植物细菌性青枯病颉颃菌筛选策略研究及生防机理初探

论文摘要

由青枯劳尔氏菌（Ralstonia solanacearum Yabuuchi et al.）引起的作物细菌性萎蔫病是一种毁灭性的土传病害,是中国南方许多省份农业生产中的一大威胁。目前生产上主要是采用抗病品种和轮作套种等农业措施和化学药物来防治青枯病,但由于受到各种条件和原因的限制,防治效果仍很不理想。这使得青枯病的生物防治受到了国内外的高度重视。已有研究报道,生物防治可以有效地降低青枯病的病害程度并减少其造成的产量损失。尽管在中国已有数种防治青枯的生防活菌制剂投入商业化生产,但生防活菌制剂并没有被广大农户接受。导致这种现象出现的最根本原因就是生防制剂的防效不稳定。本论文就青枯病生防菌筛选策略展开研究,旨在建立一个合理、快速的评价体系,通过一系列温室和大田试验对筛选出的生防菌进行有效性和稳定性验证,并借助分子生物学和遗传学手段对生防菌的生防机理进行初步探讨。1.番茄青枯颉颃菌Acinetobacter sp.Xa6和Enterobacter sp.Xy3的筛选与评价根据平板上对青枯及其它土传真菌的颉颃试验和温室防效试验结果,我们从14个候选菌株中挑选出两个—Xa6（Acinetobacter sp.,不动杆菌属）和Xy3（Enterobacter sp肠杆菌属）作为番茄青枯病的颉颃细菌。为了寻求到合适的颉颃菌接种方法,我们比较了温室条件下蘸根和土壤浇灌处理后颉颃菌的根围定殖力、防效和促生长作用。结果显示,土壤浇灌处理后颉颃菌的根围定殖力较好、防效和促生长率较高,并且该方法在田间大范围应用时易于操作。我们还发现,无论在温室试验还是大田试验中,菌株Xy3都表现出较高的防效,而菌株Xa6则对番茄表现出较好的促生长作用。在江苏淮安和福建龙岩的大田试验中,生防菌处理后75天时,Xy3的防效都在65%左右,Xa6引起的增产效果则为40.7%和32.4%。本研究也是第一次报道将不动杆菌属细菌作为番茄青枯病的颉颃菌。2.一种基于根围定殖能力和对代表不同遗传多样性的青枯菌株的颉颃作用的生防菌株筛选策略研究本实验室前期研究中将采集自中国15个省份14中寄主的319个青枯劳尔氏菌菌株进行了遗传多样性分析。选择了10个代表不同遗传多样性群体的青枯病菌开展以下研究。本研究中测定了8个颉颃细菌对上述青枯菌的平板拮抗活性和温室防治效果。结果显示,颉颃细菌对不同青枯菌株表现出的室内（包括平板和温室）拮抗活性有显著差异。我们从8个候选菌株中选择了沙雷氏菌属细菌菌株XY21,因为其在平板拮抗性测试中对10个参试青枯菌均表现出较好的抑制作用,且在番茄植株根围显示出良好的定殖能力。温室条件下,菌株XY21对由具有遗传多样性的不同青枯菌引起的病害的防效19%至70%不等。我们发现,温室防治效果与平板拮抗活性之间相关性良好（相关系数达到0.746）。在淮安（辣椒地）和福州（番茄地）两地的大田试验中,菌株XY21也有效地控制了青枯病的发生,明显增加了番茄和辣椒的产量。本研究首次报道根据菌株对具有遗传多样性的不同青枯菌的拮抗活性和根围定殖力来筛选植物青枯病的生防菌。3.颉颃菌株XY21防治植物青枯病的机制初探在本章中,首先对颉颃菌XY21进行RFP标记,并确定标记后颉颃菌的拮抗性（主要是针对青枯菌的拮抗性）和产酶活性等与生防相关的特性均未发生变化。通过平板计数与激光共聚焦显微镜观察相结合的方法检测其定殖情况。第一次温室试验结果显示,菌株XY21-RFP（?）（?）种处理后定殖于番茄主根根表；灌根处理后,菌株XY21-RFP在植株根表和根围土壤颗粒中均有分布；而且菌株XY21-RFP的荧光表达不稳定；青枯菌株Rs-GFP荧光表达稳定,在萎蔫植株根内会堵塞维管束组织。第二次温室试验,在只接种颉颃菌的处理组中,即使在颉颃菌处理后27天（播种后41天）,菌株XY21-rif和XY21-RFP在番茄根部的定殖量仍能达到107CFU/g RFW。变性梯度凝胶电泳（DGGE）用来分析颉颃菌接种后对番茄根围细菌种群的影响,其结果也显示菌株XY21-rif和XY21-RFP在所有取样时间都可以被检测到,这进一步验证了菌株XY21的优良定殖力。此外,对番茄根围细菌种群的DGGE分析结果显示,菌株XY21-rif和XY21-RFP只在后两次取样时（播种后24天和41天）对细菌种群产生了一些影响；在前两次取样时,颉颃菌处理组中除了属于颉颃菌自身的条带外,与不接菌的对照组没有差异。另外,颉颃菌XY21-rif和XY21-RFP的引入对芽孢杆菌属的种群在所有取样时间点都没有影响,对假单胞菌属的影响也只在取样后期。4.总结本研究的主要发现与创新：第一、建立了一种基于根围定殖能力和对表现遗传多样性的不同青枯菌株的颉颃作用的生防菌筛选策略；第二、筛选得到了三株对作物青枯病有良好防效的颉颃细菌Xa6、Xy3和XY21,其中不动杆菌属细菌Xa6是首次报道用于青枯病的生物防治；第三、对沙雷氏菌属细菌XY21的生防机理进行了初步探讨,发现其与青枯菌存在位点竞争,并且其引入番茄植株根围后对原本的细菌种群影响不大。本研究有两个主要缺点：第一、没有研究颉颃菌XY21野生型对番茄根围细菌种群的影响；第二、对菌株XY21的RFP标记不太成功,荧光表达不稳定。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 植物细菌性青枯病的发生
• 1 细菌性青枯病的病原物
• 2 青枯劳尔氏菌的侵染及致病机理
• 3 细菌性青枯病的表现症状
• 4 细菌性青枯病的发生规律
• 第二章 植物细菌性青枯病的防治及生防机制
• 1 抗病品种培育
• 2 物理防治途径
• 3 化学防治途径
• 4 生物防治途径
• 4.1 无致病力青枯菌的利用
• 4.2 内生细菌与根围促生菌
• 4.3 菌根真菌
• 4.4 基因植物的应用
• 4.5 其他生防材料的应用
• 5 植物细菌性青枯病的生防机制
• 5.1 抗菌物质的产生
• 5.2 竞争和定殖优势
• 5.3 诱导抗性
• 5.4 对线虫的抑制
• 第三章 微生物在植物根围定殖的研究进展
• 1 根围定殖的概念及过程
• 2 根围定殖机制
• 2.1 运动性
• 2.2 生长根的带动作用
• 2.3 下向水流的作用
• 2.4 转运作用
• 3 影响根部定殖的生物因素
• 3.1 细菌的生理学特征
• 3.2 细菌细胞表面的性质
• 3.3 植物对根部定殖的影响
• 3.4 土壤环境
• 4 微生物根围定殖的研究方法
• 4.1 限菌生物系统的建立
• 4.2 植物根围外来微生物定殖的检测方法
• 4.3 DNA和RNA探针法
• 4.4 免疫学方法
• 第四章 番茄青枯颉颃菌Acinetobacter sp.Xa6和Enterobacter sp.Xy3的筛选与评价
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 材料与方法
• 1.1 细菌菌株和培养条件
• 1.2 颉颃细菌对土传病原真菌和植物病原青枯菌拮抗活性的测定
• 1.3 拮抗细菌产酶活性、产嗜铁素的测定
• 1.4 温室试验
• 1.5 田间试验
• 1.6 颉颃细菌菌株的鉴定
• 1.7 数据分析
• 2 结果
• 2.1 颉颃细菌平板颉颃活性
• 2.2 颉颃细菌产酶活性
• 2.3 温室试验结果
• 2.4 大田试验结果
• 2.5 菌株Xa6和Xy3鉴定结果
• 3 讨论
• 第五章 一种基于根围定殖能力和对代表不同遗传多样性的青枯菌株的颉颃作用的生防菌株筛选策略研究
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 材料与方法
• 1.1 细菌菌株和培养条件
• 1.2 颉颃细菌对植物病原青枯菌拮抗活性的测定
• 1.3 颉颃细菌浸种处理后的定殖力测定
• 1.4 颉颃细菌的多样性分析及鉴定
• 1.5 颉颃细菌XY21在温室条件下防治由不同遗传背景青枯菌株引起的青枯病
• 1.6 颉颃细菌XY21防治青枯病的田间试验
• 1.7 数据分析
• 2 结果
• 2.1 颉颃细菌平板颉颃活性
• 2.2 颉颃细菌在番茄种子和根围的定殖能力
• 2.3 颉颃细菌的多样性及鉴定结果
• 2.4 颉颃细菌XY21对7个不同青枯菌引起的青枯病的温室生防效果
• 2.5 颉颃细菌XY21在田间对青枯病的防治效果
• 2.6 颉颃细菌XY21对7个不同青枯菌的平板拮抗半径与温室防病效果之间的关系
• 3 讨论
• 第六章 颉颃菌株XY21防治植物青枯病的机制初探
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 材料与方法
• 1.1 植物病原青枯菌菌株和培养条件
• 1.2 青枯菌Rs-GFP和Rs-RFP的致病力测定与定殖研究
• 1.3 颉颃细菌XY21的RFP标记
• 1.4 颉颃细菌RFP标记菌株（XY21-RFP）的确认及菌株特性测定
• 1.5 颉颃细菌RFP标记菌株（XY21-RFP）的定殖力和防效测定
• 1.6 颉颃细菌XY21利福平标记菌株和RFP标记菌株定殖力与防效的比较
• 1.7 通过变性梯度凝胶电泳（denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE）检测颉颃细菌XY21-rif和XY21-RFP对番茄根围细菌种群的影响
• 1.8 数据分析
• 2 结果
• 2.1 青枯菌Rs-GFP和Rs-RFP的致病力与定殖能力
• 2.2 颉颃细菌XY21标记菌株（XY21-RFP,XY21-rif）的特性
• 2.3 颉颃细菌XY21标记菌株（XY21-RFP）的定殖力和防效
• 2.4 颉颃细菌XY21利福平标记菌株XY21-rif和RFP标记菌株XY21-RFP定殖力与防效
• 2.5 颉颃细菌XY21-rif和XY21-RFP对番茄根围细菌种群的影响
• 3 讨论
• 参考文献
• 致谢
• 在读博士期间撰写和发表的学术论文