微生物学通报  2023, Vol. 50 Issue (11): 4925−4937

扩展功能

文章信息

车建美, 赖恭梯, 赖呈纯, 陈冰星, 陈倩倩, 林思连, 叶鹏鹏, 刘波
CHE Jianmei, LAI Gongti, LAI Chengchun, CHEN Bingxing, CHEN Qianqian, LIN Silian, YE Pengpeng, LIU Bo
芽孢杆菌FJAT-55034的鉴定、生长特性及对梨轮纹病菌的抑菌活性
Bacillus sp. FJAT-55034: identification, growth characteristics, and antagonistic effect on Botryosphaeria dothidea causing pear ring rot
微生物学通报, 2023, 50(11): 4925-4937
Microbiology China, 2023, 50(11): 4925-4937
DOI: 10.13344/j.microbiol.china.230225

文章历史

收稿日期: 2023-03-23
接受日期: 2023-04-12
网络首发日期: 2023-05-26
芽孢杆菌FJAT-55034的鉴定、生长特性及对梨轮纹病菌的抑菌活性
车建美1 , 赖恭梯2 , 赖呈纯2 , 陈冰星1 , 陈倩倩1 , 林思连3 , 叶鹏鹏4 , 刘波1     
1. 福建省农业科学院农业生物资源研究所, 福建  福州    350002;
2. 福建省农业科学院农业工程技术研究所, 福建  福州    350002;
3. 泉州村上小镇农业科技有限公司, 福建  泉州    362500;
4. 德化县农业科学院研究所, 福建  泉州    362500
摘要: 【背景】 由葡萄座腔菌(Botryosphaeria dothidea)引起的梨轮纹病是梨栽培生产中的主要病害之一,造成巨大的经济损失。【目的】 对梨轮纹病菌具有较高拮抗活性的菌株FJAT-55034进行鉴定、生长特性及抑菌活性评价,为梨轮纹病的生物防治提供菌种资源。【方法】 采用形态学观察、生理生化测定和16S rRNA基因序列分析进行拮抗菌株FJAT-55034的鉴定;通过生长曲线、培养温度和pH测定,研究该菌株的生长特性。采用抑菌圈法测定该菌株的抑菌谱;采用共培养、显微镜观察和果实回接,测定菌株FJAT-55034对梨轮纹病菌生长的抑制作用。【结果】 拮抗菌株FJAT-55034鉴定为贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)。该菌株在20−50 ℃ (最适温度30 ℃)和pH 5.0−9.0 (最适pH值7.0)均能够生长,NaCl添加量为0−5%时,该菌株均能够较好地生长。菌株FJAT-55034对6种果树不同病原真菌均具有不同程度的抑制作用,抑菌圈直径范围为19.8−29.1 mm;与梨轮纹病菌共培养后,菌株FJAT-55034对菌丝生长的抑制率为77.2%。菌株FJAT-55034能够有效地抑制梨轮纹病斑的扩展,处理梨果实5 d后对梨轮纹病的抑制率为66.0%。【结论】 菌株FJAT-55034对梨轮纹病菌有较好的抑制效果,可作为梨轮纹病的生防备选菌株。
关键词: 贝莱斯芽孢杆菌    轮纹病菌    生物学特性    拮抗菌        
Bacillus sp. FJAT-55034: identification, growth characteristics, and antagonistic effect on Botryosphaeria dothidea causing pear ring rot
CHE Jianmei1 , LAI Gongti2 , LAI Chengchun2 , CHEN Bingxing1 , CHEN Qianqian1 , LIN Silian3 , YE Pengpeng4 , LIU Bo1     
1. Agricultural Bio-resources Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350002, Fujian, China;
2. Institute of Agricultural Engineering and Technology, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350002, Fujian, China;
3. Quanzhou Cunshang Town Agricultural Technology Limited Company, Quanzhou 362500, Fujian, China;
4. Dehua Institute of Agricultural Sciences, Quanzhou 362500, Fujian, China
Abstract: [Background] Pear ring rot caused by Botryosphaeria dothidea is one of the major diseases in pear cultivation, causing huge economic losses. [Objective] To identify the strain FJAT-55034 with high antagonistic activity against B. dothidea and evaluate its growth characteristics and antifungal activity, so as to provide an alternative strain for the biocontrol of pear ring rot. [Methods] Morphological characteristics, physiological and biochemical properties, and 16S rRNA gene sequencing were employed to identify the antagonistic strain FJAT-55034. Furthermore, we studied the growth characteristics of the strain by establishing the growth curve and determining the culture temperature and pH. The inhibition zone method was employed to determine the inhibitory spectrum of this strain. Finally, co-culture, microscopic observation, and pathogen inoculation in fruits were conducted to evaluate the antagonistic effect of strain FJAT-55034 on B. dothidea. [Results] The antagonistic strain FJAT-55034 was identified as Bacillus velezensis. It can survive at 20–50 ℃ (optimum 30 ℃) and pH 5.0–9.0 (optimum pH 7.0) and grow well with 0–5% NaCl. The strain exerted inhibitory effects on 6 pathogenic fungal species derived from fruit trees, with the inhibition zone diameters ranging from 19.8 mm to 29.1 mm. The inhibition rate of FJAT-55034 on the mycelial growth of B. dothidea was 77.2%. Moreover, the strain inhibited the expansion of pear ring rot with an inhibition rate of 66.0%. [Conclusion] The strain FJAT-55034 presented a desirable inhibitory effect on B. dothidea and served as an alternative strain for the biocontrol of pear ring rot.
Keywords: Bacillus velezensis    Botryosphaeria dothidea    biological characteristics    antagonistic bacteria    pear    

由葡萄座腔菌(Botryosphaeria dothidea)引起的梨轮纹病是梨种植过程中的主要病害之一[1]。该病害在我国南北方20多个省份均发病,南方发病率更高,严重时枝干发病率达100%,烂果率甚至超过80%[2],造成无法挽回的损失,导致果实减产、农民减收[3]

目前梨轮纹病的防治主要依赖化学农药,包括甲基硫菌灵、甲硫酮和多菌灵等[4]。种植户为追求产量,用药量盲目增加,容易导致病原菌抗药性增强[5]。因此,生物防治是植物病害防治的发展热点方向之一[6-7]。芽孢杆菌因具有繁殖速度快、分布广和耐酸碱盐等特点,近年来在植物病害防治领域应用广泛[8-10]。郝金辉等[11]筛选得到的多粘类芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)发酵上清液对梨黑斑病菌互隔交链孢(Alternaria alternata)菌丝生长和孢子萌发均有显著抑制作用。耐盐芽孢杆菌(Bacillus halotolerans) LDFZ001在PDA培养基上能够显著抑制小麦纹枯病菌(Rhizoctonia solani)菌丝生长[12]。目前用于梨轮纹病生物防治的芽孢杆菌不多,解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens) L-1能够在梨伤口处成功定殖,而且在贮藏期间一直维持在较高水平,对梨轮纹病菌的活体抑制率达到76.6%[13]。枯草芽孢杆菌sf628可以抑制梨轮纹病病斑的扩展,抑制率为60.0%[14]。近年来,贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)作为一种潜在的生防菌在许多国家得到广泛应用[15]。贝莱斯芽孢杆菌SM905对铁皮石斛胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)的防效优于苯醚甲环唑[16]。贝莱斯芽孢杆菌Ba-0321具有较强的抗紫外线能力,对烟草根腐病菌(Fusarium oxysporum)的防治效果为81.0%,同时能够促进烟草根系发育和植株生长[17]。但目前关于贝莱斯芽孢杆菌应用于梨轮纹病的防治鲜见报道,而且由于梨在我国种植范围广、环境差异性大[18],而生防菌的生长特性又与其环境适应性密切相关[19],因此筛选适宜不同生态环境的菌株资源尤为必要。

本研究前期从葡萄叶片分离得到一株芽孢杆菌FJAT-55034,发现其对梨轮纹病菌具有较好的拮抗作用。因此,本研究通过形态学对该菌株进行观察,并结合分子生物学技术对该菌株进行鉴定,研究其生长特性,并分析其对梨轮纹病菌的抑制效果,旨在为进一步发掘梨主要病害生防菌株资源奠定基础,并为梨病害生防菌剂的应用提供参考。

1 材料与方法 1.1 材料

1.1.1 菌株

供试梨炭疽病菌(Colletotrichum fructicola)、梨腐烂病菌(Valsa mali var. pyri)、梨轮纹病菌(Botryosphaeria dothidea)和梨黑斑病菌(Alternaria alternata)均由江苏省农业科学院植物保护研究所李朝辉老师惠赠;供试病原菌枇杷炭疽病菌(Colletotrichum acutatum) FJAT-30256、龙眼焦腐病菌(Lasiodiplodia theobromae) FJAT-3586均为本实验室分离保存。

1.1.2 培养基

LB液体培养基(g/L):NaCl 5.0,酵母浸膏5.0,胰蛋白胨10.0,pH 7.0−7.2,121 ℃灭菌20 min。PDA培养基(g/L):马铃薯葡萄糖琼脂培养基35.0,pH 7.0−7.2,121 ℃灭菌20 min。配制相应固体培养基时,加入17 g/L琼脂粉。

1.1.3 主要试剂和仪器

细菌基因组DNA提取试剂盒,Bioteke公司;2×Taq Mix,北京天根生物有限公司;API 50CH和API 20E,BioMerieux公司。扫描电镜,JEOL公司;奥林巴斯显微镜,Olympus公司;PCR仪、电泳仪和凝胶成像仪,Bio-Rad公司。

1.2 拮抗菌株的鉴定

1.2.1 形态特征观察

在LB培养基上划线接种甘油保藏的菌株FJAT-55034,30 ℃培养48 h,观察菌落形态、颜色等特征,并于扫描电镜下观察菌体形态。

1.2.2 生理生化特征

生理生化特征采用API 50CH和API 20E进行检测。将菌株FJAT-55034于LB培养基上活化,挑取单菌落于LB液体培养基中,30 ℃、180 r/min培养24 h。将菌株FJAT-55034发酵液分别滴加于API 20E和API 50CH试剂条各微量生化管内,30 ℃培养24 h,观察并记录各生化管中反应现象。

1.2.3 16S rRNA基因扩增

菌株FJAT-55034的基因组DNA按细菌基因组DNA提取试剂盒操作方法提取。引物为27F (5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′)和1492R (5′-TACGACTTAACCCCAATCGC-3′)[20]。PCR反应体系(25.0 μL):2×Taq Mix 12.5 μL,正、反向引物(10 μmol/L)各0.5 μL,基因组DNA (1 ng/μL) 1.0 μL,去离子水补足25.0 μL。PCR反应条件:94 ℃ 4 min;94 ℃ 1 min,50 ℃ 1 min,72 ℃ 1 min,35个循环;72 ℃ 10 min。PCR产物交由上海铂尚生物技术有限公司测序,测序结果利用BLAST在线工具与数据库的模式菌株序列进行同源性比对,采用MEGA 7.0软件,使用邻接法构建菌株的系统发育树。

1.3 拮抗菌株的生长特性

1.3.1 生长曲线

挑取菌株FJAF-55034单菌落于LB,30 ℃、180 r/min培养过夜按1%接种量将培养过夜的FJAT-55034发酵液加入LB培养基中,于30 ℃、180 r/min振荡培养,不同时间(0、2、4、6、8、10、12、24、26和28 h)取样,采用紫外分光光度计测定600 nm吸光值。每处理3次重复。

1.3.2 温度对拮抗菌生长的影响

按1%接种量将培养过夜的FJAT-55034发酵液加入LB培养基中,置于10、20、30、40和50 ℃,180 r/min振荡培养24 h后取出,测定600 nm吸光值。每处理3次重复。

1.3.3 pH对拮抗菌生长的影响

将LB液体培养基的pH值分别调至1.0、3.0、5.0、7.0、9.0和11.0,按1%接种量将培养过夜的FJAT-55034发酵液加入不同pH的培养基中,置于30 ℃、180 r/min振荡培养24 h后取出,测定600 nm吸光值。每处理3次重复。

1.3.4 耐盐性

按1%接种量将培养过夜的FJAT-55034发酵液加入LB培养基中,NaCl添加浓度分别为0.1%、0.5%、1%、2%、5%、10%和20%,置于30 ℃、180 r/min振荡培养24 h后取出,测定600 nm吸光值。每处理3次重复。

1.4 拮抗菌株对不同病原菌的抑制作用

在LB液体培养基中接入拮抗菌株FJAT- 55034单菌落后,30 ℃、180 r/min振荡培养2 d后取出。将活化的不同病原真菌接种于PDA培养基上,28 ℃培养5 d,取5 mL无菌水轻轻冲洗培养5 d的不同病原真菌,制备孢子悬浮液(1.0×106个/mL)。取2 mL真菌孢子悬浮液与20 mL PDA培养基混匀,待其凝固后,采用打孔器打孔(直径6 mm),加入50 μL拮抗菌发酵液(2.0×108 CFU/mL),30 ℃培养48 h,采用十字交叉法测量抑菌圈直径。试验重复3次。

1.5 拮抗菌株对梨轮纹病菌生长的影响

1.5.1 对菌丝生长量的影响

在LB液体培养基中接入FJAT-55034单菌落后,30 ℃、180 r/min培养2 d,取出。在50 mL PDB培养基中接种一块1 cm2大小的梨轮纹病菌,然后再按照2% (体积分数)接种量接入菌株FJAT-55034发酵液(2.0×108 CFU/mL),30 ℃、100 r/min培养7 d,以LB培养基作为对照。观察菌丝生长状态,8 000 r/min离心15 min,去掉上清液,收集菌丝,烘干并称重。每个处理3个重复。

1.5.2 对菌丝形态的影响

将梨轮纹病菌在PDA培养基上培养,待菌株长满平板,用打孔器打6 mm菌饼置于PDA培养基中央,在其两侧接种菌株FJAT-55034,以LB培养基作为对照。30 ℃培养5 d后观察该菌株对病原真菌的抑制情况,并挑取边缘菌丝于奥林巴斯显微镜下观察形态。

1.6 拮抗菌株对梨轮纹病斑扩展的抑制效果测定

取新鲜的香梨,70%酒精表面消毒后,无菌水清洗3次,用灭菌牙签在每个果实表面刺伤6 mm左右的伤口,取6 mm的轮纹病菌饼贴于该伤口上,30 ℃培养24 h后取下菌饼,于菌株FJAT-55034发酵液(2.0×108 CFU/mL)中浸泡20 min后取出,晾干。以LB培养基处理为对照,每个处理7个梨。将不同处理的梨置于30 ℃培养3 d后,每天测定病斑的直径。每个处理3个重复。抑制率(%)=[(对照果斑面积−处理果斑面积)/对照果斑面积]×100,果斑面积=π(d/2)2d为果实果实病斑直径平均值。

1.7 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2007进行计算和作图,试验数据差异显著性通过DPS7.05软件进行邓肯氏新复极差法检测。

2 结果与分析 2.1 菌株FJAT-55034的鉴定结果

2.1.1 形态特征

菌株FJAT-55034在LB培养基上培养48 h后,菌落乳白色,不透明,表面干燥,菌落最初生长为近圆形,继而边缘不规则扩散(图 1A)。扫描电镜观察发现,菌体呈短杆状,表面附着一层荚膜,菌体大小为(0.8×1.5) μm−(2.0×2.5) μm (图 1B)。

图 1 菌株FJAT-55034的菌落形态(A)和菌体形态(B) Figure 1 Colony morphology (A) and cell morphology (B) of strain FJAT-55034.

2.1.2 生理生化特性

API 20E检测表明,菌株FJAT-55034精氨酸水解酶试验为阳性,邻苯硝基-半乳糖苷酶、赖氨酸脱羧酶、鸟氨酸脱羧酶和苯丙氨酸脱氨酶反应均为阴性,能利用柠檬酸盐,不产硫化氢和吲哚,脲酶和V-P试验为阴性,能水解明胶,能利用葡萄糖发酵产酸,不能利用蔗糖、甘露醇、肌醇、山梨醇、鼠李糖、苦杏仁苷、密二糖和阿拉伯糖产酸(表 1)。API 50CH检测49种碳水化合物,菌株FJAT-55034能够利用甘油、d-阿拉伯糖、l-阿拉伯糖、核糖、d-木糖、l-木糖、葡萄糖、果糖、甘露糖、肌醇、甘露醇、山梨醇、α-甲基-d-葡萄糖苷、N-乙酰-葡糖胺、苦杏仁苷、熊果苷、七叶灵、柳醇、纤维二糖、麦芽糖、乳糖、蔗糖、海藻糖、淀粉、肝糖和龙胆二糖,不能利用其余23种碳水化合物(表 2)。

表 1 菌株FJAT-55034的API 20E试验结果 Table 1 API 20E results of strain FJAT-55034
项目
Item
结果
Result
项目
Item
结果
Result
VP反应Voges-Proskauer test 阿拉伯糖l-arabinose
苯丙氨酸脱氨酶Phenylalanine deaminase 甘露醇Mannitol
精氨酸水解酶Arginine hydrolase + 肌醇Inositol
赖氨酸脱羧酶Lysine decarboxylase 苦杏仁苷Amygdalin
邻苯硝基-半乳糖苷酶
O-Nitrophenyl-β-d-galactopyranoside enzyme
密二糖Melibiose
硫化氢Hydrogen sulfide 葡萄糖Glucose +
明胶液化Gelatin hydrolysis + 山梨醇Sorbitol
鸟氨酸脱羧酶Ornithine decarboxylase 鼠李糖Rhamnose
尿素酶Urease 吲哚Indole
柠檬酸盐利用Sodium critrate + 蔗糖Sucrose
+:阳性;−:阴性. 下同
+: Positive; −: Negative. The same below.

表 2 菌株FJAT-55034的API 50CH试验结果 Table 2 API 50CH results of strain FJAT-55034
项目
Item
结果
Result
项目
Item
结果
Result
甘油Glycerol + 柳醇Saligenin +
赤癣醇Erythritol 纤维二糖Cellobiose +
d-阿拉伯糖d-arabinose + 麦芽糖Maltose +
l-阿拉伯糖l-arabinose + d-阿糖醇d-arabitol
d-木糖d-xylose + d-来苏糖d-lyxose
l-木糖l-xylose + d-松二糖d-turanose
β-甲基-d-木糖苷β-methyl-d-xyloside d-塔格糖d-tagatose
阿东醇Adonitol d-岩糖d-fucose
半乳糖Galactose l-岩糖l-fucose
半乳糖醇Dulcitol 淀粉Starch +
甘露醇Mannitol + 肝糖Glycogen +
甘露糖Mannose + 海藻糖Trehalose +
果糖Fructose + 菊糖Inulin
核糖Ribose + 龙胆二糖Gentiobiose +
肌醇Inositol + 蜜二糖d-melibiose
葡萄糖Glucose + 棉子糖Raffinose
山梨醇Sorbitol + 木糖醇Xylitol
山梨糖Sorbose 乳糖Lactose +
鼠李糖Rhamnose 松三糖Melizitose
α-甲基-d-甘露糖苷α-methyl-d-mannose glycosides 蔗糖Sucrose +
α-甲基-d-葡萄糖苷α-methyl-d-glucoside + l-阿糖醇l-arabitol
七叶灵Esculin + 葡萄糖酸盐Gluconate
熊果苷Arbutin + 5-酮基-葡萄糖酸盐5-keto-d-gluconate
苦杏仁苷Amygdalin + 2-酮基-葡萄糖酸盐2-keto-d-gluconate
N-乙酰-葡糖胺N-acetylglucosamine +

2.1.3 16S rRNA基因序列分析

菌株FJAT-55034与模式菌株贝莱斯芽孢杆菌BCRC17467的序列相似性最高,达到99.4%。将菌株的16S rRNA基因序列提交到GenBank数据库,登录号为ON567374。基于16S rRNA基因序列采用邻接法构建系统发育树,结果如图 2所示,菌株FJAT-55034与贝莱斯芽孢杆菌聚成一个分支。综合其形态特征、生理生化特征及系统发育分析的结果,将菌株FJAT-55034鉴定为贝莱斯芽孢杆菌。

图 2 基于16S rRNA基因序列构建的菌株FJAT-55034的系统发育树 Figure 2 Phylogenetic trees of the strain FJAT-55034 and other Bacillus sp. strains. 括号内序号为该菌株GenBank登录号;标尺0.005代表序列偏差值;内部节点数字为支持度,用于代表该分支结构的可靠程度 The serial number in brackets is the GenBank accession number of the strain; The value of 0.005 represents the sequence deviation value; The number of internal nodes is support value, which represents the reliability of the branch structure. The same below.
2.2 菌株FJAT-55034的生长特性

2.2.1 生长曲线

菌株FJAT-55034的生长起始期为0−4 h,之后进入对数生长期(4−24 h),菌株生长迅速,24 h后进入稳定生长期(图 3)。

图 3 菌株FJAT-55034的生长曲线 Figure 3 Growth curve of strain FJAT-55034.

2.2.2 温度对拮抗菌生长的影响

菌株FJAT-55034在20‒50 ℃均能够生长,其最适生长温度为30 ℃,OD600值为1.3 (图 4)。该菌株对高温的耐受性比低温更强,其在50 ℃的OD600值为0.5,在10 ℃的OD600值为0.1。

图 4 温度对菌株FJAT-55034生长的影响 Figure 4 Effect of temperature on the growth of strain FJAT-55034. 不同小写字母代表不同处理间结果差异显著(P < 0.05). 下同 Different lowercase letters represent significant difference among the treatments (P < 0.05). The same below.

2.2.3 pH对拮抗菌生长的影响

菌株FJAT-55034在pH 5.0−9.0均可以生长,最适生长pH 7.0,其OD600值为1.1。pH值小于5.0或者大于9.0均不利于该菌株的生长(图 5)。

图 5 pH值对菌株FJAT-55034生长的影响 Figure 5 Effect of pH value on the growth of the strain FJAT-55034.

2.2.4 耐盐性

NaCl添加量为0−5%时,该菌株均能够较好地生长,在不添加NaCl、添加0.5%和1%的NaCl培养基中的生长量无显著差异,其OD600值分别为1.4、1.3和1.4。NaCl添加量高于10%时不利于该菌株的生长(图 6)。

图 6 NaCl对菌株FJAT-55034生长的影响 Figure 6 Effect of NaCl on the growth of the strain FJAT-55034.
2.3 拮抗菌株FJAT-55034的抑菌谱

菌株FJAT-55034对6种病原真菌均具有较好的抑制作用,抑菌圈直径范围为19.8−29.1 mm (图 7)。该菌株对梨轮纹病菌的抑制作用最好,抑菌圈直径为29.1 mm;对枇杷炭疽病菌的抑菌圈直径最小,为19.8 mm。

图 7 菌株FJAT-55034对不同病原真菌的抑制作用 Figure 7 Inhibition effects of strain FJAT-55034 on different fungi.
2.4 菌株FJAT-55034对梨轮纹病菌生长的影响

2.4.1 对生长量的影响

菌株FJAT-55034可以明显抑制梨轮纹病菌菌丝的生长(图 8)。菌株FJAT-55034处理组的菌丝干重为0.3 g,显著低于对照组的1.5 g,其对梨轮纹病菌菌丝生长的抑制率为77.2%。

图 8 菌株FJAT-55034对梨轮纹病菌菌丝生长的影响 Figure 8 Effect of strain FJAT-55034 on mycelial growth of Botryosphaeria dothidea. A:对照组. B:处理组 A: Control group. B: Treatment group.

2.4.2 对菌丝形态的影响

菌株FJAT-55034和梨轮纹病菌对峙培养5 d后,对照组菌丝长满整个平板(图 9A),而菌株FJAT-55034处理组的菌丝则被抑制无法生长(图 9B)。取边缘的菌丝进行显微镜观察发现:对照组菌丝细长,顶端无膨大(图 9C);处理组菌丝较粗,顶端膨大呈泡状(图 9D)。

图 9 菌株FJAT-55034对梨轮纹病菌丝形态的影响 Figure 9 The growth of the mycilium of Botryosphaeria dothidea treated with bacterial strain FJAT-55034. A、C:对照组. B、D:处理组 A, C: Control group. B, D: Treatment group.
2.5 菌株FJAT-55034对梨轮纹病斑扩展的抑制效果

接种3 d后,对照组的病斑直径为13.8 mm,处理组病斑直径为8.5 mm,显著性差异不大(表 3图 10);接种5 d后,对照组的病原菌正常生长,病斑直径分别为27.4、33.7和39.8 mm;而处理组病原菌生长受到不同程度的抑制,菌落直径分别为16.0、20.6和25.0 mm,菌株FJAT-55034对梨轮纹病菌的抑制率分别为66.0%、62.6%和60.4%。

表 3 菌株FJAT-55034对梨轮纹病的抑制效果 Table 3 The inhibition effect of FJAT-55034 strain on pear ring rot
培养时间
Cultural time (d)
病斑直径
Lesion dimeter (mm)
抑制率
Inhibition rates (%)
处理组
Treatment group
对照组
Control group
3 8.5±1.3a 13.8±1.9a 62.0
4 11.8±2.1a 20.2±2.5a 65.9
5 16.0±2.3a 27.4±2.6b 66.0
6 20.6±2.6a 33.7±3.3b 62.6
7 25.0±2.6a 39.8±3.1b 60.4
不同小写字母代表不同处理间结果差异显著(P < 0.05)
Different lowercase letters represent significant difference among the treatments (P < 0.05).

图 10 菌株FJAT-55034对梨轮纹病斑扩展的抑制作用 Figure 10 Inhibitory effect of strain FJAT-55034 on pear ring rot lesion expansion.
3 讨论与结论

贝莱斯芽孢杆菌因具有无残留、环境友好、广谱的抗菌活性、促生作用等优点,在农业种植领域的应用日益广泛[15]。Mosela等[21]分离获得贝莱斯芽孢杆菌03可提高玉米和大豆产量。贝莱斯芽孢杆菌SDTB038对番茄镰孢菌冠腐病和根腐病均有较好的防治效果[10]。但目前在实际应用过程中,贝莱斯芽孢杆菌易受到寄主、气候、土壤和水质等多种因素的影响,干扰菌株的生长繁殖进而影响其生防效果[22],因此迫切需要分离更多环境适应性强的菌株资源。本研究分离得到的拮抗贝莱斯芽孢杆菌FJAT-55034在20−50 ℃ (最适温度30 ℃)和pH 5.0−9.0 (最适pH值7.0)均能够生长,我们的研究结果与高艳侠等[23]的相似,他们发现贝莱斯芽孢杆菌LF01菌株的最适生长温度为30 ℃,最适pH 7.0。但与杨迪等[24]的研究结果有所不同,他们分离的2株贝莱斯芽孢杆菌最适生长温度均为31 ℃,最适生长pH值均为5.5。不同的贝莱斯芽孢杆菌生长的最高温度有所不同,贝莱斯芽孢杆菌LF01菌株最高生长温度37 ℃[23],而我们分离的贝莱斯芽孢杆菌FJAT-55034对高温条件的耐受性更强,50 ℃条件下也能够生长,且该菌株在NaCl添加量为0−5%时均能够较好生长,但浓度升高时,生长量下降。朱亚珠等[25]也发现贝莱斯芽孢杆菌SW5在NaCl质量浓度为0−5 g/100 mL时的生长速度呈上升趋势,5−20 g/100 mL时生长速度呈下降趋势。然而贝莱斯芽孢杆菌LF01对盐的耐受性则较弱,其最适盐度为5‰[23]。因此,拮抗贝莱斯芽孢杆菌FJAT-55034耐高温、耐盐碱,有望作为环境适应性强的菌株备选资源。

随着生活水平的提高,人们对优质安全梨的需求越来越旺盛[24]。化学农药的大量使用对梨果实品质的污染越来越严重,因此病害防治与农药污染的矛盾亟待解决[24]。相对安全、无残留和环境友好的微生物菌剂越来越受到重视,成为国际绿色农药发展的重点[26]。本研究分离得到的一株拮抗贝莱斯芽孢杆菌FJAT-55034,对6种常见果树病原真菌均具有较强的抑制作用,可为果树真菌病害防治的微生物菌剂开发提供新资源,具有较好的应用前景。该菌株可抑制梨轮纹病菌丝的生长,抑制率达到77.2%,且能够有效抑制梨果实轮纹病斑的扩展,抑制率为66.0%,高于枯草芽孢杆菌sf628的抑制率[14]。由于目前关于贝莱斯芽孢杆菌用于梨轮纹病防治方面鲜见报道,为加快其产业化应用,尚需开展不同生态环境梨种植区的小区试验和大田示范,确定其环境适应性和防病效果。

生防菌常常会抑制菌丝生长,对菌丝有致畸效果[27]。菌株FJAT-55034处理后的梨轮纹病菌丝明显变粗,顶端膨大呈泡状,这一结果与郝金辉等[11]的研究结果一致。张倩等[28]通过扫描电镜观察也发现,经与贝莱斯芽孢杆菌KT菌株共培养后,匍枝根霉菌丝和孢子形态会发生扭曲。研究表明,贝莱斯芽孢杆菌主要通过脂肽等抗菌代谢产物、诱导植物系统抗性、产生生长激素促进植物生长、竞争和生态位定殖调控等机制发挥生防作用[29-30],因此推测菌株FJAT-55034很有可能通过产生某些活性物质抑制梨轮纹病菌生长,其具体的抑菌机制有待进一步深入研究。

综上所述,贝莱斯芽孢杆菌FJAT-55034对梨轮纹病菌具有较强的抑制作用,有望作为梨种植中病害防治的菌种资源。贝莱斯芽孢杆菌作为芽孢杆菌属的一个新种,在病害防控领域的应用越来越广泛,后续将通过宏基因组和转录组等分子生物学手段进一步探索该菌株对梨轮纹病菌的生防机制,为田间广泛应用提供理论基础。

REFERENCES
[1]
HE Y, ZOU Q, LI SS, ZHU HD, HONG N, WANG GP, WANG LP. Molecular characterization of a new fusarivirus infecting Botryosphaeria dothidea, the causal agent of pear ring rot disease[J]. Archives of Virology, 2022, 167(9): 1893-1897. DOI:10.1007/s00705-022-05492-w
[2]
ZHANG L, LIU QZ, ZHANG GZ. Resistance of six pear variety's fruits to ring rot and inhibition effects of four fungicides to Botryosphaeria dothidea[J]. Plant Protection, 2019, 45(4): 224-228. (in Chinese)
张璐, 刘奇志, 张国珍. 6种梨果实对轮纹病的抗性差异及4种杀菌剂对轮纹病菌的抑菌作用[J]. 植物保护, 2019, 45(4): 224-228.
[3]
ZOU Q, GAO YJ, WANG Q, YANG YK, WANG F, HONG N, WANG GP, WANG LP. The full-length genome sequence of a novel mitovirus from Botryosphaeria dothidea, the causal agent of pear ring rot disease[J]. Archives of Virology, 2021, 166(10): 2881-2885. DOI:10.1007/s00705-021-05189-6
[4]
ZHANG LL. Study on biological characteristics and biological control of Botryosphaeria berengeriana f. sp. piricola on pear fruits[D]. Nanjing: Masterʼs Thesis of Nanjing Agricultural University, 2009 (in Chinese).
张丽丽. 梨轮纹病菌生物学特性及其果实病害生物防治研究[D]. 南京: 南京农业大学硕士学位论文, 2009.
[5]
AL-HAQ MI, SEO Y, OSHITA S, KAWAGOE Y. Disinfection effects of electrolyzed oxidizing water on suppressing fruit rot of pear caused by Botryosphaeria berengeriana[J]. Food Research International, 2002, 35(7): 657-664. DOI:10.1016/S0963-9969(01)00169-7
[6]
CHEN L, HENG JY, QIN SY, BIAN K. A comprehensive understanding of the biocontrol potential of Bacillus velezensis LM2303 against Fusarium head blight[J]. PLoS One, 2018, 13(6): e0198560. DOI:10.1371/journal.pone.0198560
[7]
XU SY, LI MQ, LIU MJ, XU DL, QI YH, ZHOU LL, WANG XM, LI FQ, LI XP. Screening of bacteria with biocontrol effects against naked barley root rot accompany with plant growth-promoting properties and the biocontrol effects of the bacterial inoculant[J]. Microbiology China, 2022, 49(7): 2575-2586. (in Chinese)
许世洋, 李敏权, 刘梅金, 徐冬丽, 漆永红, 周兰兰, 汪学苗, 李风庆, 李雪萍. 青稞根腐病防病促生细菌的筛选及其菌剂防效[J]. 微生物学通报, 2022, 49(7): 2575-2586.
[8]
MORADI M, NEJAD FJ, BONJAR GHS, FANI SR, MIMAND BM, PROBST C, MADANI M. Efficacy of Bacillus subtilis native strains for biocontrol of Phytophthora crown and root rot of pistachio in Iran[J]. Tropical Plant Pathology, 2018, 43(4): 306-313. DOI:10.1007/s40858-018-0226-0
[9]
LI XY, LI L, CHEN LD, SHI YX, CHAI AL, XIE XW, LI BJ. Screening and identification of antagonistic bacteria against gray leaf spot of tomato caused by Stemphylium solani[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2020, 47(4): 741-748. (in Chinese)
李新宇, 李磊, 陈利达, 石延霞, 柴阿丽, 谢学文, 李宝聚. 番茄匍柄霉叶斑病拮抗细菌的筛选与鉴定[J]. 园艺学报, 2020, 47(4): 741-748.
[10]
CHEN QQ, QIU Y, YUAN YZ, WANG KY, WANG HY. Biocontrol activity and action mechanism of Bacillus velezensis strain SDTB038 against Fusarium crown and root rot of tomato[J]. Frontiers in Microbiology, 2022, 13: 994716. DOI:10.3389/fmicb.2022.994716
[11]
HAO JH, BAO HF, WANG N, ZHAN FQ, HOU XQ, ZHENG SH, HE YF, SHI YW, YANG R, LONG XQ. Screening and possible mechanism of strains against black spot of Korla pear[J]. Microbiology China, 2022, 49(9): 3709-3721. (in Chinese)
郝金辉, 包慧芳, 王宁, 詹发强, 侯新强, 郑素慧, 何亚芳, 史应武, 杨蓉, 龙宣杞. 库尔勒香梨黑斑病菌拮抗菌筛选及其抑菌机理[J]. 微生物学通报, 2022, 49(9): 3709-3721. DOI:10.13344/j.microbiol.china.220017
[12]
FENG ZB, XU MZ, YANG J, ZHANG RH, GENG ZG, MAO TT, SHENG YT, WANG LM, ZHANG J, ZHANG HX. Molecular characterization of a novel strain of Bacillus halotolerans protecting wheat from sheath blight disease caused by Rhizoctonia solani Kühn[J]. Frontiers in Plant Science, 2022, 13: 1019512. DOI:10.3389/fpls.2022.1019512
[13]
SUN PP, CUI JC, JIA XH, WANG WH. Isolation and characterization of Bacillus amyloliquefaciens L-1 for biocontrol of pear ring rot[J]. Horticultural Plant Journal, 2017, 3(5): 183-189. DOI:10.1016/j.hpj.2017.10.004
[14]
LIU YZ, CHANG YH, WEI BQ, LIU YF, CHEN ZY. Screening and evaluation of antagonistic bacteria against pear ring rot[J]. Journal of Fruit Science, 2009, 26(3): 344-348, F0002. (in Chinese)
刘邮洲, 常有宏, 魏本强, 刘永峰, 陈志谊. 梨轮纹病拮抗细菌的筛选与评价[J]. 果树学报, 2009, 26(3): 344-348, F0002.
[15]
RABBEE MF, HWANG BS, BAEK KH. Bacillus velezensis: a beneficial biocontrol agent or facultative phytopathogen for sustainable agriculture[J]. Agronomy, 2023, 13(3): 840. DOI:10.3390/agronomy13030840
[16]
ZHU LH, LI XH, SHI YF. Identification of Bacillu sp. SM905 and its antifungal activity against Colletotrichum gloeosporioides[J]. Chinese Journal of Biological Control, 2022, 38(2): 469-475. (in Chinese)
竺利红, 李孝辉, 施跃峰. 芽胞杆菌SM905的鉴定及其对铁皮石斛胶孢炭疽菌的抑菌活性研究[J]. 中国生物防治学报, 2022, 38(2): 469-475.
[17]
LI XJ, YAO CX, QIU R, BAI JK, LIU C, CHEN YG, LI SJ. Isolation, identification, and evaluation of the biocontrol potential of a Bacillus velezensis strain against tobacco root rot caused by Fusarium oxysporum[J]. Journal of Applied Microbiology, 2023, 134(1): lxac049. DOI:10.1093/jambio/lxac049
[18]
GUO WC, LIU JH. Present situation, existing problems and improvement measures of pear industry in China[J]. Special Economic Animal and Plant, 2019, 22(3): 47-49. (in Chinese)
郭文场, 刘佳贺. 中国梨的产业现状、存在问题及改进措施[J]. 特种经济动植物, 2019, 22(3): 47-49.
[19]
ZHOU JX, ZHAO YL, ZHAO P, CAO JJ, WANG ZQ, LIU L, ZHONG NQ. Screening and functional evaluation of strain HD9-1 against Streptomyces scabies[J]. Microbiology China, 2023, 50(3): 1149-1162. (in Chinese)
周敬轩, 赵永龙, 赵盼, 曹晶晶, 汪志琴, 刘璐, 仲乃琴. 疮痂链霉菌拮抗菌HD9-1的筛选及功能评价[J]. 微生物学通报, 2023, 50(3): 1149-1162.
[20]
AL AZAD S, HOSSAIN KM, RAHMAN SMM, AL MAZID MF, BARAI P, GAZI MS. In ovo inoculation of duck embryos with different strains of Bacillus cereus to analyse their synergistic post-hatch anti-allergic potentialities[J]. Veterinary Medicine and Science, 2020, 6(4): 992-999.
[21]
MOSELA M, ANDRADE G, MASSUCATO LR, de ARAÚJO ALMEIDA SR, NOGUEIRA AF, de LIMA FILHO RB, ZEFFA DM, MIAN S, HIGASHI AY, DANILO SHIMIZU G, TEIXEIRA GM, BRANCO KS, FARIA MV, GIACOMIN RM, ALBERTO SCAPIM C, GONÇALVES LSA. Bacillus velezensis strain Ag75 as a new multifunctional agent for biocontrol, phosphate solubilization and growth promotion in maize and soybean crops[J]. Scientific Reports, 2022, 12: 15284.
[22]
ZHANG DF, GAO YX, WANG YJ, LIU C, SHI CB. Advances in taxonomy, antagonistic function and application of Bacillus velezensis[J]. Microbiology China, 2020, 47(11): 3634-3649. (in Chinese)
张德锋, 高艳侠, 王亚军, 刘春, 石存斌. 贝莱斯芽孢杆菌的分类、拮抗功能及其应用研究进展[J]. 微生物学通报, 2020, 47(11): 3634-3649.
[23]
GAO YX, ZHANG DF, KE XL, LIU ZG, YI MM, WANG M, HAN XQ, LU MX. Selection and characterization of intestinal Bacillus strain antagonistic against pathogenic Streptococcus agalactiae of tilapia[J]. Acta Microbiologica Sinica, 2019, 59(5): 926-938. (in Chinese)
高艳侠, 张德锋, 可小丽, 刘志刚, 衣萌萌, 王淼, 韩雪晴, 卢迈新. 罗非鱼源无乳链球菌肠道拮抗芽孢杆菌的筛选及其生物学特性[J]. 微生物学报, 2019, 59(5): 926-938.
[24]
YANG D, DU CJ, ZHANG J, PAN LF, YE YF, HUANG SL, FU G. Screening, identification and biological characteristics of Bacillus velezensis with antagonst activity against banana Fusarium wilt[J]. Chinese Journal of Biological Control, 2021, 37(1): 165-171. (in Chinese)
杨迪, 杜婵娟, 张晋, 潘连富, 叶云峰, 黄思良, 付岗. 香蕉枯萎病拮抗菌贝莱斯芽胞杆菌的筛选鉴定及其生物学特性[J]. 中国生物防治学报, 2021, 37(1): 165-171.
[25]
ZHU YZ, XIA SB, CHEN L, LIU Y, WU ZF, WENG PF. Study on growth characteristics and antimicrobial activities of Bacillus velezensis[J]. Journal of Food Science and Technology, 2022, 40(1): 85-92. (in Chinese)
朱亚珠, 夏率博, 陈琳, 刘洋, 吴祖芳, 翁佩芳. 一株贝莱斯芽孢杆菌的生长特性及抑菌活性研究[J]. 食品科学技术学报, 2022, 40(1): 85-92.
[26]
ZHANG SL. Pear Science[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2013. (in Chinese)
张绍铃. 梨学[M]. 北京: 中国农业出版社, 2013.
[27]
LI CH, BAO Y, MIAO CQ, LING J, SUN WB, ZHAO YC, XU HY, LIU FQ. Identification of antagonistic bacteria CL01 against pear anthracnose and its anti-pathogenic activity[J]. Chinese Journal of Biological Control, 2021, 37(4): 838-846. (in Chinese)
李朝辉, 包艳, 苗成琪, 凌军, 孙伟波, 赵延存, 徐会永, 刘凤权. 梨炭疽菌拮抗细菌CL01的鉴定及其抗菌活性[J]. 中国生物防治学报, 2021, 37(4): 838-846.
[28]
ZHANG Q, CHEN YS, XU CY, ZOU M, BAO WT, XI LQ, XIN L, CHEN YL. Effects and mechanism of Bacillus velezensis on control and induced resistance of postharvest soft rot of sweet cherry fruit[J]. Food Science, 2023, 44(7): 229-239. (in Chinese)
张倩, 陈雨诗, 许春艳, 邹曼, 包汶婷, 郗良卿, 辛力, 陈义伦. 贝莱斯芽孢杆菌防治甜樱桃采后软腐病的效果和机理[J]. 食品科学, 2023, 44(7): 229-239.
[29]
JIN PF, WANG HN, TAN Z, XUAN Z, DAHAR GY, LI QX, MIAO WG, LIU WB. Antifungal mechanism of bacillomycin D from Bacillus velezensis HN-2 against Colletotrichum gloeosporioides penz[J]. Pesticide Biochemistry and Physiology, 2020, 163: 102-107.
[30]
MAHDI I, ALLAOUI A, FAHSI N, BISKRI L. Bacillus velezensis QA2 potentially induced salt stress tolerance and enhanced phosphate uptake in quinoa plants[J]. Microorganisms, 2022, 10(9): 1836.