复合发酵菌液预防马铃薯晚疫病的生理生化机制探讨

发布时间：2020-09-01 12:02

　　马铃薯(Solanum tuberosum L)属茄科茄属,一年生双子叶草本植物,是继水稻、玉米和小麦之后的第四大粮食作物。2015年1月,农业部开始推进马铃薯主粮化战略。发展马铃薯种植业,防治马铃薯病害,提高马铃薯产量,是实现马铃薯主粮化战略的必然选择。由致病疫霉[Phytophthora infestans(Mont.)de Bary]引起的马铃薯晚疫病是全球范围的马铃薯毁灭性病害,严重威胁马铃薯的产量。利用拮抗菌及其代谢产物防治植物病害、诱导植物防御酶系和蛋白增强、促进植物生长并改善土壤微生物群落结构的研究受到学者的关注。近年来研究发现,复合微生物制剂克服了单一拮抗菌抑菌活性不够稳定、防病效果较差等不足。本实验室前期利用4株拮抗菌(Sy11、SR13-2、ST-1和HT-6)复合发酵(复合发酵菌液CFBF-I)对马铃薯离体组织和盆栽植株进行了晚疫病的防治实验,获得了良好的防治效果。但这4株菌都不是分离自马铃薯植株的菌株,可能在实际应用中难以在马铃薯植株上定殖。后来在继续分离筛选致病疫霉拮抗菌的过程中,从黑龙江克山农场感染晚疫病的马铃薯叶片上分离获得了一株拮抗菌W-7,对致病疫霉有很强的抑制作用。本论文在本实验室前期利用4株拮抗菌的基础上,增加了分离于马铃薯病叶上对致病疫霉有很强抑制作用的拮抗菌W-7菌株,并得到了复合发酵菌液(CFBF-II),以期进一步增强这几株拮抗菌的防病能力,以及促进复合菌群在马铃薯植株上的定殖能力。主要研究内容:(1)采用平板划线法和对峙培养法,明确5株菌能否共培养以及复合发酵方式并获得复合发酵菌液(CFBF-II),探究其对致病疫霉菌体在生理生化方面的影响;(2)应用浸泡、浇灌和平板计数法等方法,探究用复合发酵菌液处理马铃薯离体组织和马铃薯植株后,对晚疫病的预防效果、对植株的促生作用及根际微生物群落的影响,以及复合发酵菌液处理后对马铃薯叶片中叶绿素含量的影响;(3)通过考马斯亮蓝法、SDS-PAGE电泳法等,探究复合发酵菌液对马铃薯抗晚疫病过程中可溶性蛋白和防御相关酶活的影响。主要研究结果如下:1、5株拮抗菌之间无明显拮抗作用,可进行复合发酵,在与致病疫霉同时对峙培养至第11天时,与5株菌中抑菌活性最强的单一HT-6菌液相比,CFBF-II的抑菌作用较强,抑菌率为83.8%,与CFBF-I有显著性差异(P0.05);CFBF-II处理的病菌菌丝可溶性蛋白含量比对照下降了72.8%,也明显低于CFBF-I的处理,但与CFBF-I间无显著性差异;镜检发现菌丝体畸变率达73.96%,明显优于CFBF-I(39.76%)的处理;对孢子囊的直接萌发和游动孢子释放的抑制率分别达到了33.4%和32.5%,与CFBF-I达到显著性差异。2、CFBF-I和CFBF-II对种薯萌芽的促进作用明显优于Control和HT-6菌液的作用,且CFBF-II处理后的萌芽最高可达17.0mm,种薯萌发率为41.18%,明显优于CFBF-I(29.41%);CFBF-II对马铃薯离体块茎和叶片上晚疫病的预防效果最好,分别为63.8%和80.0%,优于CFBF-I的25.0%和10.9%;与LB对照相比,CFBF-II表现出了对马铃薯生长的促进作用,在马铃薯成株期的第55天,株高、茎粗、叶片数、叶面积、主根长和须根数分别增加了14.8%、26.5%、16.6%、32.9%、33.7%和25.1%;此外,CFBF-II处理后的第50天,马铃薯根际土壤中细菌数量增加、真菌、尖孢镰刀菌和放线菌的数量减少;CFBF-II还能显著提高叶片叶绿素a+b的总含量;3、CFBF-II处理后能使马铃薯块茎中可溶性蛋白含量相对升高,显著优于CFBF-I的促进作用,尤其是预先用CFBF-II诱导处理后再接种致病疫霉,可更大幅度地增加块茎切片中蛋白质的含量;利用SDS-PAGE对马铃薯块茎中可溶性蛋白电泳结果显示,在较抗晚疫病马铃薯品种(大白花)中,用3种菌液既诱导又接种致病疫霉的处理组与只用菌液诱导不接菌的对照组之间,在电泳后显现的蛋白质条带数量和亮度方面均无明显差异;在易感晚疫病的马铃薯品种(费乌瑞它)中,电泳后首先发现不论是否用菌液诱导处理,其中蛋白质条带的数量比在大白花中的要少许多,包括用LB液体培养基的处理也如此,另外部分条带的亮度也弱了许多;其次,用CFBF-I、HT-6菌液诱导(LB液体培养基作为对照)后再挑战接种致病疫霉的处理,与只诱导不接菌的处理相比位于14.4 KD~24 KD之间和97.4 KD~100 KD之间这两个区域的部分条带亮度下降甚至消失,唯独用CFBF-II菌液诱导后再挑战致病疫霉的处理组,在这两个区域的各个条带的亮度要比只诱导不接菌提高了许多,表明CFBF-II可能与致病疫霉侵染有某种关联,而CFBF-I和HT-6中这种可能性并不存在;且用CFBF-II菌液诱导处理后,还能显著提高块茎切片中POD、PPO和PAL三种抗性相关酶的活性,尤其是CFBF-II诱导结合挑战接种致病疫霉的处理,能更大幅度地提高这些酶的活性,其中POD酶活在诱导后第6天达到峰值,而PPO和PAL酶活均在诱导后第4天达到峰值,说明POD酶可能先于PPO和PAL酶发挥作用。主要研究结论:(1)5株拮抗菌之间无拮抗作用,CFBF-II在抑制致病疫霉方面比HT-6单一菌株和CFBF-I表现出更优的效果,导致菌体更高的畸变率,并显著降低致病疫霉菌体中蛋白质的含量;(2)CFBF-II对马铃薯离体块茎、叶片无不良影响,在预防晚疫病上能够达到良好的效果;(3)CFBF-II对马铃薯植株株高、茎粗、叶片数、叶面积和根系等方面有显著的促生作用,并能改善根系微生物群落;(4)CFBF-II在马铃薯诱导、抗病过程中,能够提高可溶性蛋白含量和POD、PPO和PAL防御酶的活性,其中POD在诱导后第6天发挥作用,而PPO和PAL在第4天发挥作用。
【学位单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S435.32
【部分图文】：

晚疫病,马铃薯植株,马铃薯

它营养极其丰富，含有大量淀粉氨基酸[4,5]，是第四大粮食作物。2015 年年，农业部又发布《关于推进马铃薯产化战略提升到国家高度。因此，发展马，是实现马铃薯主粮化战略的必然选择hthora infestans (Mont. ) de Bary]引起。1845 年由该病害在爱尔兰流行，造，100 多万人被饿死，另有 150 万人逃均有发生和流行，严重威胁马铃薯的生损失高达 10 多亿美元[8]。

马铃薯,叶片,孢子囊,卵菌

感染致病疫霉的马铃薯叶片（申芬摄于 20-2 Potato leaves infected with Phytophthora in（Chromista）、卵菌门（Oomycota）、s）、腐霉科（Pythiaceae）、疫霉属（性繁殖，在形态上分为菌丝、孢子囊、囊间接萌发形成的游动孢子或直接萌发，通过吸器获取寄主的营养和水分。孢下，孢子囊萌发产生 6-12 个肾形游动孢

孢子囊,卵菌,疫霉,游动孢子

致病疫霉的马铃薯叶片（申芬摄tato leaves infected with Phytophomista）、卵菌门（Oomyc霉科（Pythiaceae）、疫霉，在形态上分为菌丝、孢子接萌发形成的游动孢子或直吸器获取寄主的营养和水分子囊萌发产生 6-12 个肾形

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