA)和 PDB(不加琼脂的 PDA)液体培养基参考文
献[11] ~ [13] 配制ꎮ 淀粉液体培养基(蛋白胨
10 g、NaCl 5 g、牛肉膏 5 g、可溶性淀粉 2 g、蒸馏
水1 000 mL)按常规方法配制ꎮ 玉米粉蔗糖液体
培养基(玉米粉 60 g、KH2PO4 3 g、维生素 B1 100
mg、蔗糖 10 g、MgSO4􀅰7H2O 1.5 g、蒸馏水 1 000
mL)121℃灭菌 30 minꎬ维生素 B1 配成 100 mg /
mL的母液ꎬ用一次性针头式过滤器(Millipore SL ̄
HP03RBꎬ0.45 μm)过滤除菌后按比例添加ꎮ
1.1.3  分子生物学鉴定试剂   基因组提取试剂
盒、Premix Taq、PCR 产物回收试剂盒购自宝生物
工程(大连)有限公司ꎬ引物由生工生物工程(上
海)股份有限公司合成ꎬPCR 产物由武汉华大基因
科技有限公司测序ꎮ
1.2  生防菌株的分离和纯化
    2010年 5月ꎬ在山东省枣庄市峄城区“冠世榴
园” (东经 117°32′925″ꎬ北纬 34°46′086″ꎬ海拔 91
m)采集石榴根际土壤ꎬ按以下程序进行生防菌株
的分离与纯化:称取土壤 10 gꎬ放入 90 mL 有玻璃
珠的无菌水三角瓶中ꎬ制成 10-1土壤悬浮液后在摇
床上 120 r / min 摇荡 20 minꎬ然后梯度稀释成
10-2、10-3、10-4、10-5及 10-6浓度ꎬ并从 10-4、10-5与
10-6浓度中各吸取 0.2 mL 土壤悬浮液涂布 NA 平
板ꎬ每处理 3 个重复ꎬ在 37℃下倒置培养ꎬ24 h 后
观察ꎬ如有单菌落ꎬ通过平板划线法进行纯化ꎬ并将
纯化后的分离物挑到 NA 斜面上ꎬ培养 24 h 后于
4℃冰箱中保存备用[11]ꎮ
1.3  菌株 Z2的抑菌活性测定
    采用平板对峙法对分离到的菌株 Z2 进行抑
菌活性测定ꎮ 将石榴干腐病菌菌株 Zy06 在 PDA
平板上 28℃培养至长满整个平板ꎬ用直径 5 mm打
孔器在平板上打取菌饼ꎬ取一块菌饼反贴于 PDA
平板中央ꎬ在离菌饼约 2 cm两侧ꎬ用接种环挑取少
量培养 24 h 的菌株 Z2 各划 1 条约 3 cm 的细线ꎬ
以只接病原菌为对照ꎬ每处理 3个重复ꎬ28℃培养ꎬ
待对照病原菌长满整个平皿时ꎬ观察试验结果ꎮ 菌
落生长抑制率按公式计算[12ꎬ13]ꎮ
624
 
  4期 马耀华ꎬ等:石榴干腐病生防菌株 Z2的鉴定及其培养条件的优化
菌落生长抑制率(%)=
对照菌落生长距离-处理菌落净生长距离
对照菌落净生长距离
× 100%
    除石榴干腐病菌外还用相同方法测定了菌株
Z2对其他 17种植物病原真菌的抑菌活性ꎮ 这 17
种供试植物病原真菌为:石榴褐斑病菌(Cercospo ̄
ra punicae)、石榴枯萎病菌 (Ceratocystis fimbria ̄
ta)、芝麻白绢病菌(Sclerotium rolfsii)、芝麻枯萎病
菌(Fusarium oxysporum)、苹果霉心病菌(Trichoth ̄
ecium roseum)、苹果轮纹病菌(Botryosphaeria be ̄
rengeriana)、香蕉叶斑病菌(Exserohilum rostratum
和 Pseudocercospora musae)、山茱萸叶斑病菌(Al ̄
ternaria alternata、 Pestalotiopsis foedans 和 Pey ̄
ronellaea glomerata)、大叶黄杨炭疽病菌 Colleto ̄
trichum gloeosporioides(菌株 ZZS4447和 ZZS4449)、
甘蔗凤梨病菌(Thielaviopsis paradoxa)和玉米穗腐病
菌(Fusarium equiseti、Fusarium proliferatum、Gibberel ̄
la moniliformis和 Gibberella zeae)ꎮ
1.4  生防菌株 Z2的鉴定
1.4.1  菌株 Z2的 Biolog检测、形态学特征和生理
生化特性鉴定  Biolog 检测在中国农业大学农学
与生物技术学院植物病理学系进行ꎮ 菌株 Z2 菌
体形态采用扫描电镜(Hitachi TM ̄1000)观察并拍
照ꎮ 其它形态学和生理生化指标参考文献[14]和
[15]ꎬ按常规细菌学方法对菌株 Z2进行测定ꎮ
1.4.2  16S rDNA、gyrA 基因序列分析及特定基因
的选择性 PCR扩增
    (1) 16S rDNA 序列的 PCR 扩增  用稀释涂
布法将菌株 Z2 接种在 NA 平板上ꎬ 30℃培养 24
hꎬ挑取单一菌落溶于 10 μL 1% SDS溶液中裂解ꎬ
漩涡振荡仪上充分摇匀ꎬ再加入 300 μL TE(Tris ̄
HCl)溶解即为 DNA 原液ꎬ将原液稀释 10 倍作为
PCR 扩 增 模 板ꎬ 采 用 通 用 引 物 primer F27
(5′ ̄AGAGTTTGATCATGGCTCAG ̄3′) 和 primer
R1492 ( 5′ ̄TACGGTTACCTTGTTACGACTT ̄ 3′)
进行单菌落直接 PCR扩增ꎮ 50 μL PCR反应体系
包括:Premix Taq 10×buffer 25 μL、primer F27 与
primer R1492 各 1 μL、 template DNA 1 μL 和
ddH2O 22 μLꎮ PCR反应条件:94℃1 minꎬ30 个扩
增循环(94℃ 45 s→54℃ 45 s→72℃ 1.5 min)ꎬ
72℃ 5 minꎮ 反应结束后ꎬ取 5 μL 反应液用 1% 琼
脂糖凝胶电泳检测[11~13]ꎮ
    (2) gyrA 基因序列的 PCR 扩增   引物为
primer gyrA ̄f ( 5′ ̄CAGTCAGGAAATGCGTACGT ̄
CCTT ̄3′) 和 primer gyrA ̄r ( 5′ ̄CAAGGTAAT ̄
GCTCCAGGCATTGCT ̄3′)ꎮ PCR 反应条件:95℃
预热 5 minꎬ94℃变性 1 minꎬ62℃退火 1 minꎬ72℃
延伸 2 minꎬ30个循环ꎬ72℃延伸 10 min[16ꎬ17]ꎮ
    上述 2 种 PCR 产物均用试剂盒纯化测序后ꎬ
应用 BLAST 程序进行同源性比较ꎬ使用 GenBank
中的 Banklt 软件提交序列ꎮ 采用 Mega5. 1 中的
Kimura ̄2 ̄Parameter 模型ꎬ邻接法(NJ)构建系统发
育树( replicates= 1000ꎬbootstrap值取百分比)ꎮ
    (3)特定基因的选择性 PCR 扩增  采用试剂
盒提取枯草芽胞杆菌菌株 NS03 与待测菌株 Z2 的
DNA作为模板ꎬ分别用 2 对引物 YyaO ̄F / TetB ̄R
和 YyaR ̄FL / TetB ̄R进行 PCR 扩增ꎮ 引物序列为
YyaO ̄F: 5′ ̄GGAACCAGTCCACAGGGTTGTGG ̄3′ꎻ
YyaR ̄FL: 5′ ̄AAGGAGAATCATTTATGCGGTC ̄3′ꎻ
TetB ̄R: 5′ ̄CCATATAGAGCTGTTCCAATGGAGA ̄
AG ̄3′[18ꎬ19]ꎮ PCR 反应条件:94℃ 预变性 3 minꎬ94℃
变性 30 sꎬ55℃退火 30 sꎬ72℃延伸 40 sꎬ30个循环ꎻ再
72℃延伸 8 minꎬ4℃ 降温 5 minꎮ 反应结束后ꎬ取 5
μL 反应液用 1% 琼脂糖凝胶电泳检测ꎮ
1.5  培养条件对生防菌株 Z2 生物量及其抑制石
榴干腐病菌活性的影响
1.5.1  温度  采用抑菌圈法测定生防菌株 Z2在不
同温度下的抑菌活性ꎬ将菌株 Z2接种于 10 mL NB
培养基中ꎬ然后每隔 3℃一个梯度ꎬ分别置于 4℃ ~
48℃培养 48 hꎮ 将石榴干腐病菌菌株 Zy06接种于
PDA平板上ꎬ28℃培养至分生孢子产生ꎬ配成约 1×
108个 / mL的孢子悬浮液备用ꎮ 测定时先倒一薄层
水琼脂于培养皿内ꎬ冷却后ꎬ中间放一牛津杯ꎬ将融
化的 100 mL PDA 培养基冷却到 50℃左右ꎬ加入 1
mL干腐病菌孢子悬浮液ꎬ混匀后倒入培养皿中ꎬ每
皿约 20 mLꎬ冷却后ꎬ取出牛津杯ꎬ孔中注入 0.1 mL
待测菌株 Z2的发酵液ꎬ以 NB 培养基为空白对照ꎬ
每处理 3个重复ꎬ于 28℃培养ꎬ待对照病原菌长满培
养皿时ꎬ采用十字交叉法测量抑菌圈直径ꎬ余下的菌
株 Z2发酵液ꎬ在波长 625 nm处测其 OD值[12ꎬ13]ꎮ
1.5.2  pH值  用 pH 计将 NB 液体培养基 pH 分
别调至 3、4、5、6、7、8、9、10、11 和 12ꎬ分别接入菌
724
 
植物病理学报 45卷
株 Z2ꎬ37℃摇床(120 r / min)培养 48 hꎬ用 1.5.1 方
法测其生物量和抑菌活性ꎮ
1.5.3  培养基  将菌株 Z2分别接种于 NB、LB、玉
米粉蔗糖、豆芽汁葡萄糖、PDB 和淀粉 6 种液体培
养基中ꎬ37℃ 发酵 48 h 后ꎮ 用 1.5.1 方法测其生
物量和抑菌活性ꎮ
1.5.4  培养时间   将菌株 Z2 接种于 NB 培养基
中ꎬ37℃ 分别发酵 1、2、3、4、5、6、7、8和 9 d后ꎮ 用
1.5.1方法测其生物量和抑菌活性ꎮ
1.5.5  培养条件优化   根据单因素试验结果ꎬ选
择温度(A)、 pH(B)、培养基种类(C)和培养时间
(D)4个因素中较好的水平各取 3个ꎬ选用 L9(34)
正交试验ꎬ优化菌株 Z2的培养条件ꎮ
1.6  室内离体防治试验
    将生防菌株 Z2 于上述优化后的培养条件进
行培养ꎬ配成浓度约为 1×108CFU / mL 的菌体悬浮
液ꎮ 将石榴干腐病菌菌株 Zy06 接种于 PDA 平板
上ꎬ28℃培养至分生孢子产生ꎬ配成约 1×108个 /
mL的孢子悬浮液备用ꎮ 取健康新鲜未成熟的果
实(品种:大青皮)ꎬ用清水洗干净ꎬ无菌水冲洗 3
次ꎬ置灭菌托盘ꎬ内铺 4 层灭菌纱布ꎮ 设 3 个接种
处理:处理 1为接种石榴干腐病菌 1 d 后再接生防
菌ꎻ处理 2 为接种生防菌 1 d 后再接石榴干腐病
菌ꎻ处理 3为同时接种石榴干腐病菌和生防菌ꎮ 以
只接石榴干腐病菌为对照ꎬ每处理 5 个重复ꎬ每重
复 6个果实ꎬ贴好标签ꎬ针刺后按相应的处理用喷
雾法接种生防菌菌体悬浮液和病原菌孢子悬浮液ꎬ
每个果实接种量约 2 mLꎬ接种完后用无菌水浸湿
纱布ꎬ覆盖保鲜膜保湿ꎬ28℃培养观察ꎬ待对照发病
后第 14 d调查发病情况ꎬ采用十字相交法测量病
斑直径ꎬ计算病斑抑制率ꎮ
    病斑抑制率(%)=
    对照病斑总面积 ̄处理病斑总面积
对照病斑总面积
×100%
1.7  数据分析
    采用 Excel 2003 和 SPSS 统计软件( version
19.0ꎬ IBM Corporationꎬ New Yorkꎬ USA)对相关
数据进行方差分析ꎮ
2  结果
2.1  生防菌株 Z2的抑菌活性
    生防菌株 Z2 对包括石榴干腐病菌在内的多
种植物病原真菌均有不同程度的抑菌活性ꎬ病原真
菌的菌落生长抑制率为 17.97% ~ 69.28%(表 1)ꎮ
在供试的 18种植物病原真菌中ꎬ以石榴干腐病菌
(Z. versoniana)对该生防菌株最为敏感ꎬ其菌落生
长抑制率最高(69.28%)ꎬ在 0.01%水平上极显著
高于其他 17种供试植物病原真菌(表 1)ꎮ 与菌株
Z2对峙培养的石榴干腐病菌菌株 Zy06 产生大量
深褐色的分生孢子(图 1)ꎮ
Table 1  Suppressive activites of strain Z2 against fungal phytopathogens
Fungal phytopathogen Inhibition rate / % Fungal phytopathogen Inhibition rate / %
Zythia versoniana 69.28 a A Fusarium equiseti 24.90 defgh CDEFG
Trichothecium roseum 42.32 b B Fusarium oxysporum 23.81 defghi DEFGH
Gibberella zeae 31.04 c C Botryosphaeria berengeriana 22.78 efghij EFGH
Colletotrichum gloeosporioides Cercospora punicae 22.52 efghij EFGH
strain ZZS4447 30.40 c CD Exserohilum rostratum 21.60 efghij FGH
strain ZZS4449 26.05 cdef CDEFG Pseudocercospora musae 21.40 fghij FGH
Peyronellaea glomerata 28.87 cd CDE Gibberella moniliformis 20.79 ghij FGH
Pestalotiopsis foedans 28.68 cd CDE Alternaria alternata 19.86 hij FGH
Ceratocystis fimbriata 26.54 cde CDEF Sclerotium rolfsii 19.63 ij GH
Fusarium proliferatum 25.14 defg CDEFG Thielaviopsis paradoxa 17.97 j H
  Values are the means of three replicates. The inhibition rates sharing same lowercase(s) and capital(s) with each other are not
significantly different at levels of P= 0.05 and P= 0.01ꎬ respectively.
824
 
  4期 马耀华ꎬ等:石榴干腐病生防菌株 Z2的鉴定及其培养条件的优化
Fig. 1  Suppressive activity of the biocontrol
strain Z2 against Zythia versoniana
causing dry rot of pomegranate fruit
A: CK colony of Z. versonianaꎻ  B: A colony of Z. verso ̄
niana (middle) inhibited by strain Z2 ( right and left) .
2.2  生防菌株 Z2的鉴定
2.2.1  形态学特征   生防菌株 Z2 在 NA 上培养
48 hꎬ其单菌落圆形或近圆形ꎬ平均直径 1.2 cmꎬ米
白色ꎬ扁平ꎬ表面干燥ꎬ有皱褶并形成同心圆ꎬ边缘
波状ꎬ不透明(图 2 ̄A)ꎮ 革兰氏阳性ꎬ电子显微镜
下观察ꎬ细胞呈杆状ꎬ两端钝圆ꎬ周生鞭毛ꎬ菌体大
小 0.79 μm×1.67 μmꎬ链状排列(图 2 ̄B)ꎬ芽胞近
端生ꎬ椭圆形ꎬ胞囊不膨大ꎬ无伴胞晶体ꎮ
Fig. 2   Morphological characteristics of the
biocontrol strain Z2
A: Colonies of strain Z2ꎻ B: Scanning electron micrograph
of strain Z2(scale bar= 2 μm) .
2.2.2  生理生化特性  对生防菌株 Z2 进行生理
生化测定结果(表 2)表明ꎬ显示阳性反应的测试项
目有:接触酶、Voges ̄Proskauer、明胶液化、柠檬酸
盐、淀粉水解、硝酸盐还原、葡萄糖发酵、酪素水解
和棉子糖发酵ꎮ 阴性反应的测试项目有:D ̄木糖
发酵、甘露醇发酵、乳糖发酵和山梨糖发酵ꎮ 该生
防菌株在 20℃ ~ 40℃能生长ꎬ60℃下不生长ꎬ能在
7%以下的 NaCl 和 pH 5. 8 的 NB 液体培养基中
生长ꎮ
Table 2  Physiological and biochemical characteristics of biocontrol strain Z2
Item tested Reaction Item tested Reaction
Anaerobic growth - Maltose +
Catalase + Acid production from L ̄arabinose +
Voges ̄Proskauer + Sorbose -
Gelatin liquefaction + Nutrient broth at pH 5.8 +
Utilization of sodium citrate + Growth at
Hydrolyzed starch + 5 ℃ -
Nitrate reduction + 20 ℃ +
Casein hydrolysis + 40 ℃ +
Acid production from 60 ℃ -
D ̄mannitol - Growth in
D ̄glucose∗ - 2 % NaCl +
D ̄xylose - 5 % NaCl +
α ̄lactose - 7 % NaCl +
Raffinose + 10 % NaCl -
  “+” and “-” represent positive and negative reactionsꎬ respectively. In growth temperature measurementꎬ “+” and “-” repre ̄
sent growth and no growthꎬ respectively. “∗”: Acid production was confirmed without gas formation.
924
 
植物病理学报 45卷
2.2.3  Biolog系统鉴定  Biolog 系统鉴定结果表
明ꎬ与菌株 Z2 亲缘关系最近的为枯草芽胞杆菌
(B. subtilis)ꎬ但与枯草芽胞杆菌的相似性指数较
小仅为 0.589ꎮ
2.2.4  菌株 Z2的 16S rDNA序列分析  用 primer
F27和 primer R1492 进行单菌落直接 PCR 扩增ꎬ
得到了菌株 Z2 约 1.4 kb 的 DNA 片段ꎬ通过凝胶
回收纯化后直接测序ꎬ共测得菌株 Z2 的 16S rD ̄
NA 序 列 1 398 个 碱 基 ( GenBank 登 录 号:
JQ996414)ꎮ 采用 www. ncbi. nlm. nlh. gov 网站中
的 BLAST 程序进行比较分析ꎬ发现菌株 Z2 与解
淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)、莫海威
芽胞杆菌 (Bacillus mojavensis)和枯草芽胞杆菌
(B. subtilis)均有 99%的同源性ꎮ 从构建的基于
16S rDNA序列的系统发育树中可以看出菌株 Z2
和 B. amyloliquefaciens ( AB199317、 GU085100、
KC250220、NR_075005)及 B. subtilis(AM501549、
FJ598009)聚为一族(图 3)ꎮ
Fig. 3  Phylogenetic tree established based on 16S rDNA sequence
homology of strain Z2 with related bacteria derived from GenBank database
The numbers on branches indicate bootstrap values. The tree was constructed by Kimura ̄2 ̄Parameter model and N ̄J method
with bootstrap values calculated from 1000 resampling. The numbers at each node indicate the percentages
supported by bootstrap(values lower than 50% are not shown) .The numbers in parentheses are the
accession numbers of related sequences in GenBank.The scale bars represent 0.05 substitutions per nucleotide position.
034
 
  4期 马耀华ꎬ等:石榴干腐病生防菌株 Z2的鉴定及其培养条件的优化
    用 primer gyrA ̄f 和 primer gyrA ̄r 进行 PCR 扩
增ꎬ通过测序获得了菌株 Z2 的 gyrA 基因序列
1 025个 碱 基 ( GenBank 登 录 号: KJ833588 )ꎮ
BLAST分析结果表明ꎬ菌株 Z2 与 2 株解淀粉芽胞
杆菌 B. amyloliquefaciens (AB674751和 FN662837)
的相似性达 100%ꎮ 在构建的基于 gyrA基因序列的
系统树中ꎬ菌株 Z2与随机选定的 7株解淀粉芽胞杆
菌 B. amyloliquefaciens ( AB674751、 FN662837、
JX513943、 KC011344、 KC311726、 KC797584、
KF601552)以 100%自举值相聚一群(图 4)ꎬ并能与
相近种枯草芽胞杆菌 B. subtilis ( DQ001131、
JX977127、 JX977128、 JX977129、 JX977130、
JX977131) 和 莫 海 威 芽 胞 杆 菌 B. mojavensis
(EU138644、FJ546327、FJ546331)等区分开ꎮ 同时ꎬ
通过 gyrA基因的系统发育分析ꎬ还可以得到比较详
细的种内个体分化信息ꎬ7株 B. amyloliquefaciens被
分为 2个大的亚群ꎬ揭示了亚种 Bacillus amylolique ̄
faciens subsp. plantarum 以及 B. amyloliquefaciens
不同菌株间的亲缘关系ꎮ
2.2.5  菌株 Z2 与枯草芽胞杆菌特定基因的选择
性扩增  在 B. subtilis中ꎬ基因 yyaR位于转运蛋白
基因 tetB ̄tetL的下游 2 003 bp 处ꎬ基因 yyaO 位于
tetB (L)的上游并与之相邻ꎻ而在 B. amyloliquefa ̄
ciens中ꎬtetB ̄tetL的上游基因是 yyaRꎮ 据此设计 2
对引物 YyaO ̄F / TetB ̄R 和 YyaR ̄FL / TetB ̄R 用于
PCR 扩增ꎬ其中正向引物 YyaO ̄F和 YyaR ̄FL分别
源自 2 个基因( yyaO、yyaR)的 3′末端ꎬ反向引物
TetB ̄R源自基因 tetB的 5′末端[18ꎬ19]ꎮ 分别用上述
2 对引物对待测菌株 Z2和 B. subtilis菌株 NS03进
行 PCR扩增ꎬ结果表明当以 YyaO ̄F / TetB ̄R 作为
引物时ꎬB. subtilis菌株 NS03 有目标扩增产物ꎬ而
菌株 Z2 无目标扩增产物ꎻ以 YyaR ̄FL / TetB ̄R 作
为引物时ꎬB. subtilis 菌株 NS03 无目标扩增产物ꎬ
而菌株 Z2有目标扩增产物(图 5)ꎬ因此可确定菌
株 Z2 属于解淀粉芽胞杆菌 ( B. amyloliquefa ̄
ciens)ꎮ
Fig. 4  Phylogenetic tree established based on gyrA gene sequence homology
of strain Z2 with related bacteria derived from GenBank database
The numbers on branches indicate bootstrap values. The tree was constructed by Kimura ̄2 ̄Parameter model and N ̄J method
with bootstrap values calculated from 1000 resampling. The numbers at each node indicate the percentages supported by
bootstrap (values lower than 50% are not shown) .The numbers in parentheses are the accession numbers of
related sequences in GenBank.The scale bars represent 0.05 substitutions per nucleotide position.
134
 
植物病理学报 45卷
Fig. 5   Gel electrophoresis of the PCR pro ̄
ducts of strain Z2 and Bacillus subtilis
using the primers YyaR ̄FL / TetB ̄R and
YyaO ̄F / TetB ̄R
M: Marker Ш DNA ladderꎻLane 1 and Lane 3: Strain Z2ꎻLane
2 and Lane 4: B. subtilis strain NS03. Lane 1 and Lane 2: Am ̄
plified by the primer pair of YyaR ̄FL and TetB ̄Rꎻ Lane 3 and
Lane 4: Amplified by the primer pair of YyaO ̄F and TetB ̄R.
    综合上述试验结果ꎬ查阅相关资料[14ꎬ15ꎬ19~24]ꎬ
根据 16S rDNA、gyrA基因序列分析及特定基因的
选择性 PCR扩增结果ꎬ结合菌株的形态学特征、生
理生化反应特性和 Biolog测定结果ꎬ将菌株 Z2 鉴
定为解淀粉芽胞杆菌(B. amyloliquefaciens)ꎮ
2.3  菌株 Z2培养条件的优化
2.3.1  不同温度和 pH对菌株 Z2生物量和抑菌活
性的影响   研究结果表明温度对菌株 Z2 的抑菌
活性有显著影响ꎬ在 4℃ ~30℃之间ꎬ其抑菌圈直径
随着温度的增高呈现增大的趋势ꎬ在 24℃ ~ 30 ℃
之间抑菌效果最好ꎬ抑菌圈直径为 4.05 cm ~ 4.17
cmꎬ在 30℃ ~ 39℃之间随着温度的增加抑菌圈直
径逐渐减小ꎬ后期基本保持稳定ꎮ 从反应菌体生物
量的 OD值测定结果可以看出ꎬ菌株 Z2 有较广的
温度生长范围ꎬ在 7℃ ~48℃间均能生长ꎬ最适生长
温度为 30℃ꎮ 在适宜的生长温度范围内ꎬOD值大
小和抑菌圈直径大小的变化趋势基本一致ꎬ可以认
为菌株 Z2 的菌体生物量与其抑菌活性呈正相关
(图 6)ꎮ pH对菌株 Z2 的抑菌活性和生物量有显
著的影响ꎬ抑菌圈直径和 OD值的变化趋势基本一
致ꎬ当 pH为 7 时菌体生物量和抑菌活性达到最
大ꎬpH为 4~11时该菌株均能生长(图 7)ꎮ
Fig. 6  Effect of temperature on biomass and
antifungal activities of strain Z2
Fig. 7  Effect of pH on biomass and antifun ̄
gal activities of strain Z2
2.3.2  不同培养时间对菌株 Z2 生物量和抑菌活
性的影响   培养时间对菌株 Z2 的抑菌活性和生
物量有一定影响ꎬ培养到第 3 d 时抑菌活性和菌体
生物量均达到最大ꎬ随后随着时间的推移ꎬ菌体生
物量变化不大ꎬ但抑菌活性逐渐下降(图 8)ꎮ 菌株
Z2的最佳培养时间为 3~5 dꎮ
Fig. 8  Effects of incubation time on biomass
and antifungal activities of strain Z2
2.3.3  不同培养基对菌株 Z2生物量和抑菌活性的
影响  测定结果显示ꎬ供试 6种培养基对菌株 Z2的
抑菌活性有极显著影响ꎬ其中在 LB、PDB 及 NB 培
养基中菌株 Z2生物量和抑菌活性最大ꎬ且三者间的
234
 
  4期 马耀华ꎬ等:石榴干腐病生防菌株 Z2的鉴定及其培养条件的优化
抑菌活性在 0.05和 0.01水平上差异不显著(表 3)ꎮ
2.3.4  菌株 Z2 培养条件的优化  根据单因素试
验结果选取每个因素的 3 个水平制作出因素水平
表(表 4)ꎬ采用 L934进行正交试验设计优化菌株
Z2的培养条件(表 5)ꎮ 正交试验方差分析结果表
明ꎬ4种主效应因素对菌株 Z2 的抑菌作用影响极
显著(表 6)ꎮ 通过 LSD 法多重比较表明ꎬB 因素
第 1水平和第 3水平之间差异不显著ꎬ其余因素各
水平之间差异极显著(表 7)ꎬ因此确定其最优水平
组合为 A2B3C3D1 或 A2B1C3D1ꎮ 得到菌株 Z2
的优化培养条件:发酵温度为 27 ℃ꎬpH 为 6 或 8ꎬ
培养基为 LBꎬ培养时间为 3 dꎮ
Table 3  Effects of nutrition conditions on biomass (OD625 nm) and inhibition zone
diameters of the biocontrol strain Z2 against Zythia versoniana
Medium OD values(625 nm) Inhibition zone diameter / cm
LB 2.957 3 4.53 aA
PDB 2.567 6 4.30 aA
NB 2.703 2 4.21 aAB
Sprouts juice sucrose broth 2.089 9 3.57 bB
Starch broth 2.085 4 3.50 bB
Corn flour sucrose broth 1.987 6 3.17 bB
  Values are the means of three replicates. The inhibition zone diameters sharing same lowercase( s) and capital( s) with each
other are not significantly different at levels of P= 0.05 and P= 0.01ꎬ respectively.
Table 4  Factors and levels used for optimization of cultural condition for strain Z2
Level
Factors
A B C D
Temperature / ℃ pH Medium Incubation time / d
1 24 6 PDB 3
2 27 7 NB 4
3 30 8 LB 5
 
Table 5  Optimization of cultural condition for strain Z2
Trial
Factor Inhibition zone diameter / cm
A B C D Unit groupⅠ Unit groupⅡ Unit groupⅢ Average
1 1 1 1 1 2.50 2.60 2.55 2.55
2 1 2 2 2 2.50 2.50 2.65 2.55
3 1 3 3 3 3.65 3.70 3.60 3.65
4 2 1 2 3 4.00 4.05 4.00 4.01
5 2 2 3 1 4.40 4.55 4.50 4.48
6 2 3 1 2 2.65 2.70 2.85 2.73
7 3 1 3 2 3.30 3.45 3.40 3.38
8 3 2 1 3 2.40 2.45 2.35 2.40
9 3 3 2 1 3.75 3.55 3.65 3.65
K1 8.75 9.94 7.68 10.68
K2 11.22 9.43 10.21 8.66
K3 9.43 10.03 11.51 10.06
X1 2.92 3.31 2.56 3.56
X2 3.74 3.14 3.40 2.89
X3 3.14 3.34 3.84 3.35
  K1ꎬ K2 and K3 represent the sum of the three levels of test indicators as various factorsꎬ respectively. X1ꎬ X2 and X3 are
shown as the means of K1ꎬ K2 and K3 levelsꎬ respectively.
334
 
植物病理学报 45卷
Table 6  Analysis of the optimization effect on cultural condition of strain Z2
Source of variation SS df MS F F0.05 F0.01
A 3.291 2 1.646 306.431∗∗ 3.5686 6.053
B 0.211 2 0.106 19.672∗∗
C 7.601 2 3.800 707.655∗∗
D 2.136 2 1.068 198.845∗∗
Error 0.097 18 0.005
Total 13.336 26
Values followed by “∗∗” are significantly different at P= 0.01.
Table 7  Multiple comparison of antifungal activities among various
levels and factors of strain Z2 (LSD)
Level
Inhibition zone diameter / cm
A B C D
Temperature / ℃ pH Medium Incubation time / d
1 2.92 cC 3.31 aA 2.56 cC 3.56 aA
2 3.74 aA 3.14 bB 3.40 bB 2.89 cC
3 3.14 bB 3.34 aA 3.84 aA 3.35 bB
Values are the means of three replicates. Means in a column sharing same lowercase( s) and capital( s) with each other are not
significantly different at levels of P= 0.05 and P= 0.01ꎬ respectively.
Table 8  Suppression of pomegranate fruit dry rot by strain Z2
Treatment Number of lesions Total lesion area / mm2 Lesion inhibition rate / %
1 28 882.6 31.27 cC
2 24 380.4 70.38 bB
3 23 232.6 81.89 aA
CK 30 1 284.2
  Values are the means of three replicates. The lesion inhibition rates sharing same lowercase(s) and capital(s) with each other
are not significantly different at levels of P= 0.05 and P= 0.01ꎬ respectively.
2.4  室内离体防治试验
    生防菌株 Z2 的不同接种处理对石榴干腐病
的抑制作用有显著影响(表 8、图 9)ꎬ处理 1(先接
病原菌 1 d 后接生防菌)的病斑抑制率最小为
31.27%ꎻ处理 2(先接生防菌 1 d后接病原菌)的病
斑抑制率居中为 70.38 %ꎻ处理 3(同时接病原菌和
生防菌)的病斑抑制率最大达 81.89%ꎮ 处理 3 的
病斑抑制率与处理 2和处理 1 相比在 0.01 水平上
差异极显著ꎬ效果最好ꎬ因此可推断生防菌株 Z2
对石榴干腐病菌的抑制主要是预防和治疗的作用ꎮ
3  讨论
    目前ꎬ石榴干腐病的防治主要采用以化学防治
为主导、农业防治为辅助的综合防治体系ꎮ 生物防
治技术因其与环境兼容性好而受到植物保护工作
者的重视ꎮ 获取更多的拮抗微生物资源是开展石
榴干腐病生物防治的重要基础ꎮ 作者从石榴根际
土壤中分离筛选得到了 1 株对石榴干腐病有较强
抑制作用的生防菌株 Z2ꎬ鉴定结果表明菌株 Z2为
434
 
  4期 马耀华ꎬ等:石榴干腐病生防菌株 Z2的鉴定及其培养条件的优化
Fig. 9  Efficacies of strain Z2 in controlling pomegranate fruit dry rot
A:CKꎬThe fruit were inoculated by strain Zy06 aloneꎻ
B:Treatment 1ꎬ strain Z2 was applied on the fruit one day after inoculation by strain Zy06ꎻ
C:Treatment 2ꎬ strain Z2 was applied on the fruit one day before inoculation by strain Zy06ꎻ
D:Treatment 3ꎬ both strains Zy06 and Z2 were inoculated on the fruit synchronously.
解淀粉芽胞杆菌(B. amyloliquefaciens)ꎮ 解淀粉
芽胞杆菌(B. amyloliquefaciens)和枯草芽胞杆菌
(B. subtilis)的同源性极高ꎬ仅从表型特征很难区
分ꎬ虽然 16S rDNA基因序列广泛应用于细菌鉴定
或构建细菌的系统进化关系ꎬ但在亲缘关系很近的
种间(如解淀粉芽胞杆菌和枯草芽胞杆菌)ꎬ由于
序列间的相似度太高而不能有效地将它们区分开
来[16]ꎮ 近年来研究者发现以编码蛋白的基因作为
系统发育鉴定标记可以弥补 16S rDNA 基因的不
足ꎬ如 gyrA 基因、gyrB 基因、ropD 基因等[17]ꎮ 另
外ꎬ由于解淀粉芽胞杆菌和枯草芽胞杆菌同源性极
高ꎬ因此它们含有很多相同或相似的基因ꎬ但这 2
个菌种某些相同或相似基因的排列顺序不同ꎬ因而
可以利用这一差别通过同时鉴定多个基因来区分
这 2个菌种[19]ꎮ 本研究通过分析菌株 Z2 的 gyrA
基因序列(图 4)和特定基因的选择性 PCR 扩增
(图 5)ꎬ结合 16S rDNA(图 3)和表型特征(表 2)
及 Biolog检测ꎬ准确地将菌株 Z2 鉴定为解淀粉芽
胞杆菌(B. amyloliquefaciens)ꎮ
    解淀粉芽胞杆菌作为生防因子具有很大的应
用潜力ꎬ对多种植物病害都有抑制作用ꎮ Ramar ̄
athnam等[20]研究发现ꎬB. amyloliquefaciens DFE16
对加拿大油菜黑胫病有显著的抑制作用ꎬ且能诱导
植株产生系统抗性ꎮ Alvindia[21]通过 B. amyloliq ̄
uefaciens DGA14和热水处理联合作用防治香蕉冠
腐病试验发现ꎬ该方法对病原菌菌丝有 82.61%的
抑制率ꎬ可防止 90% 的果实发生腐烂ꎮ Wang
等[22]从枯萎病重病田中的健康香蕉植株根围分离
得到了一株解淀粉芽胞杆菌W19可显著降低香蕉
枯萎病的发生率ꎬ且该菌株和有机肥联合使用对香
蕉植株有促生作用ꎮ Hu 等[23]从健康大豆根系内
分离出一株对香蕉枯萎病菌有强拮抗效果的内生
解淀粉芽胞杆菌 AF11ꎬ盆栽试验防效达 71.5%ꎮ
Zhang等[24]筛选到 1株对水稻细菌性条斑病具有
良好防效的解淀粉芽胞杆菌 Lx-11ꎬ田间示范试验
防效在 60%以上ꎬ显著高于噻枯唑类杀菌剂ꎬ并对
其抗菌成分进行了研究ꎮ 目前解淀粉芽胞杆菌在
植物病害生物防治中的利用多局限在草本植物或
一年生植物上ꎬ在多年生木本植物上的利用鲜有报
道ꎮ 本文从石榴根际土壤中分离筛选到的解淀粉
芽胞杆菌 Z2 对石榴干腐病菌有较强的抑菌活性
(图 1)ꎬ对所测试的 18 种植物病原真菌都有不同
程度的抑制活性(表 1)ꎬ对采后石榴果实干腐病也
有显著的抑制效果(表 8)ꎬ因此ꎬ菌株 Z2在石榴干
534
 
植物病理学报 45卷
腐病等植物真菌性病害的防治上具有潜在的应用
前景ꎮ 本研究结果进一步拓宽了解淀粉芽胞杆菌
对植物病害的防治范围ꎮ
    生防菌在大田能否发挥防治作用ꎬ关键看其能
否适应大田复杂的环境ꎬ在靶植物表面定殖[25ꎬ26]ꎮ
生理生化测定表明ꎬ菌株 Z2 产生芽胞ꎬ具有较宽
的生长温度范围和生长 pH 范围ꎬ能耐 7%的
NaClꎬ48℃也具抑菌活性ꎬ因此具有较强的抗逆
性ꎬ在石榴干腐病病菌的最适生长温度范围内该菌
生长迅速ꎬ平板测试中对石榴干腐病菌具有强且稳
定的拮抗作用ꎬ因此菌株 Z2 作为石榴干腐病的生
防菌具有开发潜力ꎮ 后续对该生防菌的应用探讨
中ꎬ除了考虑直接应用活菌体ꎬ对菌株 Z2 产生的
抗菌活性成分的纯化、鉴定和利用及其调控基因的
克隆与应用有待深入研究ꎮ
    菌株的摇瓶发酵条件优化试验是走向中试及
工业生产的必要步骤ꎬ培养条件获得的难易程度直
接影响生防菌株产业化生产的成本ꎮ 菌株 Z2 的
摇瓶培养条件经单因素试验和正交设计表明ꎬ其发
酵条件较为简单:在温度 27℃ꎬpH 为 6 或 8 的 LB
培养基培养 3 d 即可对石榴干腐病产生较强的抑
制效果(81.89 %)ꎮ 有关解淀粉芽胞杆菌的培养
条件有不少文献报道[19ꎬ27]ꎬ本研究中生防菌株 Z2
的培养条件与前人研究的结果有些不同ꎬ原因是生
防菌株不同ꎬ抑菌物质产生的条件和产生的抑菌活
性成分可能不同ꎮ 抑菌谱研究结果表明ꎬ虽然菌株
Z2对多种植物病原真菌都有抑制作用ꎬ但对石榴
干腐病菌的抑制效果最好ꎬ抑制率达 69.28%ꎬ极显
著高于其他 17 种测试的植物病原真菌(表 1)ꎬ这
点与已报道的解淀粉芽胞杆菌不同ꎬ已报道的解淀
粉芽胞杆菌对多种植物病原真菌的抑制率都在
60%以上[19ꎬ27~30]ꎬ可见石榴干腐病菌对生防菌株
Z2产生的抑菌活性物质特别敏感ꎬ因此ꎬ本研究中
的菌株 Z2 和已报道的解淀粉芽胞杆菌可能是属
于种内的不同株系ꎬ且菌株 Z2 的来源和生境与其
它解淀粉芽胞杆菌菌株不同ꎬ导致同种细菌不同菌
株(系)间的最优培养条件存在差异ꎮ 菌株 Z2 培
养条件的研究为该菌株的产业化和大田应用奠定
了基础ꎮ 另外ꎬ后续小试、中试生产中通过采用廉
价的培养基和相对较为简单的培养条件生产生防
菌产品ꎬ有望为石榴干腐病的生物防治提供高效、
安全、价廉的生物农药ꎮ
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责任编辑:于金枝
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