作为重要的经济作物,烤烟(
Nicotiana tabacum)在我国云南、贵州、河南、湖南、四川、福建、黑龙江等地广泛种植,成为当地烟农重要的经济来源
[1]。随着烟草的多年种植,烟草根腐病等土传病害在烤烟种植区普遍发生,严重区域的病害发病率达到30%
[2]。烟草根腐病又称烟草根黑腐,是一种主要由镰刀菌(
Fusarium sp.)侵染引起的土传病害
[3-7],感病烟草表现为叶片萎蔫失绿、根部维管束变黑、堵塞和变形,严重时整株植物萎蔫,甚至死亡,给烟草生长造成严重影响
[8]。
目前针对烟草根腐病主要采取种植抗病品种、化学药剂结合田间管理等措施综合防控
[3],其中化学药剂仍是控制烟草根腐病最有效的手段。已有研究表明,43%戊唑醇悬浮剂
[4]、40%咪鲜胺水乳剂
[5]、98%吡唑醚菌酯技术浓缩剂
[6]、38.6%恶霉灵·噁唑菌酮水剂和50%氯溴异氰尿酸可溶性粉剂
[7]等对由镰刀菌侵染引起的烟草根腐病具有显著防效。施用化学药剂的作用周期短、效果显著,但长期使用容易导致病原菌产生抗药性,同时对土壤和环境造成污染。
植物病害的生物防治具有安全、无污染和持效性等特点,成为化学防控的有效补充手段。前期研究发现,解淀粉芽孢杆菌(
Bacillus amyloliquefaciens)、枯草芽孢杆菌(
Bacillus subtilis)
[9]、棘孢木霉(
Trichoderma asperellum)
[10]、贝莱斯芽孢杆菌(
Bacillus velezensis)
[11]、液化沙雷氏菌(
Serratialiquefaciens)
[12]等可通过溶解尖孢镰刀菌(
Fusarium oxysporum)的菌丝等多种作用机制对烟草青枯病和根腐病的防效均达到70%以上。生物防治虽具有安全性和持效性,但与化学防控相比,其防治效果相对较慢,并易受到环境等多种因素的影响,造成防效不稳定,从而限制其在田间的应用
[13]。
生物防治与化学药剂相结合防控病原菌,既可以利用生防菌的安全、持效性特点,又能结合化学药剂的快速、高效等特点,在达到高效防控植物病害的同时能有效减少化学药剂的施用,实现高效、安全的目的,成为植物病害防控领域研究的热点。王文肖等
[14]采用贝莱斯芽孢杆菌EA19与50%多菌灵可湿性粉剂复配对小麦赤霉病的防效达到53.76%;高翔宇等
[15]利用放线菌KF-5-1与80%乙蒜素乳油复配对棉花黄萎病的防效达67.42%;高强等
[10]研究发现,多粘类芽孢杆菌(
Paenibacillus polymyxa)CY2发酵液与10%氟噻唑吡乙酮悬浮剂复配对烟草黑胫病的防效超过78%;黄小琴等
[16]研究发现,72%硫酸链霉素可溶粉剂与解淀粉芽孢杆菌Bs2-4复配对烟草青枯病的防控效果显著;张世杰等
[17]研究发现,40%菌核净可湿性粉剂与解淀粉芽孢杆菌复配能有效防控烟草赤星病。但截至目前对烟草根腐病的菌药复配剂研究甚少,仅见刘畅等
[18]利用棘孢木霉与30%霜霉·嘧菌酯悬浮剂复配对烟草根腐病进行防控,因此筛选高效的菌药协同复配剂成为烟草根腐病防控的有效措施。
我国气候、植被条件多样,微生物资源丰富,筛选更多高效的菌药复配剂将为烟草根腐病的可持续防控提供资源。本研究以从盐爪爪(
Kalidium foliatum)根际采集的土壤样品为材料,采用逐级稀释法以烟草根腐病菌(
Fusarium oxysporum)JL003为靶标,筛选抗逆性强、防效良好的生防菌,并采用菌丝生长速率法
[2]筛选防效较好的化学药剂,通过相融性测定构建化学杀菌剂与拮抗菌复配剂,并通过活体接种法评价其对烟草根腐病的防控效果,以期为烟草根腐病的绿色、高效防控提供参考。
1 材料与方法
1.1 供试材料
1.1.1 供试植物及土壤
烤烟种子为中烟100,为本实验室自留种质,在4 ℃冰箱中干燥保存。2023年8月,使用手持式土壤采样器,采集内蒙古自治区包头市盐爪爪根际土壤20 g,备用。
1.1.2 供试病原菌
烟草根腐病原菌Fusarium oxysporum JL003,由河南农业大学藏睿副教授提供,接种该菌株的烟草根部出现根黑腐的典型症状。
1.1.3 供试药剂
试验所用10种杀菌剂分别为:43%戊唑醇悬浮剂,山东麒麟农化有限公司;50%多菌灵可湿性粉剂,山东省泗水丰田农药有限公司;45%咪鲜胺水乳剂,江苏剑牌农化股份有限公司;300倍蛇床子素水剂,山西德威本草生物科技有限公司;50%异菌脲悬浮剂,苏州富美实植物保护剂有限公司;70%甲基硫菌灵可湿性粉剂,江苏蓝丰生物化工股份有限公司;3%甲霜·噁霉灵水剂,天津市绿亨化工有限公司;43%氟菌·肟菌酯悬浮剂,拜耳作物科学(中国)有限公司北京分公司;50%氯溴异氰尿酸可湿性粉剂,河北上瑞生物科技有限公司;300倍苦参碱乳油,杨凌馥稷生物科技有限公司。
1.1.4 培养基
马铃薯葡萄糖培养基(PDA),LBA培养基,LB液体培养基,其具体配方见参考文献[
11]。
1.2 试验方法
1.2.1 化学药剂对尖孢镰刀菌JL003的毒力测定
采用菌丝生长速率法
[2]测定10种杀菌剂对烟草根腐病菌
F.oxysporum JL003的抑制作用。将供试药剂用无菌水配置成母液,制成质量浓度为50 mg/L的PDA带药平板。取
F.oxysporum JL003菌饼,接种于含药PDA平板中央,在25 ℃恒温培养箱中培养7 d。以不加药的PDA平板为对照,每处理3次重复。采用十字交叉法测定菌落直径,计算抑制率。筛选在该质量浓度下对
F.oxysporum JL003抑制率在60%以上的药剂,利用菌丝生长速率法分别测定其在不同质量浓度梯度(0.1,0.5,1,5,25 mg/L)下对病原菌
F.oxysporum JL003的抑制率。以处理质量浓度(mg/L)的对数值为横坐标(
x),以相应抑制率几率值为纵坐标(
y)建立毒力回归方程(
y=
ax+
b,其中
a,
b为系数),然后利用回归方程计算各供试药剂对病原菌
F.oxysporum JL003病菌丝生长的抑制有效中浓度(EC
50),比较不同杀菌剂对烟草根腐病菌
F.oxysporum JL003的抑制作用。
抑制率=(对照病斑直径-处理病斑直径)/对照病斑直径×100%。
1.2.2 拮抗生防菌的筛选
利用逐级稀释法分离盐爪爪根际土壤中的菌株,分离纯化后的菌株转入LBA培养基上培养24 h,采用皿内拮抗法和活体法筛选拮抗菌株。
皿内拮抗法:将在PDA培养基中培养5 d的病原菌F.oxysporum JL003菌饼(直径4 mm)接种在PDA培养基平板中心,生防菌接种在平板两侧,每组3次重复,以只在平板中央接种病原菌的处理作为对照,28 ℃恒温培养。待对照菌落长满平板时,记录菌落半径、抑菌圈直径,计算抑菌率。
抑菌率=(对照病斑半径-处理病斑半径)/(对照病斑半径)×100%。
活体接种法
:参考ZHANG等
[19]的方法对烟草进行活体接种,具体为:将筛选的生防菌株转入LB培养液中,28 ℃、180 r/min培养2 d,无菌水调整OD
600为0.8,选择四叶期的烤烟植株,拔出后自来水清洗,然后利用质量分数1%的次氯酸钠消毒3 min,无菌水冲洗3次,在茎基部用无菌针刺伤,先在植株茎秆处均匀喷施生防菌菌液,静置晾干30 min后,再在伤口处接种
F.oxysporum JL003菌饼,用浸湿的无菌脱脂棉包裹,保鲜膜密封,以喷施LB培养基后接种病原菌的处理作为对照,每组重复6棵。处理烟草植株放入顶置LED人工气候箱(型号:RDN-1000D)25 ℃、16 h光照/8 h黑暗保湿培养6 d后,测量植株病斑长度,并拍照记录,计算抑制率和发病率。
抑制率=(对照病斑长度-处理病斑长度)/对照病斑长度×100%;
发病率=发病植株数/对照植株数×100%。
1.2.3 生防菌株YZZ-5的鉴定
(1)形态观察及耐盐性测定。将菌株YZZ-5接种于LBA培养基中,观察其皿内菌落形态特征,挑取菌体,扫描电镜观察菌体形态。同时用含盐平板培养评价YZZ-5的耐盐性:将菌株YZZ-5分别划线涂布于含质量分数1%,10%,12%和15% NaCl 的LBA培养基中,28 ℃恒温培养6~7 d,观察其生长特性。
(2)分子鉴定。利用细菌基因组DNA提取试剂盒(生工生物工程(上海)股份有限公司)提取菌株YZZ-5的DNA,分别用27F/1492R与GyrAF/GyrAR扩增YZZ-5的16S rDNA和DNA回旋酶A亚基(DNA gyrase subunit A,GyrA)序列
[20-21]。利用1%琼脂糖凝胶电泳对 PCR 产物进行检测,利用胶回收试剂盒(北京聚合美生物科技有限公司)对扩增的目的片段进行回收,并送生工生物工程(上海)股份有限公司测序。将测序获得的2组序列在NCBI中进行比对,选择同源性较高的16S rDNA和GyrA rDNA基因序列,利用MEGA 12构建系统进化树。
1.2.4 菌药相融性测定
利用牛津杯法测定生防菌株YZZ-5和杀菌剂43%戊唑醇悬浮剂、50%多菌灵可湿性粉剂和45%咪鲜胺水乳剂的相融性。将杀菌剂配置成推荐浓度(稀释4 000倍液)待用,将生防菌YZZ-5在LB液体培养基中28 ℃、180 r/min培养2 d,调整OD600为1.0,取200 μL YZZ-5菌液加入200 mL 55 ℃的LBA培养基中制成含菌平板。在平板上放置牛津杯,每个杯中加入200 μL筛选药剂,28 ℃培养2 d后测定透明圈的半径并拍照记录。
1.2.5 菌药复配剂的活性测定
根据上述筛选结果,将YZZ-5分别与化学药剂43%戊唑醇悬浮剂和50%多菌灵可湿性粉剂等量复配,利用活体刺伤法测定菌药复配剂对烟草根腐病的防控效果。分别将43%戊唑醇悬浮剂和50%多菌灵可湿性粉剂稀释4 000倍液(有效成分质量浓度分别为107.5和125 mg/L),YZZ-5菌液利用无菌水调整OD600为0.8。试验设置对照组(喷施无菌水,CK)、菌液处理(YZZ-5菌液)、药剂(43%戊唑醇悬浮剂4 000倍液、50%多菌灵可湿性粉剂4 000倍液)、菌药等比复配剂(50%多菌灵可湿性粉剂+YZZ-5、43%戊唑醇悬浮剂+YZZ-5)共6个处理。参照1.2.2节的活体测定方法,将烤烟植株茎秆消毒、刺伤,每个处理重复6次,各处理用上述相应无菌水或药剂分别喷施,并在刺伤口处接入病原菌菌饼,以喷施无菌水后再接种病原菌处理作为对照,放入顶置LED人工气候箱(型号:RDN-1000D)25 ℃、16 h光照/8 h黑暗培养6 d,观察记录病斑长度,计算抑制率。
2 结果与分析
2.1 化学药剂对烟草根腐病菌JL003的毒力测定
在质量浓度为50 mg/L时,供试10种药剂对烟草根腐病菌JL003的抑制作用测定结果表明,50%多菌灵可湿性粉剂和45%咪鲜胺水乳剂对烟草根腐病菌JL003的抑制作用最强,抑制率为100%;43%戊唑醇悬浮剂对烟草根腐病菌JL003的抑制作用较强,抑制率在90%以上;43%氟菌·肟菌酯悬浮剂和50%异菌脲悬浮剂对烟草根腐病菌JL003菌丝生长的抑制率在60%以上;其余5种药剂(3%甲霜·恶霉灵水剂、70%甲基硫菌灵可湿性粉剂、50%氯溴异氰尿酸可湿性粉剂、300倍蛇床素水剂、300倍苦参碱乳油)对烟草根腐病菌JL003的抑制作用较差,抑制率在50%以下。
选取质量浓度为50 mg/L时对烟草根腐病菌 JL003抑制率60%以上的药剂,采用生长速率法进一步测定其对烟草根腐病菌 JL003的毒力曲线,结果如
表1所示。
由
表1可知,50%多菌灵可湿性粉剂、43%戊唑醇悬浮剂和45%咪鲜胺水乳剂对烟草根腐病菌 JL003的EC
50值分别为0.095 5,0.841 3和0.235 9 mg/L;43%氟菌·肟菌酯悬浮剂、50%异菌脲悬浮剂对烟草根腐病菌 JL003的EC
50 均大于5 mg/L。因此筛选43%戊唑醇悬浮剂、50%多菌灵可湿性粉剂和45%咪鲜胺水乳剂3种药剂进行后续菌药相融和复配试验。
2.2 拮抗生防菌筛选
从盐爪爪根际土壤中分离出12株形态不同的细菌,命名为YZZ-1~YZZ-12。利用皿内拮抗法和活体接种法测定其对烟草根腐病菌
F.oxysporum JL003的抑菌作用。结果(
表2和
图1)表明,分离的12株菌中只有YZZ-5对
F.oxysporum JL003表现出一定的拮抗活性,其对病原菌JL003的皿内抑制率为45.60%,活体抑制率为61.92%。
2.3 生防菌株YZZ-5的鉴定
2.3.1 形态鉴定及耐盐性测定
由
图2可知,菌株YZZ-5在LBA培养基中着色均匀,菌落表面光滑不透明,整体呈现浅黄色,细胞呈柱状或短棒状,大小为1.15~3.85 μm(长)×0.55~0.85 μm(宽)。耐盐性测定结果(
图2)表明,生防菌株YZZ-5在含有1%,10%和12% NaCl的LBA培养基上均能正常生长,但在含15%NaCl的LBA培养基中生长受到显著抑制。
2.3.2 分子鉴定
利用PCR扩增菌株YZZ-5的16S rDNA(NCBI登录号:PV490676)和GyrA序列(NCBI登录号:PX701690),并选择同源性较高的16S rDNA和GyrA rDNA基因序列,利用MEGR 12构建系统进化树。结果(
图3)表明,菌株YZZ-5的16S rDNA序列与芽孢杆菌属的暹罗芽孢杆菌(
Bacillus siamensis) KCTC 13613(KY643639)、贝莱斯芽孢杆菌(
Bacillus velezensis) FZB42(CP000560)以及解淀粉芽孢杆菌(
Bacillus amyloliquefaciens) NBRC 15535(AB325583)聚到一支;菌株YZZ-5的GyrA rDNA与贝莱斯芽孢杆菌模式种
Bacillus velezensis FZB42聚到一支。基于形态观察以及基因序列测定结果,确定菌株YZZ-5为贝莱斯芽孢杆菌(
Bacillus velezensis)。
2.4 菌药相融性测定
采用牛津杯法测定杀菌剂43%戊唑醇悬浮剂、50%多菌灵可湿性粉剂和45%咪鲜胺水乳剂对YZZ-5的相融性,结果如
图4所示。由
图4可知,50%多菌灵可湿性粉剂和43%戊唑醇悬浮剂对YZZ-5的抑菌圈最小,抑菌圈直径均为0.15 mm;而45%咪鲜胺水乳剂对YZZ-5的抑菌圈直径达到0.44 mm。表明50%多菌灵可湿性粉剂和43%戊唑醇悬浮剂对生防菌YZZ-5的影响最小,与YZZ-5的相融性好,可进行复配。
2.5 菌药复配剂对烟草根腐病的抑制活性
采用刺伤接种法测定菌药复配剂对烟草根腐病的防治效果,结果如
图5和
表3所示。由
图5可知,与无菌水对照相比,50%多菌灵可湿性粉剂、43%戊唑醇悬浮剂、YZZ-5处理烟草植株仍存在明显发病萎蔫症状;而两种药剂分别与YZZ-5复配后,烟草植株长势健壮、发病症状显著减轻,表明YZZ-5与化学药剂复配可产生显著协同增效作用。由
表3可知,43%戊唑醇悬浮剂与YZZ-5等量复配处理对烟草根腐病的抑制效果最好,抑制率达到96.37%;50%多菌灵可湿性粉剂与YZZ-5复配处理对烟草根腐病的抑制率达到85.47%,显著高于对应的化学药剂处理(43%戊唑醇悬浮剂为57.18%,50%多菌灵可湿性粉剂为64.02%)。上述结果表明,2种菌药复配剂在化学药剂用量减半的条件下仍能有效防控烟草根腐病,具有一定的应用前景。
3 讨论
尖孢镰刀菌可引起多种植物根腐病,化学药剂是该类病害防治的关键。已有研究表明,45%咪鲜胺水乳剂对尖孢镰刀菌具有一定的抑制活性,其对蓝莓根腐病
[22]、豇豆枯萎病
[23]及建兰茎腐病
[24]的EC₅₀值分别为0.071 6,0.086 0和0.063 0 mg/L,能够高效抑制尖孢镰刀菌的生长。同样,43%戊唑醇悬浮剂也被证明是抑制该病原菌的有效药剂,何海涛等
[25]与李雪萍等
[26]利用室内毒力测定评价了43%戊唑醇悬浮剂对根腐病的抑制效果,结果表明43%戊唑醇悬浮剂对大豆与三七根腐病的EC₅₀值分别为0.444 0和0.345 0 mg/L。此外,李哲等
[27]研究发现,50%多菌灵可湿性粉剂稀释2 500倍即可直接杀灭尖孢镰刀菌;而陈艳等
[28]则发现,50%多菌灵可湿性粉剂在30万倍的超高稀释倍数下,对香荚兰根腐病的抑菌率仍高达91.9%,凸显了其高效性与持效性。45%咪鲜胺可湿性粉剂、43%戊唑醇悬浮剂和50%多菌灵可湿性粉剂均为广谱类杀菌剂,对已报道的由尖孢镰刀菌引发的各类植物根腐病均有较好的防治效果,但目前这3种化学药剂对于烟草根腐病防效的报道相对较少,因此本研究通过皿内毒力测定,发现50%多菌灵可湿性粉剂、43%戊唑醇悬浮剂和45%咪鲜胺水乳剂对尖孢镰刀菌引发的烟草根腐病具有较高的防效,其EC₅₀值均较低,分别为0.095 5,0.841 3和0.235 9 mg/L。
生防菌在植物病害防治中展现出一定的潜力,比如,解淀粉芽孢杆菌与枯草芽孢杆菌对烟草青枯病和根黑腐病的防效均超过70%
[9];贝莱斯芽孢杆菌
[11]与液化沙雷氏菌
[12]可有效抑制尖孢镰刀菌的生长。然而,在盐碱地区推广生防菌却面临巨大挑战:盐碱环境的高pH与高盐分不仅会抑制有益菌的活性,还可能为耐盐致病菌创造生存优势,DEL ROSARIO CAPPELLARI等
[29]研究发现,盐胁迫加剧了根腐病的发生;张晓尘等
[30]也观察到引起黄芪根腐病的斜隔孢镰孢在盐碱条件下的菌落扩展速度反而高于正常条件。因此本研究从盐爪爪根际土壤中筛选出既耐盐又能显著抑制烟草根黑腐的生防菌
B.velenzensis YZZ-5,其在皿内对根腐病的防治效果为45.60%,活体发病率仅为33.33%,虽然其对
F.oxysporum JL003的活体抑制活性结果表现出一定的变异性,这可能是由宿主植物状态、病原菌活性及微环境差异所致,然而3次重复试验均证实了菌株YZZ-5具有显著的拮抗潜力。此外YZZ-5能够在含盐量为12%的LBA培养基中生长,表明该菌株的较强耐盐性,为将其开发为适用于盐碱地的微生物菌剂奠定了坚实基础。
菌药协同施用可弥补因单一使用化学药剂易产生抗药性和生防菌不稳定性的不足,有效减少化学药剂的使用量,同时显著提高防治效果。已有研究表明,多粘类芽孢杆菌CY2发酵液与10%氟噻唑吡乙酮悬浮剂按质量比1∶2复配对烟草黑胫病的防效超过78%
[10];贝莱斯芽孢杆菌与50%多菌灵可湿性粉剂复配对小麦赤霉病的防效为53.76%
[14];放线菌KF-5-1与80%乙蒜素乳油复配对棉花黄萎病的防效达67.42%
[15]。而本研究利用皿内筛选、相融性测定及活体接种法筛选得出,43%戊唑醇悬浮剂与YZZ-5、50%多菌灵可湿性粉剂与YZZ-5等量复配对烟草根腐病的防效分别高达96.37%和85.47%,显著高于单一使用化学药剂和生防菌剂的防效,而且还能够显著减少化学药剂的施用量,同时实现了高效防控和相对安全的目的。该研究结果为烟草根腐病的有效防控提供参考。
4 结论
50%多菌灵可湿性粉剂和43%戊唑醇悬浮剂对尖孢镰刀菌具有较高的抑菌作用,且其与生防菌B.velenzensis YZZ-5菌株复配后,对烟草根腐病的抑制效果显著增强,抑制率分别达到96.37%和85.47%,达到高效、安全防控烟草根腐病的效果。未来将对筛选出的菌药复配剂的剂型进行优化,同时对其田间应用情况进行研究,以期为烟草根腐病的绿色高效防控提供依据。
内蒙古自治区自然科学基金项目(2024MS03056)
湖南中烟工业有限责任公司科研计划项目(KY2024YC0019)
内蒙古农业大学高层次人才科研启动项目(NDYB2018-3)
内蒙古农业大学高层次人才科研启动项目(NDYB2019-1)
内蒙古农业大学高层次人才科研启动项目(NDYB2018-14)