全 文 :书耐药性木霉犜2菌株的筛选、紫外诱变与药剂驯化
尹婷,徐秉良,梁巧兰,古丽君,李荣峰
(甘肃农业大学草业学院 草业生态系统教育部重点实验室 甘肃省草业工程实验室
中-美草地畜牧业可持续发展研究中心,甘肃 兰州730070)
摘要:为获得对杀菌剂有抗药性的菌株,首先测定了深绿木霉T2菌株对6种常用杀菌剂的抗性,选择出了最敏感
的杀菌剂-速克灵。同时通过紫外光照射挑选出突变菌株,并在不同浓度的速可灵(50~800μg/mL)培养基上驯
化,最后得到了4株对速克灵抗药性较强的菌株:T21,T22,T25和T26。10次转化、菌落生长速度测定、产孢数
量的测定和对灰葡萄孢菌的拮抗作用测定结果表明,此4个菌株生物学特性稳定,其中T26菌株显著优于其他3
株。
关键词:深绿木霉;耐药性;灰葡萄孢菌;紫外诱变;药剂驯化
中图分类号:Q948.1 文献标识码:A 文章编号:10045759(2013)02011706
木霉(犜狉犻犮犺狅犱犲狉犿犪spp.)作为一类重要的生防真菌,广泛存在于土壤、空气和植物体表面等生态环境中[1],
具有适应性强,存在范围广和广谱、高效等优点。但目前单独使用生防因子来控制作物病害,往往受到环境条件
等因素的干扰,造成田间防治效果不稳定[2],因此生产上常与杀菌剂混合使用,然而,木霉菌对化学药剂较为敏
感,限制了其使用范围和防治效果。因此,深入研究、开发和生产优良木霉菌及进行木霉菌株的耐药性研究,对防
治植物真菌病害,促进农业生产具有重要意义。近年来,杀菌剂,特别是高效、内吸、专一性杀菌剂得到了广泛应
用[3],虽然化学农药见效快,防效高,但是它的长期使用会给人类健康带来严重隐患,并且造成生态环境失衡,引
发有害生物产生抗药性,导致其他有益生物数量下降、人畜中毒,不利于绿色植保事业的发展[4,5]。随着人类对
生态环境及绿色食品的重视,促使人们开展多方面研究以开发高效、低毒、低残留及与环境和谐的生态合理农
药[6]。目前,国内对抗真菌药物耐药机制的研究和抗真菌药物的耐药性研究取得了一定的进展,有关木霉耐药性
的报道也越来越多。王勇等[2]通过含药培养基的筛选,得到了速克灵抗性拮抗木霉菌株,二者协同使用比单独使
用可以更好地防治灰霉病,并研究了最佳配比。为了获得优良的耐药性木霉菌株,需要对野生菌株加以改良。目
前的菌株改良手段主要有诱变育种、原生质体融合和遗传改造[79]。但直到20世纪80年代,诱变育种技术才真
正用于木霉研究[10],其中,紫外线诱导是一种简便、实用、应用广泛的菌种改良方法。丁中等[11]通过紫外光照射
结合使用含药培养基培养得到了3个哈茨木霉腐霉利抗性突变菌株,抗性菌株与亲本菌株相比较,其抗药性提高
100倍以上。鲁海菊等[12]用紫外诱变哈茨木霉,通过多菌灵耐药性筛选,获得耐药性菌株,为进一步筛选强根际
能力木霉菌株提供了优质材料。田连生等[13]也筛选出对化学杀菌剂腐霉利(商品名称速克灵)有显著抗性的突
变性霉菌株UT4。本研究拟通过耐药性测定和紫外光诱变及药剂驯化培养,以期筛选出能够与杀菌剂混合的
木霉菌株。
1 材料与方法
1.1 供试菌株
深绿木霉(犜.犪狌狉犲狅狏犻狉犻犱犲)T2菌株和灰葡萄孢菌(犅狅狋狉狔狋犻狊犮犻狀犲狉犲犪)由甘肃农业大学植物病理学实验室
提供。
第22卷 第2期
Vol.22,No.2
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
117-122
2013年4月
收稿日期:20111021;改回日期:20111228
基金项目:草业生态系统教育部省部共建重点实验室项目(CYGG2006013),甘肃省农牧厅生物技术专项(GNSW200904)和甘肃省教育厅项
目(04203)资助。
作者简介:尹婷(1985),女,甘肃山丹人,在读硕士。Email:yintingting@st.gsau.edu.cn
通讯作者。Email:xubl@gsau.edu.cn
1.2 供试药剂
供试药剂6种,分别是75%百菌清可湿性粉剂(上海亚泰农资有限公司生产)、80%多菌灵可湿性粉剂(河北
益海安格诺农化有限公司生产)、15%三唑酮可湿性粉剂(江苏剑牌农药化工有限公司生产)、65%代森锰锌可湿
性粉剂(成都皇牌作物科学有限公司生产)、50%速克灵可湿性粉剂(甘肃农科院植保所新农药开发中心生产)和
50%扑海因可湿性粉剂(拜耳作物科学公司生产)。
1.3 试验方法
1.3.1 耐药性测定 试验于2010年7月实施,重复进行3次。采用含毒介质培养方法[14]。称取各供试药剂,
加无菌水,配成浓度分别为2.5,5.0,10.0,20.0,40.0mg/mL的母液。PDA培养基(每三角瓶49mL)冷却到
50℃左右时,分别加入1mL上述浓度的母液,使含药培养基的最终含药浓度分别达到50,100,200,400,800
μg/mL,充分摇匀后,均匀倒入3个培养皿中制成平板。再用打孔器切取直径为6mm 的深绿木霉T2菌块,移
植于含药平板中央,每处理重复3次。将各处理置于25℃恒温培养箱内培养60h,测量菌落直径。以加入等量
无菌水制成的PDA平板为对照。用如下公式计算抑菌率:
抑菌率(%)=(对照菌落直径-处理菌落直径)/对照菌落直径×100
以药剂有效成分浓度对数值为自变量(狓),相对抑制率的机率值为因变量(狔),计算出毒力回归方程式和相
关系数。由毒力回归方程,令狔=5(即抑制50%的机率值),反常用对数狓即为EC50值。
1.3.2 紫外光诱导 在深绿木霉T2菌株培养物上用直径6mm的打孔器打孔,将菌饼接到PDA平板培养基
上,在25℃下恒温培养7d,加无菌水用无菌毛笔轻轻洗刷,用无菌纱布过滤除去菌丝得孢子悬浮液。用血球计
数板测定孢子浓度,使其达到1×108 个孢子/mL。将此悬浮液0.1mL,均匀涂布于PDA平板上[10],置于超净
工作台上10W紫外灯管下60cm处(不加盖),用黑布遮住超净工作台,避开外界光进行照射。设0.5,1.0,1.5,
2.0,2.5和3.0h共6个照射时间处理。处理后立即用黑纸把平板包好,并放入25℃的恒温箱中黑暗培养[15],5
d后统计平板上生长菌落数。以不经过紫外光照射的PDA平板为对照。
1.3.3 药剂驯化 将以上培养5d后在PDA平板上生长的菌落打孔,取直径6mm 菌饼转移到含速克灵浓度
为50μg/mL的含药平板上培养。5d后选取生长最快菌落,在边缘打孔,取直径6mm 菌饼接种在速克灵浓度
为100μg/mL的含药平板上,在25℃恒温培养。5d后再次选择生长最快的菌落,取直径6mm的菌饼接种在速
克灵浓度为200μg/mL的PDA平板上
[16]。用此方法,将在速克灵浓度400和800μg/mL上测试,最终选择出
生长最快的菌落。
1.3.4 抗药稳定性测定 将筛选出的抗药性木霉菌株分别接种在PDA平板上,于25℃恒温培养,每7d转接1
次,连续转接10次[17]。再在速克灵浓度为800μg/mL的PDA平板上培养,测量60h时菌落直径,以原始菌株
为对照,计算速克灵对选出菌株的生长抑制率。每处理重复3次。
1.3.5 生长速率及产孢能力测定 将各抗药性木霉菌株取直径6mm的菌块接种于PDA平板上,在25℃下恒
温培养,每天测量菌落直径1次,连续测量3d,计算各抗药性木霉菌株的生长速率;培养7d后取10mL无菌水
冲洗培养物表面,得到孢子悬浮液。取该悬浮液1mL加入盛有99mL无菌水的三角瓶中,在转速为200r/min
的摇床上振荡20min,使孢子在无菌水中分散均匀,用血球计数板测产孢浓度[17]。以上每处理均为3次重复。
1.3.6 对灰葡萄孢菌的拮抗作用测定 将木霉亲本菌株和各抗药性菌株分别与灰葡萄孢菌对峙接种于PDA
平板,菌块直径6mm,两接菌点相距40mm。同时,单独接种木霉菌灰葡萄孢菌做对照。每处理重复3次,于
25℃下培养,并测量对照灰葡萄孢菌直径和灰葡萄孢菌菌落中心到木霉菌菌落边缘的距离,计算各木霉菌株对灰
葡萄孢菌的抑菌率,统计拮抗系数,并筛选出拮抗性最强的菌株。
计算抑菌率采用以下公式:I=100-(R2/R1)×100%[18]。式中,I为木霉菌的抑菌率,R1为对照灰葡萄孢
菌直径,R2为灰葡萄孢菌菌落中心到木霉菌菌落边缘的距离。
拮抗系数分级标准(5级)[19]:Ⅰ级:深绿木霉菌丝面积≥100%平皿面积;Ⅱ级:深绿木霉菌丝面积≥67%平
皿面积;Ⅲ级:33%平皿面积<深绿木霉菌丝面积<67%平皿面积;Ⅳ级:深绿木霉菌丝面积≤33%平皿面积;Ⅴ
级:病原菌菌丝面积≥100%平皿面积。
811 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.2
2 结果与分析
2.1 耐药性测定
深绿木霉T2菌株在含不同杀菌剂的培养基上生长情况详见表1。深绿木霉T2菌株对不同杀菌剂耐药性
不同,杀菌剂对木霉菌的抑制作用随药剂施用浓度的增大而逐渐增强。接种培养60h后发现,深绿木霉T2菌株
对百菌清、多菌灵、三唑酮、代森锰锌、速克灵和扑海因的耐药性顺序由强到弱分别是代森锰锌、三唑酮、百菌清、
多菌灵、扑海因、速克灵,EC50分别为221.14,171.12,150.90,123.24,42.12和26.24μg/mL。
2.2 紫外光诱变选育
紫外光处理对木霉分生孢子有一定的致死作用,但不同照射时间均能有一定数量的孢子存活。其中照射0.5
h平板上产生的菌落数最多,共产生5个;照射3.0h平板上产生的菌落数最少,共产生2个;照射1.0和1.5h
平板上产生的菌落数均为4个;照射2.0和2.5h平板上产生的菌落数均为3个。
表1 深绿木霉犜2菌株对6种杀菌剂的耐药性测定
犜犪犫犾犲1 犈狀犱狌狉犪狀犮犲狅犳犜.犪狌狉犲狅狏犻狉犻犱犲犜2犪犵犪犻狀狊狋6犽犻狀犱狊狅犳犳狌狀犵犻犮犻犱犲狊
药剂名称
Fungicides
浓度
Concentration
(μg/mL)
60h菌落直径
60hcolonydiameter
(cm)
抑菌率
Inhibitionrate
(%)
毒力回归方程
(狔=犪狓+犫)
Regressionequation
相关系数(狉)
Coefficient
correlation
EC50
50%effective
concentration(μg/mL)
百菌清Chlorothalonil 50 6.51 24.23 狔=1.8650狓+0.9367 狉=0.9491 150.90
100 5.63 35.51
200 4.38 51.54
400 2.69 73.21
800 0.76 97.95
多菌灵Carbendazim 50 6.07 29.87 狔=1.8985狓+1.0307 狉=0.9501 123.24
100 5.31 39.62
200 3.96 56.92
400 2.03 81.67
800 0.68 98.97
三唑酮Triadimefon 50 7.14 16.15 狔=2.0504狓+0.4208 狉=0.9897 171.12
100 5.86 32.56
200 4.77 46.54
400 2.10 80.77
800 1.16 92.82
代森锰锌 Mancozeb 50 7.07 17.05 狔=1.7576狓+0.8791 狉=0.9564 221.14
100 6.29 27.05
200 5.11 42.18
400 3.88 57.95
800 1.20 92.31
速克灵Procymidone 50 2.41 76.79 狔=2.1086狓+2.0079 狉=0.9504 26.24
100 1.98 82.31
200 0.74 98.21
400 0.00 100.00
800 0.00 100.00
扑海因Iprodione 50 3.80 58.97 狔=2.0130狓+1.7298 狉=0.9459 42.12
100 2.56 74.87
200 1.43 89.36
400 0.72 98.46
800 0.00 100.00
911第22卷第2期 草业学报2013年
2.3 药剂驯化培养
将上述紫外光诱导得到6株突变型菌株,分别标记为T21~T26。根据测量的各菌落直径,计算生长抑制
率。结果表明,亲本菌株T2在含速克灵的培养基上基本不生长,其受抑制率为91.58%,而6个突变型菌株分别
为20.75%,24.83%,15.76%和12.41%。其中T26受速克灵的影响很小。速克灵对其他突变型菌株T23、
T24的抑制率较高,分别达到62.34%和70.18%。因此筛选出4株对速克灵抗性较好的突变型菌株T21、T2
2、T25和T26。
2.4 抗药稳定性
将上述筛选出的抗药性木霉菌株T21、T22、T25和T26连续10次转接后发现,速克灵对各抗药性木霉
菌株生长抑制率的变化都不是很大,表明突变菌株的抗药性没有随着传代培养而消失。其中T26菌株的抗药特
性更加稳定,基本未发生变化(表2)。
表2 速克灵对转接后各抗药性木霉菌株的生长抑制率测定
犜犪犫犾犲2 犌狉狅狑狋犺犻狀犺犻犫犻狋犻狅狀狉犪狋犲狅犳犘狉狅犮狔犿犻犱狅狀犲狅狀犲犪犮犺犪狀狋犪犵狅狀犻狊狋犻犮犜狉犻犮犺狅犱犲狉犿犪狊狋狉犪犻狀狊犪犳狋犲狉犻狀狅犮狌犾犪狋犻狅狀 %
菌株Strain
生长抑制率Growthinhibitionrate
转接0次
Inoculation0
转接2次
Inoculation2
转接4次
Inoculation4
转接6次
Inoculation6
转接8次
Inoculation8
转接10次
Inoculation10
T21 18.21 17.45 16.37 16.72 18.53 18.71
T22 20.22 21.53 22.16 23.08 20.82 20.37
T25 9.19 10.44 9.92 10.31 11.27 10.83
T26 8.85 8.92 8.68 8.73 8.89 8.81
2.5 生长速率和产孢能力
从菌丝的生长速率来看,T26菌株的平均生长速
率最快,明显高于亲本菌株T2和其他3个抗药菌株,
T25菌株与亲本菌株接近,T21和T22菌株均低于
亲本菌株;在产孢量上,T26菌株的产孢量同样明显
高于亲本菌株T2和其他3个抗性菌株,亲本菌株的
产孢量高于其他3个抗药菌株(表3)。
2.6 抗性木霉菌株对灰葡萄孢菌的拮抗作用
各抗性菌株和亲本菌株对灰葡萄孢菌都有强烈的
拮抗作用。各个木霉菌株和灰葡萄孢菌先在平板两边
各自生长,48h后两菌落边缘接触,木霉菌对灰葡萄
孢菌产生抑制作用,使其生长速率减缓直至停止。抗
性菌株 T26 对灰葡萄孢菌的抑制率最高,达到
93.26%,T25菌株和亲本菌株抑制率相近,仅相差
1.31%,T22菌株对灰葡萄孢菌的抑制率最低,为
表3 抗药性木霉菌株的生长速率和产孢能力
犜犪犫犾犲3 犌狉狅狑狋犺狉犪狋犲犪狀犱犪犫犻犾犻狋狔狅犳狆狉狅犱狌犮犻狀犵狊狆狅狉犲狊
狅犳犪狀狋犪犵狅狀犻狊狋犻犮犜狉犻犮犺狅犱犲狉犿犪狊狋狉犪犻狀狊
菌株
Strain
平均生长速率
Theaveragegrowth
rate(mm/d)
平均产孢量
Theaveragesporesquantity
(×108个No./mL)
T21 22.12bB 1.51cB
T22 21.67bB 0.75dC
T25 25.97aA 2.85bA
T26 27.45aA 3.47aA
CK(T2) 25.74aA 2.93bA
注:不同小写(大写)字母表示差异显著(极显著)(犘<0.05或0.01)。
下同。
Note:Differentsmalorcapitallettersaresignificantly(moresignifi
cantly)different(犘<0.05or犘<0.01).Thesamebelow.
82.75%(图1)。T21、T22菌株对灰葡萄孢菌的平菌抑菌率与亲本菌株的抑菌率差异显著,T25和T26菌株
对灰葡萄孢菌的抑菌率差异不显著,T21、T22和T25菌株对灰葡萄孢菌的抑菌率差异不显著,T26菌株与
T21、T22菌株对灰葡萄孢菌的抑菌率差异显著。抗性菌株T25、T26和亲本菌株的拮抗系数均为Ⅱ,T21和
T22菌株的拮抗系数为Ⅳ。通过对以上试验结果的综合分析,最后筛选出突变型木霉菌株T26为最佳抗药性
菌株(表4)。
021 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.2
3 讨论与结论
6种杀菌剂对深绿木霉的生长均有一定的抑制作
用,且随着药剂浓度的增加,抑制作用越明显;不同的
药剂对木霉的抑制力不同,其中代森锰锌的抑制力最
低,速克灵的抑制力最高;通过对深绿木霉T2菌株的
紫外线诱变处理和含药平板驯化培养,成功筛选出了
对速克灵产生高度抗性的突变型菌株。紫外线作为一
种物理诱变因子,具有诱变效果明显和方法简单等优
点,是诱导微生物突变的一种非常有用的工具,通过扩
大突变体的筛选基数,可得到性能优良的变异菌
株[20]。Papvizas[21,22]以苯菌灵为敏感性标记物,采用
紫外线诱变对哈茨木霉(犜.犺犪狉狕犻犪狀狌犿)和绿色木霉
表4 抗药性木霉菌株对灰葡萄孢菌的拮抗作用
犜犪犫犾犲4 犃狀狋犪犵狅狀犻狊犿狅犳犪狀狋犪犵狅狀犻狊狋犻犮犜狉犻犮犺狅犱犲狉犿犪
狊狋狉犪犻狀狊狋狅犅狅狋狉狔狋犻狊犮犻狀犲狉犲犪
菌株
Strain
48h抑菌率
48hinhibition
rate(%)
平均抑菌率
Theaverage
inhibitionrate(%)
拮抗系数
Antagonistic
index
T21 81.57 89.88 81.09 84.17bA Ⅳ
T22 79.78 87.31 81.16 82.75bA Ⅳ
T25 86.65 93.53 92.61 90.93abA Ⅱ
T26 85.77 96.38 97.63 93.26aA Ⅱ
CK 87.42 92.80 88.63 89.62abA Ⅱ
图1 抗药性木霉菌株对灰葡萄孢菌的拮抗作用
犉犻犵.1 犃狀狋犪犵狅狀犻狊犿狅犳犪狀狋犪犵狅狀犻狊狋犻犮犜狉犻犮犺狅犱犲狉犿犪
狊狋狉犪犻狀狊狋狅犅狅狋狉狔狋犻狊犮犻狀犲狉犲犪
A.深绿木霉T2菌株;B.抗药菌株T21;C.抗药菌株T22;D.抗
药菌株T25;E.抗药菌株T26。A.ThestrainT2of犜狉犻犮犺狅犱犲狉犿犪;
B.TheantagonisticstrainT21;C.TheantagonisticstrainT22;D.
TheantagonisticstrainT25;E.TheantagonisticstrainT26.
(犜.狏犻狉犻犱犲)进行诱变,得到了对苯菌灵有耐药性的菌
株,这些变异菌株的生长特性,产孢量以及抗菌能力同
亲本菌株相比都有显著改善。杨合同等[10]通过紫外
线诱变处理,获得了对多菌灵具有抗性的突变菌株,该
突变株在PDA培养基上连续转接培养20代后,其抗
药性、生长速度都没有改变,表现非常稳定。本试验发
现深绿木霉菌株T26,该突变型菌株的生长速率、产
孢量以及拮抗作用与亲本菌株相近,而抗药性却远远
高于亲本菌株,连续转接10代,其抗药性随传代仍然
表现稳定。
木霉菌适应环境的一个重要方面就是对化学农药
的抗性,解决了这个问题,才能保证木霉菌在生防中发
挥更好的作用,能够最大限度地发挥生物农药的作用,
减少化学农药的使用,提高木霉菌制剂对作物病害的
防治效果[23,24]。
由于木霉菌在PDA平板的培养是无性繁殖,这
种由微效多基因控制的抗性似能稳定遗传[18],这在本
试验中也得到了证明。但是木霉菌在自然条件下存在
准性生殖,其抗药性是否能够稳定遗传,还需进一步证明。同时生防制剂的应用还受到温度、湿度、光照等各种因
素的影响,获得的抗性菌株与速克灵如何混合、混合使用后的田间防治效果等问题本试验尚未涉及,还有待进一
步的研究。
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犝犞犿狌狋犪犵犲狀犲狊犻狊犪狀犱狊犮狉犲犲狀犻狀犵犳狅狉犳狌狀犵犻犮犻犱犲狉犲狊犻狊狋犪狀狋狊狋狉犪犻狀狊狅犳犜狉犻犮犺狅犱犲狉犿犪犪狌狉犲狅狏犻狉犻犱犲犜2
YINTing,XUBingliang,LIANGQiaolan,GULijun,LIRongfeng
(ColegeofGrasslandScience,GansuAgriculturalUniversity,KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem,
MinistryofEducation,PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince,SinoU.S.
CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Toobtainfungicideresistantstrains,犜狉犻犮犺狅犱犲狉犿犪犪狌狉犲狅狏犻狉犻犱犲strainT2wastestedagainstsixfun
gicidesandthemosteffectivefungicide(Procymidone)wasselectedforscreeningagainstmutagenicstrainsde
rivedbyUVirradiation.Thestrainsweregrownonarangeofprocymidoneconcentrations(50-800μg/mL)
onamedicinalculturemedium.Fourstronglyresistantstrains(T21,T22,T25,andT26)wereobtained.
Afterthe10inoculation,colonygrowthrate,sporulationandantagonismto犅狅狋狉狔狋犻狊犮犻狀犲狉犲犪wereassessedand
thebiologicalcharacteristicsofthefourstrainswerefoundtobeconstant.TheT26strainwassignificantly
betterthantheotherthreestrains.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犜狉犻犮犺狅犱犲狉犿犪犪狌狉犲狅狏犻狉犻犱犲;drugresistance;犅狅狋狉狔狋犻狊犮犻狀犲狉犲犪;UVinduced;medicinalcultivation
221 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.2