全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA 44(2): 195 ̄203(2014)
收稿日期: 2012 ̄06 ̄06ꎻ 修回日期: 2013 ̄07 ̄14
基金项目: 国家自然科学基金(31171809)
通讯作者: 郭坚华ꎬ教授ꎬ主要研究方向为植物病害生物防治ꎻTel:025 ̄84395425ꎬE ̄mail:jhguo@njau.edu.cn
第一作者: 王 勇ꎬ男ꎬ四川内江人ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为植物病害生物防治ꎻE ̄mail:wangyong0829@126.comꎮ
蜡质芽孢杆菌 AR156对辣椒的防病促生机理研究
王 勇ꎬ 周冬梅ꎬ 郭坚华∗
(南京农业大学植物保护学院植物病理学系ꎬ江苏省生物源农药工程中心ꎬ农作物生物灾害综合治理教育部重点实验室ꎬ 南京 210095)
摘要:蜡质芽孢杆菌 AR156是南京农业大学与新沂中凯农用化工有限公司合作开发的生物农药ꎮ 为了解 AR156对辣椒的
防病促生机制ꎬ本文研究了 AR156在温室条件下对青枯劳尔氏菌引起的辣椒青枯病的生防效果ꎬ对辣椒的促生作用ꎬ在辣
椒根围的定殖能力ꎬ诱导植物细胞防卫反应ꎬ如活性氧积累和胼胝质沉积ꎬ以及植物防御相关酶的活力ꎮ 结果表明ꎬ蜡质芽
孢杆菌 AR156对辣椒青枯病的温室防效高达 73.31%ꎮ AR156的使用使辣椒植株干重增加 22.30%ꎬ并能稳定的在辣椒根
围定殖ꎬ接种 60 d后ꎬ其定殖量为 5×105 cfug-1FWꎮ AR156预处理后挑战接种病原菌能诱导植株更迅速的产生细胞防卫
反应ꎬ并可显著提高超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活力ꎮ 可见 AR156 菌株诱导的植物细胞防卫反应ꎬ提
高植物防御相关酶活和在辣椒根围稳定的定殖能力使其产生对病害的广谱抗性ꎮ 研究还发现 AR156 菌剂可增加辣椒叶
片叶绿素的含量ꎬ这可能是该菌剂促进辣椒生长的原因之一ꎮ
关键词:蜡质芽孢杆菌ꎻ辣椒青枯病ꎻ细胞防卫反应ꎻ植物防御酶ꎻ定殖ꎻ叶绿素
Disease preventing and growth promoting mechanisms of Bacillus cereus strain
AR156 on pepper WANG Yongꎬ ZHOU Dong ̄meiꎬ GUO Jian ̄hua (Department of Plant Pathologyꎬ Col ̄
lege of Plant Protectionꎬ Nanjing Agricultural Universityꎻ Engineering Center of Bioresource Pesticide in Jiangsu Provinceꎻ Key
Laboratory of Integrated Management of Crop Diseases and Pestsꎬ Ministry of Educationꎬ Nanjing 210095ꎬ China)
Abstract: Bacillus cereus strain AR156ꎬ one kind of biopesticideꎬ was cooperatively developed by Nanjing
Agricultural University and Xinyi Zhongkai Agricultural Chemical Industry Co.ꎬ Ltd. In order to explore the
mechanism of this strain in preventing disease and promoting plant growthꎬ biocontrol efficacy of AR156 on
pepper wilt disease caused by Ralstonia solanacearum was investigated along with its growth promotion effects
on pepper in the greenhouseꎬ colonization abilityꎬ activation of the cellular defense responses such as hydrogen
peroxide accumulation and callose depositionꎬ and several plant defense ̄related enzymes activity in pepper
plants. It was showed that biocontrol efficacy of AR156 on pepper wilt disease was up to 73.31%ꎬ meanwhile
improving the fresh weight of pepper plants by 22.30%. It was found that strain AR156 could stably colonize
in rhizosphere at 5×105 cfu per gram of root fresh weight on the 60th day after inoculation. Faster cellular
defense responses were induced and the activity of plant defense ̄related enzymes including superoxide
dismutase (SOD) and peroxidase ( POD) were significantly enhanced in pepper treated with AR156 and
R. solanacearum. In conclusionꎬ the broad ̄spectrum resistance of AR156 to disease was realized by inducing
cellular defense responsesꎬ enhancing plant defense ̄related enzymes activity and forming robust colonies in the
rhizosphere of pepper. In additionꎬ it was found that AR156 treatment could increase the contents of chloro ̄
phyll in pepper leavesꎬ which might be one reason that AR156 could promote pepper growth.
Key words: Bacillus cereusꎻ pepper wilt diseaseꎻ cellular defense responseꎻ plant defense ̄related enzymeꎻ
colonizationꎻ chlorophyll
植物病理学报 44卷
中图分类号: S436.418.1 文献标识码: A 文章编号: 0412 ̄0914(2014)02 ̄0195 ̄09
辣椒青枯病由青枯雷尔氏菌 (Ralstonia so ̄
lanacearum E.F. Smith) 侵染引起ꎬ是一种毁灭性
的土传病害[1ꎬ2]ꎬ主要分布于热带、亚热带和某些
温带地区ꎮ 由于土传病害用化学方法难以防治ꎬ且
易产生抗药性ꎬ造成环境污染ꎬ因此ꎬ生物防治在该
类病害防治中的应用逐渐引起了国内外研究者的
高度重视[3]ꎮ 与其他重要的土传病害生物防治研
究相似ꎬ茄科作物青枯病的生防机制是国内外研究
者关注的重点[4]ꎮ
已有研究发现ꎬ根围促生菌能够通过诱导细胞
防卫反应来抵抗致病菌ꎬ包括活性氧爆发[5]ꎬ细胞
壁增厚[6]ꎬ防卫相关酶类的积累[7] 等ꎮ 活性氧
(ROS)在之后的一系列防卫反应中作用重大ꎬ比
如:直接杀死病菌、产生过敏反应以及触发系统获
得抗性(SAR) [8]ꎻ胼胝质作为愈合伤口的主要成
分ꎬ可阻止小分子物质在细胞间流通ꎬ从营养和毒
素积累的角度而言其对病原菌的致病性具抑制作
用ꎬ从而减轻病害的危害程度[9]ꎮ 在植物一病原
物的相互作用中ꎬ活性氧具有双重作用ꎬ在激发寄
主抗病反应的同时ꎬ活性氧的积累超过一定量时也
会使寄主本身细胞受到伤害[10]ꎬ但植物可通过一
系列抗氧化酶来清除活性氧的危害ꎬ这类酶包括超
氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化
物酶(POD)等[11]ꎮ
此外ꎬ根围定殖能力在生防过程中也发挥着重
要作用ꎬ可作为生防菌株的筛选条件[12]ꎮ 比如ꎬ枯
草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)菌株 6051 能在拟南
芥根部表面形成稳定的生物膜ꎬ在根部表现出较好
的定殖能力ꎬ可防治丁香假单胞番茄致病变种
(Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000)侵染
拟南芥[13]ꎻXF ̄1 能在大白菜根部长时间定殖ꎬ通
过占据有利生态位点从而抑制根肿病菌的繁
殖[14]ꎮ
蜡质芽孢杆菌 AR156是南京农业大学与新沂
中凯农用化工有限公司合作开发ꎬ用于防治黄瓜根
结线 虫 的 生 物 农 药 (农 药 临 时 登 记 证 号:
LS20120060)ꎮ 本文将分析 AR156 对辣椒青枯病
的防病、促生作用ꎬ并通过检测细胞形态学和防御
酶系活力的变化ꎬ以及 AR156 在辣椒根围的定殖
能力来解析 AR156在防治辣椒青枯病过程中发挥
的作用ꎬ为细菌性青枯病的生物防治提供理论依
据ꎮ
1 材料与方法
1.1 植物与菌剂培养
供试辣椒(Capsicum annuum)品种为“苏椒 5
号”ꎬ于江苏省农科院蔬菜所购买ꎮ 将辣椒种子播
种于育苗盘中ꎬ置于 25~28℃ꎬ16 / 8 h光周期ꎬ相对
湿度 70%以上温室中进行培育ꎮ 待辣椒苗长到 4
~5片真叶(20 d 左右)时进行移栽ꎬ之后于同样条
件的温室中继续培育ꎮ
所用生防菌为卡那霉素(200 μgmL-1)抗性
突变体蜡质芽孢杆菌 B.cereus AR156ꎮ 该菌株于
-70℃冰箱保存ꎬ使用前在含有 200 μgmL-1卡那
霉素的 LB培养基上划线ꎬ28℃培养 24 hꎮ 挑选单
一菌株转接到含卡那霉素的 LB 培养液中ꎬ28℃ꎬ
200 rmin-1培养 24 h 成种子液ꎮ 然后以 1 ∶ 100
的比率接种到 500 mL LB培养液中ꎬ28℃ꎬ200 r
min-1扩繁 24 hꎬ所得菌液于 4℃ꎬ6 000 rpm离心 10
min收集菌体ꎬ菌体用无菌 0.85% NaCl 重悬至浓
度 1.0×108 cfumL-1备用ꎮ
供试植物病原菌为青枯劳尔氏菌 (R. so ̄
lanacearum)ZJ3721ꎮ 取保存于-70℃超低温冰箱中
的菌种划线培养于 Yeast ̄Glucose ̄Peptone ̄Broth
(YGPB:1 000 mL含有酵母浸粉 5 gꎻ蛋白胨 5 gꎻ葡
萄糖 10 gꎬpH 7.0~7.2ꎬ琼脂粉 15 gꎬ分装后 121℃灭
菌 20 min)ꎬ28℃培养 2 d 后ꎬ转接于 YGPB 培养液
中ꎬ28℃ꎬ200 rmin-1培养 24 h 成种子液ꎮ 然后以
1:100的比率接种到 500 mL YGPB培养液中ꎬ28℃ꎬ
200 rmin-1扩繁 24 hꎬ所得菌液于 4℃ꎬ6 000 rpm
离心 10 min 收集菌体ꎬ菌体用无菌 0.85% NaCl 重
悬至浓度 1.0×107 cfumL-1备用ꎮ
1.2 AR156对辣椒青枯病生防效果
辣椒移栽后ꎬ将 AR156 菌悬液缓慢灌入辣椒
根围ꎬ每株 20 mLꎬ对照组浇灌等体积 0. 85%
NaClꎮ 5 d后在辣椒根围接种青枯劳尔氏菌ꎬ每株
20 mLꎮ 移栽 30 d后统计病害严重度ꎬ按照 Kempe
等[15]提出的青枯病病级划分标准ꎬ按 0、1、2、3、4
划分为 5 个等级ꎮ 0 级:没有青枯症状ꎻ1 级:1 ~
691
2期 王 勇ꎬ等:蜡质芽孢杆菌 AR156对辣椒的防病促生机理研究
25%的叶片出现萎蔫症状ꎻ2 级:26 ~ 50%的叶片出
现萎蔫症状ꎻ3级:51~75%的叶片出现萎蔫症状ꎻ4
级:76~ 100%的叶片出现萎蔫症状ꎮ 病害严重度
和生防效果的计算公式如下:病害严重度% = [∑
(发病植株数 ×病级数) / (总植株数 ×最高病级
数)]×100%ꎻ生防效果% = [(对照病害严重度-
处理病害严重度) /对照病害严重度]×100%ꎮ
1.3 AR156对辣椒的促生作用
辣椒移栽后ꎬ将 AR156 菌悬液缓慢灌入辣椒
根围ꎬ每株 20 mLꎮ 对照组浇灌等体积 0. 85%
NaClꎮ 处理 30 d 后分别取处理组和对照组植株ꎬ
小心抖去根部土壤ꎬ再用清水洗净根表土壤ꎬ并用
吸水纸吸干根表水分ꎬ统计株高、整株鲜重ꎮ 60℃ꎬ
烘干 72 h后测植株干重ꎮ
1.4 植物细胞水平的变化
1.4.1 拮抗菌处理及病原物接种 辣椒移栽后ꎬ
将 AR156菌悬液缓慢灌入辣椒根围ꎬ每株 20 mLꎮ
5 d后在辣椒根围接种青枯劳尔氏菌 ZJ3721ꎬ每株
20 mLꎮ 对照浇灌等体积 0.85% NaClꎮ 共设 4 个
处理: 1) AR156 预处理后挑战接种病原菌处理
(AR156+ZJ3721)ꎻ 2)AR156 预处理后未挑战接
种病原菌处理(AR156)ꎻ3)挑战接种病原菌处理
(ZJ3721)ꎻ 4)空白对照(control)ꎮ 病原菌接种 0、
6、12、24和 48 h后ꎬ取第三张叶片进行测定ꎮ
1.4.2 活性氧的产生 依据 Niu 等[16]的方法ꎬ小
心剪取叶片ꎬ放入 1 mgmL-1 DAB 水溶液中ꎬ25
~37℃光照下染色 8 hꎬ放入 95%的酒精煮 20 min
脱色ꎬ观察拍照ꎮ
1.4.3 胼胝质的沉积 依据 Niu等[16]的方法ꎬ取整
个叶片ꎬ浸入 5~10 mL 脱色液(苯酚 ∶ 甘油 ∶ 乳酸
∶ 水 ∶ 乙醇=1 ∶ 1 ∶ 1 ∶ 1 ∶ 8)中ꎬ抽真空 5~10 minꎬ
然后 60℃水浴ꎬ20~30 min脱去叶绿素ꎬ然后用水轻
轻漂洗叶片ꎬ在显微镜 UV激发下观察拍照ꎮ
1.5 酶提取与活性测定
1.5.1 拮抗菌处理及病原物接种 处理方法同
1.4.1ꎬAR156处理 0、1、2和 3 d 后ꎬ取 AR156 处理
和对照第三张叶片测定酶活ꎮ 病原菌挑战接种 0、
6、12、24 和 48 h 后ꎬ取 AR156 + ZJ3721 处理和
ZJ3721处理第三张叶片测定酶活ꎮ
1.5.2 酶提取方法 依据 MacAdam 等[17]的方法
进行粗酶提取:准确称重植物叶片ꎬ冰上剪碎加入
5 mL 0.05 M pH 7.0的磷酸缓冲液ꎬ0.05 g 聚乙烯
吡咯烷酮 ( PVP)ꎬ冰浴研磨成匀浆ꎬ4℃ꎬ12 000
rpm离心 20 minꎬ上清即为待测粗酶液ꎮ
1.5.3 酶活力测定
1.5. 3. 1 过氧化物酶 ( POD)活性测定 参照
Murage等[18]的方法ꎬ在 500 μL反应体系中ꎬ含 0.1
molL-1的磷酸缓冲液(pH 6.1)ꎬ4 mmolL-1愈
创木酚ꎬ3 mmolL-1 H2O2ꎬ20 μL粗酶提取物ꎬ420
nm测吸光值ꎬPOD活性用辣根过氧化物酶标准曲
线标定ꎬ每分钟 0.01 OD值的变化定义为 1个酶活
性单位 Uꎮ
1.5.3.2 超氧化物歧化酶(SOD)活性测定 参照
Beauchamp等[19]的方法ꎬ3 mL 反应体系中含 50
mmolL-1磷酸缓冲液(pH 7.8)ꎬ13 mmolL-1甲
硫氨酸ꎬ0.1 mmolL-1 EDTAꎬ75 μmolL-1三硝
基四唑(NBT)ꎬ20 μL粗酶提取物ꎬ2 μmolL-1核
黄素(最后加)ꎬ反应体系置于 2个 15 W荧光灯下
30 cmꎬ通电开始反应ꎬ10 min 后关闭电源ꎬ试管蒙
黑布ꎬ560 nm 下测 OD 值ꎬ以抑制 NBT 光化还原
的 50%为一个酶活性单位 Uꎮ
1.5.3.3 过氧化氢酶(CAT)活性的测定 取粗酶
液 0.1 mLꎬ加入 0.2% H2O2 1 mLꎬ蒸馏水 1.9 mLꎬ
以不加酶液为对照ꎬ混匀反应 3 minꎬ测定反应液
在 240 nm处的 OD值ꎬ以每分钟减少 0.01 OD 值
定义为 1个酶活性单位 Uꎮ
1.6 AR156 植物根围定殖能力测定
辣椒移栽后ꎬ将悬浮配置好的浓度为 1×108
cfumL-1菌液缓慢灌入辣椒根围ꎬ每株 20 mLꎮ
在处理 0、1、5、7、10、15、30、45 和 60 d 后取样测
定ꎮ 每个处理重复取 3个样品ꎬ每个样品为 1株植
株根际土壤ꎬ根际土由植物的根和紧紧粘附在根上
的土组成ꎬ其根际范围包括距离根表 1 ~ 4 mm 的
土壤微区ꎮ 每个样品 1 gꎬ放入无菌的锥形瓶ꎬ采用
振荡处理的方法将根围土样按照 1 ∶ 10 的比例浸
没于灭菌 0.85% NaCl 中ꎬ室温下将锥形瓶置于摇
床 200 rpmmin-1振荡培养 30 minꎮ 之后吸取
100 μL振荡液进行 10倍梯度稀释(吸取前将振荡
液摇匀)ꎬ然后分别从合适的浓度中(10-2、10-3、
10-4)吸取 100 mL 涂布于含有卡那霉素的 LB平板
上ꎮ 平板置于 28℃培养箱培养 1 d 后统计各梯度
791
植物病理学报 44卷
平板上与原始菌株形态一致的菌落数ꎮ
1.7 AR156对辣椒叶绿素含量的影响
参照 Zhou 等[20]的方法ꎬ叶绿素的提取:在接
种 30 和 60 d 后ꎬ每处理随机取样ꎬ取大小一致的
叶片 5片ꎬ除去叶脉ꎬ剪叶片ꎬ称取植物鲜叶 0.20 g
(可视叶片叶绿素含量增减用量)ꎬ剪碎放入研钵
中ꎬ加少量碳酸钙粉和石英砂及 3~5 mL 95%乙醇
研成匀浆ꎬ再加约 10 mL 95%乙醇稀释研磨后ꎬ用
滤纸过滤入 25 mL 容量瓶中ꎬ然后用 95%乙醇滴
洗研磨及滤纸至无绿色为止ꎬ最后定容至刻度ꎬ摇
匀ꎬ即得叶绿素提取液ꎮ
测定:取光径为 1 cm的比色杯ꎬ倒入叶绿素提
取液ꎬ液面距杯口 1 cm 处ꎬ以 95%乙醇为空白对
照ꎬ在 652 nm 波长下读取吸光度(A)值ꎮ 按照以
下公式计算:C(mgmL-1) = A652 / 34.5ꎻ叶绿素
含量(mgg-1FW)= [C(mgmL-1)×提取液总量
(mL)] /样品鲜重(g)ꎮ
注: C—叶绿素 ( a 和 b) 的总浓度 (mg
mL-1)ꎻA652—表示在 652 nm 波长下测得叶绿素
提取液的吸光度ꎻ34.5为叶绿素 a和 b混合溶液在
652 nm波长的比吸收系数(比色杯光径为 1 cmꎬ
样品浓度为 1 gL-1时的吸光度)ꎮ
1.8 数据分析
所有数据采用 Excel 和 DPS 7.05 版软件进行
方差分析ꎬ并用 LSD 法比较各处理间的差异显著
性(P=0.05)ꎮ
2 结果与分析
2.1 AR156对辣椒青枯病的温室防治效果
由表 1 可知ꎬAR156 处理后青枯病的病害严
重度为 23. 26%ꎬ而对照达到 87. 15%ꎮ 与对照相
比ꎬ生防菌 AR156处理后显著降低了病害严重度ꎬ
AR156对辣椒青枯病的防效达到 73.31%ꎬ具有很
好的生防效果ꎮ
Table 1 The control efficacy of AR156 on
pepper bacterial wilt in the greenhouse
Treatment Disease severity / % Biocontrol efficacy / %
AR156 23.26±0.63 a 73.31
Control 87.15±1.38 b -
Note:Different letters indicated statistically significant diffe ̄
rences between treatments ( least significant difference testꎻ
P<0.05) .
2.2 AR156对辣椒的促生作用
由表 2 可知ꎬ在 AR156 使用 30 d 后ꎬ与对照
相比ꎬ辣椒的株高、鲜重和干重分别比对照增加了
7.90%ꎬ16.20%和 22.30%ꎬ其中鲜重和干重存在显
著差异ꎮ 由此可见ꎬAR156 菌株对辣椒具有较好
的促生效果ꎮ
2.3 活性氧的积累和胼胝质的沉积
AR156预处理 5 d后挑战接种病原菌ꎬ图 1 展
示了在接种病原菌 12 h后诱导叶片活性氧的积累
和胼胝质的沉积情况ꎮ 对于 AR156+ZJ3721 处理ꎬ
在叶片上观察到大量褐色区域ꎬ表明活性氧大量积
累ꎮ 图中 ZJ3721处理和 AR156+ZJ3721 处理白色
箭头所指示位置放大后得到对应的白色方框ꎬ在荧
光显微镜下观察到 AR156+ZJ3721 处理蓝绿色莹
光的出现ꎬ意味着胼胝质的沉积ꎮ 在单独接种病原
菌处理和空白对照中均未观察到胼胝质沉积ꎮ 在
未接种病原菌的 AR156 处理ꎬ观察到有少量褐色
斑点ꎬ而未观察到蓝绿色莹光的出现ꎮ
2.4 辣椒叶片 POD、SOD、CAT酶活性分析
图 2分别显示了 AR156处理和对照的辣椒植
Table 2 Effect of AR156 on growth promotion of pepper plants
Treatment
Shoot
length / cm
Increase on
shoot length / %
Fresh
weight / g
Increase on
fresh weight / %
Dry
weight / g
Increase on
dry weight / %
AR156 26.43±1.24a 7.90 5.05±0.45a 16.20 0.54±0.11a 22.30
Control 24.35±0.92a - 4.24±0.36b - 0.44±0.12b -
Note:Different letters indicated statistically significant differences between treatments ( least significant difference testꎻ P< 0.05) .
891
2期 王 勇ꎬ等:蜡质芽孢杆菌 AR156对辣椒的防病促生机理研究
Fig. 1 Analysis of H2O2 accumulation and callose deposition induced by AR156
Pepper plants were treated with AR156 at 1×108 cfumL-1ꎬ and 0.85% NaClꎬ respectively. Five days laterꎬ plants were
inoculated with ZJ3721 at 1×107 cfumL-1 . Leaves were sampled at 12 hpi. Brown region meant H2O2 accumulation was
detected. The top right corner square meant the position arrowed was magnified. Cyan fluorescence meant callose deposition
was detected under light and epifluorescence microscopes.
Fig. 2 Dynamics of plant defense ̄related enzymes activity
after treated with AR156 in pepper in absence of ZJ3721
A: POD activityꎻ B: SOD activityꎻ C: CAT activity.
991
植物病理学报 44卷
株体内 POD、SOD 和 CAT 三种防御酶活性的变
化ꎮ AR156处理在 0 ~ 3 d POD 活性稳定在 33 U
min-1g-1FW 左右ꎬ而对照只有 22.5 Umin-1
g-1FWꎬ处理与对照之间存在显著差异ꎬCAT 活
性分别在 0 d和 2 d和对照存在显著差异ꎬ但第 3 d
差异不显著ꎬ而 SOD 活性在处理与对照之间没有
显著差异ꎮ
图 3 分别显示了 AR156+ZJ3721 处理和只接
种病原菌 ZJ3721处理的辣椒植株体内 POD、SOD
和 CAT 三种防御酶活性的变化ꎮ 三种酶活性变化
各不相同ꎬ通过 AR156 预处理过的植株 POD 和
SOD活性从 0~6 h迅速增加ꎬ6 h分别达到最大值
为 89.71 和 40.46 Umin-1g-1FWꎬ显著高于只
接种病原菌 ZJ3721 处理ꎬ之后逐渐下降ꎮ 而仅用
病原菌处理的植株 POD活性一直恒定保持在一个
较低的水平ꎬ在 12 h最高活性仅为 20.66 Umin-1
g-1 FWꎬ不到 AR156 预处理最高活性的 1 / 4ꎬ
SOD的活性在 24 h最高值仅为 25.87 Umin-1
g-1FWꎮ AR156 预处理过的植株 CAT 的活性
0~6 h有所降低ꎬ之后迅速上升ꎬ并于 12 h 达到最
高峰ꎬ酶活性为 17.19 Umin-1g-1FWꎬ而仅接
种病原菌的 ZJ3721处理 CAT活性 0~6 h上升ꎬ并
达到最大值ꎮ
2.5 AR156在辣椒根围定殖能力
在 AR156 处理辣椒后ꎬ检测其在辣椒根围不
同时间点的定殖的情况ꎮ 由图 4 可知ꎬAR156 处
理辣椒根围后ꎬ其在辣椒根际的群体数量总体呈下
降趋势ꎬ但处理 60 d后仍具有较好定殖能力ꎬ定殖
量可达到 5×105 cfug-1FW ( root fresh weight)ꎮ
2.6 AR156对辣椒叶绿素含量的影响
由图 5可知ꎬAR156处理 30 d后ꎬ叶绿素含量
为 3.41 mgg-1ꎬ而对照为 2.82 mgg-1ꎬ与对照
之间存在显著差异ꎮ 60 d 时ꎬAR156 处理和对照
叶绿素含量均降低ꎬAR156 处理叶绿素含量比对
照稍高ꎬ但相互之间没有显著差异ꎮ
Fig. 3 Dynamics of plant defense ̄related enzymes activity after inoculated
with ZJ3721 in pepper
A: POD activityꎻ B: SOD activityꎻ C: CAT activity.
002
2期 王 勇ꎬ等:蜡质芽孢杆菌 AR156对辣椒的防病促生机理研究
Fig. 4 Colonization ability of AR156 in the
rhizosphere of pepper
Datas represent average numbers of cfu per gram of rhizo ̄
sphere soil with standard deviation from three experiments.
Fig. 5 Effect of AR156 on chlorophyll content
in the leaves of pepper
Pepper plants were treated with AR156 at 1×108 cfumL-1ꎬ
and 0. 85% NaClꎬ respectively. The contents of chlorophyll
were detected on the 30th and 60th day after treatment. The ex ̄
periments were repeated three times with similar results. Dif ̄
ferent letters indicated statistically significant differences be ̄
tween treatments (least significant difference testꎻ P<0.05) .
3 讨论
植物诱导抗病性被认为是主动抗性机制的一
种表现ꎬ并且对各种病原物如真菌、细菌、病毒都表
现出抗性ꎬ能诱导植物产生抗病性的因子很多ꎬ一
般可分为生物因子和非生物因子两大类[21]ꎮ 植物
抗病分子机理研究发现 H2O2作为植物抗病反应的
信号分子之一ꎬ参与抗病反应信息传递ꎬ进而激发
植物细胞内的各种防卫反应和产生系统获得性抗
性[22]ꎮ 胼胝质是一种荧光 β ̄1ꎬ3 ̄葡聚糖复合物ꎬ
大豆叶片上观察到胼胝质的迅速沉积ꎬ从而防止玉
米小斑病菌的侵染[23]ꎮ 植物经过生防因子处理
后ꎬ能够诱导细胞迅速产生防卫反应ꎬ例如活性氧
产生、胼胝质沉淀[24]ꎮ 本研究发现ꎬ AR156 +
ZJ3721处理辣椒叶片观察到活性氧产生和胼胝质
沉积ꎬ这说明辣椒经过 AR156预处理后ꎬ当受到病
原菌侵染时ꎬAR156 能迅速诱导活性氧产生和胼
胝质沉积ꎬ从而防止青枯病原菌的侵染ꎬ防治病害
的发生ꎮ 同时在前期研究中发现ꎬAR156 预处理
拟南芥后ꎬ当挑战接种丁香假单胞番茄致病变种
(Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000) 后ꎬ
AR156也能快速诱导活性氧的爆发和胼胝质的沉
积ꎬ从而诱导拟南芥产生对 DC3000的抗性[16]ꎮ
POD和 SOD是植物体内主要的保护酶系ꎬ参
与木质素合成、自由基的清除等ꎬ其活性的增加标
志着木质素的加速合成和抗性的产生ꎬ是与植物抗
病能力相关的重要酶[25]ꎮ 本研究发现ꎬAR156 处
理后ꎬ辣椒叶片 POD 活性显著高于对照ꎮ 经过
AR156预处理ꎬ挑战接种病原菌 6 h 后ꎬPOD 和
SOD活性迅速达到高峰ꎬ显著高于未经过 AR156
诱导的 ZJ3721处理ꎬ说明 AR156 作为一个诱导因
子ꎬ诱导植物体内防御相关酶的活性ꎬ增强植株对
病原物的抵抗能力ꎮ CAT 是植物降解 H2O2关键
酶ꎬ在植物防卫反应过程中保持体内活性氧的平
衡ꎮ 另外还发现ꎬ经过 AR156 诱导后接种病原菌ꎬ
CAT活性在 0~ 6 h 逐渐下降ꎬ之后迅速上升并于
12 h到达最大值ꎬ而 ZJ3721处理在 6 h 达到高峰ꎬ
这可能与挑战接种病原菌后 H2O2产生的量有关ꎮ
因为植物在逆境条件下会产生大量活性氧ꎬ少量的
H2O2可作为信号分子发挥作用ꎬ而过量的 H2O2会
对植物造成伤害[26]ꎬ为了消除或降低这种伤害ꎬ植
物体内 CAT可将 H2O2分解为 H2O 和 O2ꎬ从而使
植物在防卫反应过程中保持体内 H2O2的平衡[27]ꎮ
由此可见ꎬAR156 诱导产生的三种酶活性变化不
是同步的ꎬ它们可能在防卫反应的不同阶段发挥着
重要作用ꎮ
在植物根围生境中使用的生防菌株要考虑到
施用后能否在植物根围建立稳定种群从而通过各
种不同方式行使生物防治的作用ꎬ因此生防菌株发
挥作用的第一步就是要建立起一定的种群密
度[28]ꎮ AR156处理辣椒 60 d 后ꎬ在辣椒根围定殖
量可达到 105 cfug-1FWꎬ说明 AR156 在辣椒根
102
植物病理学报 44卷
围表现出较好的定殖能力ꎬ并持续较长时间ꎬ从而
保护植物免受病原菌的侵染ꎮ 本实验室在前期研
究中已发现ꎬ枯草芽孢杆菌 SM21形成的生物膜能
增加生防菌在根围的定殖能力ꎬ且其生物膜形成能
力与生防活性呈正相关[29]ꎬ所以推测 AR156 在辣
椒根围稳定的定殖能力可能与生物膜的形成有关ꎮ
叶绿素是绿色植物进行光合作用所必须的物
质ꎬ是研究植物生长特性和生理变化的重要指标ꎬ
叶绿素含量直接影响植物的光合作用能力和干物
质的积累[30]ꎮ 叶绿素含量越高ꎬ叶片光合作用越
强ꎬ产生的能量高ꎬ积累的有机物质越多[31]ꎮ 从图
5可以看出ꎬAR156的使用提高了辣椒叶片中的叶
绿素含量ꎬ这可能是该菌剂促进辣椒生长的原因之
一ꎮ
在针对辣椒叶斑病、疫病等多种病害的生防研
究中ꎬAR156 菌株均表现出较好的生防潜力[32]ꎮ
综上以上研究结果表明ꎬ生防菌 AR156 通过诱导
激活更迅速的细胞防卫反应和提高防御酶的活力ꎬ
并能在辣椒根围稳定的定殖ꎬ从而对辣椒青枯病表
现出较好的生防效果ꎬ从而使其产生对病害的广谱
抗性ꎮ 另外ꎬAR156 的防病促生机理还有待进一
步深入研究ꎬ为生物制剂的推广应用提供依据ꎮ
致谢:首先要感谢本实验室刘红霞老师在试验
过程中的细心指导和在生活中给予的关心ꎬ感谢本
实验室师兄师姐在试验过程中给予的宝贵建议ꎬ感
谢师弟师妹们在试验中给予的帮助ꎮ
参考文献
[1] Luo X W. Occurrenceꎬ identification and prevention of
bacterial wilt of pepper ( in Chinese) [ J] . Journal of
Changjiang Vegetables (长江蔬菜)ꎬ 2009(6): 27 ̄28.
[2] Luo F Yꎬ Li Dꎬ Cai S Lꎬ et al. Reserach on resistance
of antibacterial peptides against Ralstonia solanacearum
of pepper ( in Chinese) [J] . Modern Agricultural Sci ̄
ence and Technology (现代农业科技)ꎬ 2012(10):
155 ̄156.
[3] Guo J Hꎬ Guo Y Hꎬ Zhang L Xꎬ et al. Determination
of screening and field control effect of antagonistic
strains of Ralstonia solanacearum ( in Chinese) [ J] .
Chinese Journal of Biological Control (中国生物防
治)ꎬ 2001ꎬ 17(3): 101 ̄106.
[4] Guo J Hꎬ Gong L Yꎬ Qi H Yꎬ et al. Mechanisms of
three antagonistic strains against pepper wilt disease ( in
Chinese) [ J] . Chinese Journal of Biological Control
(中国生物防治)ꎬ 2003ꎬ 19(1): 6 ̄10.
[5] Iriti Mꎬ Rabotti Gꎬ Faoro Fꎬ et al. Benzothiadiazole-
induced resistance modulates ozone tolerance. Journal
of Agricultural Food Chemistryꎬ 2003ꎬ 51: 4308 ̄4314.
[6] Benhamou Nꎬ Kloepper J Wꎬ Quadt ̄Hallman Aꎬ et al.
Induction of defense ̄related ultrastructural modifica ̄
tions in pea root tissues inoculated with endophytic bac ̄
teria. Plant Physiologyꎬ 1996ꎬ 112: 919 ̄929.
[7] Benhamou Nꎬ Belanger R R. Benzothiadiazole ̄media ̄
ted induced resistance to Fusarium oxysporum f. sp.
radicis ̄lycopersici in tomato. Plant Physiologyꎬ 1998ꎬ
118: 1203 ̄1212.
[8] Baker C Jꎬ Orlandi E W. Active oxygen in plant patho ̄
genesis [J] . Annual Review of Phytopathologyꎬ 1995ꎬ
33: 299 ̄321.
[9] Zhang W Lꎬ Guo Z F. Changes in the activities of
CATꎬ SOD and the contents of H2O2ꎬ callosein culti ̄
vars of Stylosanthes spp. differing in the disease resis ̄
tance after inoculation with Colletotrichum gloeospori ̄
odes ( in Chinese) [J] . Journal of Yangzhou Universi ̄
ty (扬州大学学报)ꎬ 2007ꎬ 28(6): 73 ̄94.
[10] Chen Q Jꎬ Zhang F Mꎬ Wang Y Jꎬ et al. Studies of
physiologic characteristics of reaction of cucumber to
low temperature and poor light ( in Chinese) [J] . Sci ̄
entia Agricultura Sinica (中国农业科学)ꎬ 2003ꎬ 36
(1): 77 ̄81.
[11] Zhao L Kꎬ Liao X Rꎬ Jiang J Z. Study advance in ac ̄
tive oxygen and plant systemic acquired resistance ( in
Chinese) [ J] . Journal of Agricultural University of
Hebei (河北农业大学学报)ꎬ 2002ꎬ 25(5): 173 ̄176.
[12] Xue Q Yꎬ Smalla Kꎬ and Guo J Hꎬ et al. Rhizocom ̄
petence and antagonistic activity towards a range of
genetically diverse Ralstonia solanacearum strains ̄a
novel approach for selecting biocontrol agents [ J] .
Applied Microbiology and Biotechnologyꎬ 2013ꎬ 97:
1361 ̄1371.
[13] Bais H Pꎬ Fall Rꎬ Vivanco J M. Biocontrol of Bacillus
subtilis against infection of Arabidopsis roots by Pseudo ̄
monas syringae is facilitated by biofilm formation and
202
2期 王 勇ꎬ等:蜡质芽孢杆菌 AR156对辣椒的防病促生机理研究
surfactin production [J] . Plant Physiologyꎬ 2004ꎬ 134:
307 ̄319.
[14] Liu Q Fꎬ Xiong G Rꎬ Mao Z Cꎬ et al. Analyses for
the colonization ability of Bacillus subtilis XF ̄1 in the
rhizosphere ( in Chinese) [ J] . Acta Phytophylacica
Sinica (植物保护学报)ꎬ 2012ꎬ 39(5): 425 ̄430.
[15] Kempe Jꎬ Sequeira L. Biological control of bacterial
wilt of potatoes: Attempts to induce resistance by trea ̄
ting tubes with bacteria [ J] . Plant Diseaseꎬ 1983ꎬ 67
(5): 499 ̄503.
[16] Niu D Dꎬ Liu H Xꎬ Guo J H. The plant growth ̄pro ̄
moting rhizobacterium Bacillus cereus AR156 induces
systemic resistance Arabidopsis thaliana by activation
of multiple defense signals [ J] . Molecular Plant Mi ̄
crobe Interactionsꎬ 2011ꎬ 24: 533 ̄542.
[17] MacAdam J Wꎬ Nelson C Lꎬ Sharp R. Peroxidase ac ̄
tivity in the leaf elongation zone of tall Fescue [ J] .
Plant Physiologyꎬ 1992ꎬ 872 ̄878.
[18] Murage E Nꎬ Masuda M. Response of pepper and egg ̄
plant to continuous light in relation to leaf chlorosis and
activities of antioxidative enzymes[ J] . Scientia Horti ̄
cultureꎬ 1997ꎬ 70: 269 ̄279.
[19] Beauchamp Cꎬ Fridovich I. Superoxide dismutase: im ̄
proved assays and assay applicable to acrylamide gels
[J] . Analysis of Biochemistryꎬ 1971ꎬ 44: 276 ̄287.
[20] Zhou Z Fꎬ Li Z A. The experimental guide for plant
physiology ( in Chinese) [M] . Nanning: Guangxi U ̄
niversity (南宁:广西大学出版社)ꎬ 2005ꎬ 49 ̄50.
[21] Kue J. Induced immunity to plant disease [ J] . Biosci ̄
enceꎬ 1982ꎬ 32: 854 ̄860.
[22] Chen Zꎬ Silva Hꎬ Klessig D F. Active oxygen species
in the induction of plant systemic cquired resistance by
salicylic acid [J] . Scienceꎬ 1993ꎬ 262: 1882 ̄1886.
[23] Dong Y Mꎬ Pan M Hꎬ Zhao Z Lꎬ et al. Callose depo ̄
sition in the leaf cells associated with induced resis ̄
tance of Glycine max to Bipolaris maydis ( in Chinese)
[J] . Journal of Yunnan Agricultural University (云南
农业大学学报)ꎬ 2013ꎬ 28(1): 16 ̄20.
[24] Jeun Y Cꎬ Park K Sꎬ Kim C Hꎬ et al. Cytological ob ̄
servations of cucumber plants during induced resistance
elicited by rhizobacteria [ J ] . Biological Controlꎬ
2004ꎬ 29: 34 ̄42.
[25] Zhuang J Hꎬ Gao Z Gꎬ Yang C Cꎬ et al. Biocontrol of
Fusarium wilt and induction of defense enzyme activi ̄
ties on cucumber by Trichoderm aviride strain T23 ( in
Chinese) [J] . Acta Phytopathologica Sinica (植物病
理学报)ꎬ 2005ꎬ 35(2): 179 ̄183.
[26] Huang Y Cꎬ Qin Y X. Advances on reactive oxygen
species in plants ( in Chinese) [ J] . Chinese Agricul ̄
tural Science Bulletin (中国农学通报)ꎬ 2012ꎬ 28
(36): 219 ̄226.
[27] Blokhina Oꎬ Virolainen Eꎬ Fagerstedt K V. Antioxida ̄
ntsꎬ oxidative damage and oxygen deprivation stress:a
review [J] . Annals of Botanyꎬ 2003ꎬ 91: 179 ̄194.
[28] Yang Wꎬ Liu S Mꎬ Guo J H. Relationship between
bacterial colonization and biocontrol efficacy ( in Chi ̄
nese) [J] . Chinese Journal of Biological Control (中
国生物防治)ꎬ 2010ꎬ 26: 90 ̄94.
[29] Chen Yꎬ Losick Rꎬ Guo J H. Biocontrol of tomato wilt
disease by Bacillus subtilis isoltates from natural envi ̄
ronments depends on conserved genes mediating bio ̄
film formation [ J ] . Environmental Microbiologyꎬ
2012ꎬ DOI: 10.1111 / j.1462 ̄2920.2012.02860.x.
[30] Zheng Lꎬ Liang J Gꎬ ShiY F. Study on induced resis ̄
tance of biocontrol bacteria ZJH ̄10 to cucumber grey
mould ( in Chinese) [J] . Chinese Agricultural Science
Bulletin (中国农学通报)ꎬ 2009ꎬ 25(3): 197 ̄201.
[31] Gu Z Fꎬ Wang W Qꎬ Zhu A Pꎬ et al. Effects of chlo ̄
rophyll content and stoma density on cucumber resis ̄
tance to downy mildew ( in Chinese) [ J] . Journal of
Shanghai Jiaotong University (上海交通大学学报)ꎬ
2004ꎬ 22(4): 381 ̄384.
[32] Guo J Hꎬ Wei L Hꎬ Li S M. The strain for biocontrol
root ̄knot disease of vegetable [ A ] . U. S. Patent
200710021376.0.
责任编辑:李晖
302