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降解多菌靈木霉菌株的分離及其生防與降解特性

2012-12-31 00:00:00鄭恩澤
湖北農業科學 2012年7期

摘要:從長期施用多菌靈的葡萄園土壤中分離純化得到一株能夠降解多菌靈的木霉(Trichoderma sp.)菌株Tr1。在以多菌靈為惟一碳源的無機鹽培養基中培養14 d后,該菌株對多菌靈的降解率為45.74%。在無機鹽培養基中添加少量氮源,可以提高木霉Tr1對多菌靈的降解率,尤其是添加0.1%酵母粉,降解率達到了66.57%。木霉Tr1在含氮的無機鹽培養基上的最適生長溫度為28 ℃,最適初始pH為6.5。木霉Tr1還對所測定的6種植物病原真菌(Rhizoctonia solani,Phytophthora capsici,Verticillium dahliae Kleb,Phoma uvicola Berk,Bipolaris sorokiniana(Sacc.)hoemaker,Fusarium moniliforme Sheld)都具有抑菌活性。該項研究為木霉在植物病害生物防治及多菌靈污染土壤修復方面的應用提供了基礎。

關鍵詞:多菌靈;生物降解;木霉(Trichoderma sp.);降解特性;生物防治

中圖分類號:X172 文獻標識碼:A 文章編號:0439-8114(2012)07-1348-04

Isolation, Identification of A Carbendazim-degrading Trichoderma sp. Strain and Its Characteritics in Degrading Carbendazim and Inhibiting Plant Pathogens

ZHENG En-ze

(Shandong Experimental High School,Jinan 250001,China)

Abstract: A Trichoderma isolate Tr1 was isolated and identified from a vineyard soil in which carbendazim had been applied for many years. When the strain Tr1 was inoculated in minimal salts medium(MSM) with carbendazim as the sole carbon and nitrogen, the degradation rate was 45.74%. The carbendzim degradation ability could be improved by adding nitrogen, especially when 0.1% yeast powder was added, the degradation rate was about 66.57%. And the optimal degradation temperature and initial pH was 28 ℃ and 6.5, respectively. Trl could inhibit pathogenic fungi (Rhizoctonia solani,Phytophthora capsici,Verticillium dahliae Kleb,Phoma uvicola Berk,Bipolaris sorokiniana(Sacc.)hoemaker,Fusarium moniliforme Sheld) besides degrading carbendazim. Therefore, it provides the base for the application of Trichoderma Tr1 in biological control and soil remediation.

Key words: carbendazim; biodegradition; Trichoderma; degrading charactertics; biocontrol

多菌靈(Carbendazim,MBC)化學名稱為N-(2-苯并咪唑基)氨基甲酸甲酯,是一種廣譜高效低毒的內吸性殺菌劑,對各種農作物、瓜果蔬菜病害具有良好的防治效果[1]。但多菌靈本身化學性質穩定,在環境中的降解半衰期較長(3~6個月),可以在蔬菜、果品和土壤中殘留與累積,通過食物鏈對人畜健康造成危害,同時導致染色體畸形而影響后代繁衍[2]。因此,多菌靈在環境中的降解研究愈來愈受到人們的關注。

生物降解是去除環境中多菌靈殘留的主要途徑。Pattanasupong等[3]分離得到的微生物聚生體在36 h后可完全降解100 mg/L的多菌靈。許敬亮等[4]分離到一株紅球菌(Rhodococcus sp.)在以0.01%多菌靈為惟一碳源時,降解速率平均可達77.78 mg/(L·d)。田連生等[5]分離篩選到能高效降解多菌靈的木霉真菌T8-2,該菌株能夠以多菌靈為惟一碳源,在無機鹽培養基中對100 mg/L多菌靈降解率為61.4%。本研究從受多菌靈污染的土壤中分離篩選到一株木霉(Trichoderma sp.)Tr1可降解多菌靈,同時對多種病原真菌具有抑制作用。本試驗對木霉Tr1降解多菌靈能力和防治植物病原菌的能力進行了研究,為其在多菌靈殘留污染土壤中的生物修復及生防中的應用提供依據和試驗材料。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試土壤和藥劑 供試土壤采自臨沂蒼山縣某長期施用多菌靈的番茄種植大棚土層(10~30 cm)。50%多菌靈可濕性粉劑購自西安美邦藥業公司,利用70%乙醇配制,濃度為100 mg/mL。

1.1.2 培養基 無機鹽培養基:NaCl 1.0 g,K2HPO4 1.5 g,KH2PO4 0.5 g,MgSO4·7H2O 0.2 g,蒸餾水1 000 mL,多菌靈(100 mg/mL)10 mL。

固體無機鹽培養基:在上述培養基中添加瓊脂10 g。

PDA培養基:馬鈴薯 200 g,葡萄糖 20 g,瓊脂 10 g,水 1 000 mL。

1.2 方法

1.2.1 菌株的分離、純化及鑒定 稱取土樣10 g,加到100 mL多菌靈濃度為1 000 μg/mL的無機鹽培養基中,28 ℃ 150 r/min搖床培養7 d,吸取10 mL培養液轉接到相同培養基中,培養7 d,共連續轉接5次,然后取200 μL培養菌液均勻涂布于含多菌靈相同濃度的固體無機鹽培養基(含氯霉素100 μg/mL)中,28 ℃培養至平板上出現真菌菌落,將菌株轉接到PDA培養基上,28 ℃恒溫培養,反復純化至純培養后,轉接到分離純化培養基中繼續搖床培養,利用HPLC檢測多菌靈降解產物。根據菌絲和菌落的形態特征對菌株進行鑒定[6]。

1.2.2 多菌靈降解試驗 將木霉Tr1接種到PDA培養基上培養5 d,用接種環挑取菌株的孢子于裝有玻璃珠和50 mL無菌水的三角瓶中,28 ℃ 200 r/min振蕩培養30 min,打散其孢子,采用血球計數板對孢子懸浮液計數,控制分生孢子濃度為108 CFU/mL。按照無機鹽培養基的5%接種量接入孢子懸浮液,28 ℃搖床培養14 d,以不接菌的無機鹽培養基為對照。培養完畢,按照文獻[7]進行多菌靈降解的檢測。

1.2.3 不同因素對菌株Tr1降解多菌靈能力的影響 在無機鹽培養基中分別添加0.1%的蛋白胨、尿素、酵母抽提物、NH4NO3,按照1.2.2方法進行搖床培養,計算不同氮源對菌株Tr1降解多菌靈降解能力的影響。

以28 ℃為培養溫度,初始pH為5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0,按照1.2.2的方法進行搖床培養,測定不同初始pH下多菌靈的殘留量,最后計算pH對多菌靈降解的影響。

在添加0.1% NH4NO3為氮源的無機鹽培養基中,分別選20、25、28、30、35 ℃為處理溫度,按照1.2.2的方法進行搖床培養,測定不同溫度下多菌靈的殘留量,計算對多菌靈降解的影響。

上述試驗每處理重復3次。

1.2.4 多菌靈降解過程中代謝產物的測定 制備木霉Tr1的孢子懸浮液,按照無機鹽培養基(含0.1%NH4NO3)的5%接種量接入孢子懸浮液,28 ℃培養7 d,進行樣品處理。采用乙酸乙酯對培養液進行抽提,連續抽提3次,乙酸乙酯溶液中加入適量的無水硫酸鈉進行脫水處理,然后進行旋轉蒸發,最后利用無水甲醇溶解,送到山東省科學院測試中心進行GC/MS檢測。

1.2.5 木霉Tr1的抑菌活性檢測 采用平板對峙法檢測木霉Tr1的抑菌活性。各種病原菌和木霉Tr1在PDA培養基上培養3 d后,用滅菌打孔器取帶菌絲的圓盤形培養基塊,將圓盤形分別帶有以下病原菌[Rhizoctonia solani,Phytophthora capsici,Verticillium dahliae Kleb, Phoma uvicola Berk, Bipolaris sorokiniana(Sacc.)Hoemaker,Fusarium moniliforme Sheld.]之一的培養基塊放在距PDA平板中央1.5 cm處,將木霉Tr1的培養基菌塊放在距病原菌菌塊3.0 cm處,28 ℃下培養3 d后記錄抑菌帶的寬度。計算木霉Tr1的抑菌率。

抑菌率=(對照病原真菌生長半徑-病原真菌生長半徑)/對照病原真菌生長半徑×100%

2 結果與分析

2.1 菌株的分離、篩選及鑒定

將無機鹽培養基平板上出現的真菌菌落轉接到PDA平板上,經反復純化培養后,轉接到以多菌靈為惟一碳源的無機鹽培養基中搖床培養14 d后,利用HPLC檢測多菌靈降解能力,結果發現1株對多菌靈的降解率達到45.47%的菌株Tr1(圖1)。

分離得到的多菌靈降解真菌在PDA平板上菌落初期菌絲呈白色致密叢束狀,邊緣松散,呈發散狀生長,后期出現菌絲產孢區,顏色從淺綠漸至深綠色,背面初期無色,產生色素。分生孢子梗從菌絲側枝生出,呈十字輪生排列,基部有小的節間,通常排列緊密,瓶梗中間部分較寬,頂生分生孢子,分生孢子光滑,亞球形至卵形(圖2)。通過一系列培養性狀及光學顯微鏡觀察,鑒定該菌隸屬于木霉菌屬(Trichoderma sp.),具體的種的鑒定需要通過分子生物學技術進一步驗證。

2.2 不同因素對菌株Tr1降解多菌靈能力的影響

在無機鹽培養基中分別添加0.1%的蛋白胨、牛肉浸膏、尿素、酵母抽提物、NH4NO3作為氮源,14 d后取樣,檢測菌株對多菌靈的降解率,發現隨著不同氮源的加入,木霉Tr1對多菌靈的降解率均有所提高,尤其是加入0.1%酵母抽提物,降解率達到了66.57%,比未加氮源時有顯著的提高(圖3A)。從結果對比來看,有機氮促降解作用明顯優于無機氮源,但為了排除有機物質對HPLC檢測結果的影響,在后續研究中均選用0.1% NH4NO3作為無機鹽培養基中的惟一氮源。

初始pH對多菌靈降解的影響見圖3B,菌株Tr1對多菌靈降解的適宜初始pH為6~7,在此范圍內降解率差別不明顯,而在過酸或過堿情況下均不利于菌株對多菌靈的降解。

溫度對菌株Tr1降解多菌靈的影響見圖3C,可以看出,在不同溫度條件下培養,菌株Tr1均對多菌靈有降解作用。尤其是在28 ℃搖床培養,降解率達到了62.36%。溫度對菌體的生長和酶促反應速率影響較大,溫度升高有利于微生物進行降解反應,但酶本身容易受溫度影響,因此,培養溫度高于30 ℃時,降解率開始下降。

2.3 多菌靈降解過程中代謝產物

以多菌靈為惟一碳源,采用GC/MS方法檢測多菌靈的代謝中間產物。結果在木霉Tr1培養7 d時,發現一種代謝產物:2-氨基苯并咪唑(2-AB)。通過生物培養表明,該菌能夠以2-氨基苯并咪唑為惟一碳源生長,這為多菌靈降解提供了條件。

2.4 木霉Tr1的抑菌活性

以各種病原菌為拮抗對象,檢測木霉Tr1的抑菌活性,發現該木霉對各種病原菌均具有一定的抑菌活性,尤其是對紋枯病菌(Rhizoctonia solani)的抑菌率達到了79.49%,對辣椒疫病病原(Phytophthora capsici)的抑菌率為74.51%(圖4)。說明本研究中篩選到的木霉既能降解多菌靈,也能抑制各種病原真菌,為今后木霉在生防及土壤修復方面的應用提供了基礎。

3 結論與討論

多菌靈作為一種廣譜內吸性殺菌劑,對各種病原真菌尤其是子囊菌和半知菌引起的病害具有較好的防治效果,但該殺菌劑在環境中的殘效期較長,可以在蔬菜、果品和土壤中殘留與累積,通過食物鏈對人畜健康造成危害[8],因此,利用微生物降解多菌靈是非常有效的方法。本研究從長期受多菌靈污染的土壤中分離到一株能夠降解多菌靈的菌株,通過一系列培養性狀及光學顯微鏡觀察鑒定為木霉菌(Trichoderma sp.)。

研究了各種因素對木霉Tr1降解多菌靈能力的影響。在無機鹽培養基中添加氮源,有利于多菌靈的降解,尤其是有機氮源作為惟一氮源生長時要優于硝酸銨無機氮源。該菌株的最適生長溫度為28 ℃,最適初始pH為6.5。

采用GC/MS方法初步檢測了多菌靈降解過程中的代謝產物,發現木霉Tr1在無機鹽培養基中培養7 d后,代謝產物主要是2-氨基苯并咪唑(2-AB)。Xu等[9]報道Rhodococcus qingshengii菌株djl-6降解多菌靈過程中產生的代謝中間產物是2-AB和苯并咪唑(BI),黃玉杰等[7]報道紅平紅球菌djl-11降解多菌靈的代謝中間產物是2-AB和2-羥基苯并咪唑(2-HB)。而本研究中未發現BI和2-HB,推測上述報道中降解多菌靈的菌株主要是細菌類,該研究中篩選到的多菌靈降解木霉Tr1為真菌類,降解機制存在差異性。根據上述報道及本研究可以推斷2-氨基苯并咪唑(2-AB)是多菌靈降解過程中的主要代謝中間產物。

該研究中分離到的木霉Tr1除了能降解多菌靈,對各種病原真菌也具有一定的抑菌活性。尤其是對引起小麥紋枯病的Rhizoctonia solani抑菌率達到了79.49%。說明本研究中篩選到的木霉既能降解多菌靈,也能抑制各種病原真菌,為今后木霉在生防及土壤修復方面的應用提供了依據。

致謝:本研究主要是依托山東省應用微生物重點實驗室完成的。期間得到了山東省實驗中學石磊老師、山東省科學院中日友好生物技術研究中心張新建老師的指導,特此致謝。

參考文獻:

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[5] 田連生, 陳 菲. 多菌靈降解菌T8-2的分離及其降解條件研究[J].江蘇農業科學,2008(6):271-274.

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