納米二氧化鈦對(duì)炭疽病菌的生物學(xué)效應(yīng)

王連平，許杰，金立新，方麗，謝昀燁，武軍，王漢榮*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)與微生物研究所，浙江 杭州 310021；2.杭州市富陽區(qū)農(nóng)林局，浙江 杭州 311400)

炭疽菌屬(Colletotrichumspp.)是一種常見的植物病原真菌，其分布廣泛，寄主植物繁多。炭疽病是一種常見病害，危害植物的葉、花、果、莖，影響農(nóng)作物的生長發(fā)育，降低農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)造成落花、落果乃至植株死亡。銳態(tài)型納米二氧化鈦具有良好的光催化能力，能使水自由基化[1-2]，有較強(qiáng)的抗菌能力[3]，有研究應(yīng)用于黃瓜白粉病和柑橘貯藏期病害[4]。本文選取梨炭疽病菌(ColletotrichumgloeosporioidesPenz.)、草莓炭疽病菌(ColletotrichumgloeosporioidesPenz.)、西瓜炭疽病菌(ColletotrichumlageneriumPass.)和菊炭疽病菌(ColletotrichumchrysanthemiHori.Saw)等4種病菌為對(duì)象，室內(nèi)生物測(cè)定1%納米二氧化鈦水劑的抗菌能力，探討其用于病害控制的潛力。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試菌株有LTJ2014-32、LT2015-14、LT2015-24等3個(gè)梨炭疽病菌菌株，MT2014-07、MT2014-25、MT2015-09等3個(gè)草莓炭疽病菌菌株，GT2014-11、GT2014-18、GT2015-05等3個(gè)西瓜炭疽病菌菌株，JT2014-21、JT2014-30、JT2015-09等3個(gè)菊炭疽病菌菌株。均由本研究室在浙江省采病樣分離所得。

供試材料為1%納米二氧化鈦水劑(江蘇天行新材料有限公司)。

1.2 供試病原真菌培養(yǎng)

按室內(nèi)生物測(cè)定要求培養(yǎng)供試病原真菌[5]。將1%納米二氧化鈦水劑與溶化的PSA培養(yǎng)基混合，制得含0、200、400、800 mg·kg-1納米二氧化鈦PSA平板。上述供試真菌在PSA平板上培養(yǎng)7 d后，打孔器取直徑6 mm菌片，將菌片放置在上述納米二氧化鈦PSA平板中央，每個(gè)濃度處理9片(9個(gè)平板)。

將制得的含藥含菌平板室溫(20～25 ℃)培養(yǎng)。培養(yǎng)48 h后，設(shè)不同照射條件處理。自然光處理(自然晝夜光暗處理)、長波紫外照射處理(340～315 nm長波紫外照射6 h，暗18 h，光暗交替)、短波紫外照射處理(280～100 nm短波紫外照射6 h，暗18 h，光暗交替)。每個(gè)濃度處理3個(gè)平板。

1.3 觀測(cè)與數(shù)據(jù)處理

1.3.1 納米二氧化鈦對(duì)炭疽病菌生長的作用

以不含納米二氧化鈦PSA平板為對(duì)照平板，當(dāng)對(duì)照平板菌直徑長至8 cm左右時(shí)，測(cè)定各處理的菌落直徑，計(jì)算各處理對(duì)真菌的抑制率。所得數(shù)據(jù)采用DPS軟件處理。以抑制率的概率值為自變量，以PSA平板納米二氧化鈦含量的自然對(duì)數(shù)為因變量，擬合獲得對(duì)某菌的毒力直線方程y=a+bx，計(jì)算致死中量(EC50)。

1.3.2 納米二氧化鈦對(duì)炭疽病菌產(chǎn)孢的作用

選取梨炭疽病菌菌株LTJ2014-32、草莓炭疽病菌菌株MT2014-25、西瓜炭疽病菌菌株GT2015-05、菊炭疽病菌JT2014-30等4個(gè)在常規(guī)PSA平板培養(yǎng)不產(chǎn)生分生孢子的菌株觀測(cè)納米二氧化鈦對(duì)炭疽病菌產(chǎn)孢的作用。在病菌平板培養(yǎng)10 d后，每個(gè)病菌平板每次用20 mL水洗滌，連續(xù)5次，收集水洗液并以紗布過濾，得含分生孢子的濾液，將濾液稀釋至適于顯微觀測(cè)的分生孢子濃度，顯微觀測(cè)統(tǒng)計(jì)每毫升分生孢子的數(shù)量。計(jì)算每個(gè)平板(皿)分生孢子產(chǎn)量。分生孢子產(chǎn)量=每毫升孢子數(shù)×濾液量×稀釋倍數(shù)/108。

在城鄉(xiāng)教育一體化的推進(jìn)過程中，在農(nóng)村辦學(xué)條件的提高，城鄉(xiāng)教育資源的合理配置等方面，取得了顯著成效，但仍然由于城鄉(xiāng)二元體制的長期影響，以及地理位置、經(jīng)濟(jì)環(huán)境與社會(huì)發(fā)展等多方制約，想要全面實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)教育一體化仍然面臨很大挑戰(zhàn)。

所得數(shù)據(jù)采用DPS軟件處理，采用單因素隨機(jī)試驗(yàn)法分析處理數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 納米二氧化鈦對(duì)梨炭疽病菌生長的作用

菌片法室內(nèi)生物測(cè)定1%納米二氧化鈦水劑對(duì)3個(gè)供試?yán)嫣烤也【L的作用，得到梨炭疽病菌菌落生長抑制率的概率值與1%納米二氧化鈦水劑使用量的自然對(duì)數(shù)值的回歸方程。

由表1可知，1%納米二氧化鈦水劑對(duì)梨炭疽病菌有一定的抑制作用，但所需的使用量較大，EC50在3 897.43～10 349.53 mg·kg-1。1%納米二氧化鈦水劑對(duì)梨炭疽病菌的抑制作用與照射條件有關(guān)，短波紫外>長波紫外>自然光。1%納米二氧化鈦水劑對(duì)梨炭疽病菌的抑制作用還因不同的菌株呈現(xiàn)較大差異。

表1 1%納米二氧化鈦水劑對(duì)梨炭疽病菌生長的抑制作用

2.2 納米二氧化鈦對(duì)草莓炭疽病菌生長的作用

菌片法室內(nèi)生物測(cè)定了1%納米二氧化鈦水劑對(duì)3個(gè)供試草莓炭疽病菌生長的作用，得到草莓炭疽病菌菌落生長抑制率的概率值與1%納米二氧化鈦水劑使用量的自然對(duì)數(shù)值的回歸方程。

由表2可知，1%納米二氧化鈦水劑對(duì)草莓炭疽病菌有一定的抑制作用，但所需的使用量較大，EC50在4 774.45～12 831.08 mg·kg-1。1%納米二氧化鈦水劑對(duì)草莓炭疽病菌的抑制作用與照射條件有關(guān)，短波紫外>長波紫外>自然光。1%納米二氧化鈦水劑對(duì)草莓炭疽病菌的抑制作用還因不同的菌株呈現(xiàn)較大差異。

表2 1%納米二氧化鈦水劑對(duì)草莓炭疽病菌生長的抑制作用

2.3 納米二氧化鈦對(duì)西瓜炭疽病菌生長的作用

菌片法室內(nèi)生物測(cè)定了1%納米二氧化鈦水劑對(duì)3個(gè)供試西瓜炭疽病菌生長的作用，得到西瓜炭疽病菌菌落生長抑制率的概率值與1%納米二氧化鈦水劑使用量的自然對(duì)數(shù)值的回歸方程。

由表3可知，1%納米二氧化鈦水劑對(duì)西瓜炭疽病菌有一定的抑制作用，但所需的使用量較大，EC50在5 309.53～14 109.77 mg·kg-1。1%納米二氧化鈦水劑對(duì)西瓜炭疽病菌的抑制作用與照射條件有關(guān)，短波紫外>長波紫外>自然光。1%納米二氧化鈦水劑對(duì)西瓜炭疽病菌的抑制作用還因不同菌株呈現(xiàn)較大差異。

表3 1%納米二氧化鈦水劑對(duì)西瓜炭疽病菌生長的抑制作用

2.4 納米二氧化鈦對(duì)菊炭疽病菌生長的作用

由表4可知，1%納米二氧化鈦水劑對(duì)菊炭疽病菌有一定的抑制作用，但所需的使用量較大，EC50在4 373.68～11 457.45 mg·kg-1。1%納米二氧化鈦水劑對(duì)菊炭疽病菌的抑制作用與照射條件有關(guān)，短波紫外>長波紫外>自然光。1%納米二氧化鈦水劑對(duì)菊炭疽病菌的抑制作用還因不同的菌株呈現(xiàn)較大差異。

表4 1%納米二氧化鈦水劑對(duì)菊炭疽病菌生長的抑制作用

2.5 納米二氧化鈦對(duì)梨炭疽病菌分生孢子產(chǎn)量的作用

室內(nèi)生物測(cè)定了供試?yán)嫣烤也【鶯T2014-32在含不同劑量1%納米二氧化鈦水劑的PSA平板上培養(yǎng)10 d后的分生孢子產(chǎn)量。

由表5可知，供試?yán)嫣烤也【鶯T2014-32在常規(guī)培養(yǎng)下不產(chǎn)生分生孢子，1%納米二氧化鈦水劑大幅提高梨炭疽病菌分生孢子的產(chǎn)量，其產(chǎn)量范圍在0.78×108～1.98×108；在同等條件下，不使用1%納米二氧化鈦而采用常規(guī)的劃線誘導(dǎo)產(chǎn)孢法的分生孢子的產(chǎn)量為0.58×108。1%納米二氧化鈦水劑的使用劑量越高，梨炭疽病菌分生孢子產(chǎn)量越大。1%納米二氧化鈦水劑對(duì)梨炭疽病菌分生孢子產(chǎn)量的增產(chǎn)作用表現(xiàn)為短波紫外>長波紫外>自然光。

表5 1%納米二氧化鈦水劑對(duì)梨炭疽病菌分生孢子產(chǎn)量的增產(chǎn)作用

2.6 納米二氧化鈦對(duì)草莓炭疽病菌分生孢子產(chǎn)量的作用

室內(nèi)生物測(cè)定了供試草莓炭疽病菌MT2014-25在含不同劑量1%納米二氧化鈦水劑的PSA平板上培養(yǎng)10 d后的分生孢子產(chǎn)量。

由表6可知，供試草莓炭疽病菌MT2014-25在常規(guī)培養(yǎng)下不產(chǎn)生分生孢子，1%納米二氧化鈦水劑大幅提高草莓炭疽病菌分生孢子的產(chǎn)量，其產(chǎn)量范圍在0.35×108～1.64×108；在同等條件下，不使用1%納米二氧化鈦而采用常規(guī)的劃線誘導(dǎo)產(chǎn)孢法的分生孢子的產(chǎn)量為0.31×108。1%納米二氧化鈦水劑的使用劑量越高，草莓炭疽病菌分生孢子產(chǎn)量越大。1%納米二氧化鈦水劑對(duì)草莓炭疽病菌分生孢子產(chǎn)量的增產(chǎn)作用表現(xiàn)為短波紫外>長波紫外>自然光。

表6 1%納米二氧化鈦水劑對(duì)草莓炭疽病菌分生孢子產(chǎn)量的增產(chǎn)作用

2.7 納米二氧化鈦對(duì)西瓜炭疽病菌分生孢子產(chǎn)量的作用

室內(nèi)生物測(cè)定了供試西瓜炭疽病菌GT2015-05在含不同劑量1%納米二氧化鈦水劑的PSA平板上培養(yǎng)10 d后的分生孢子產(chǎn)量。

由表7可知，供試西瓜炭疽病菌GT2015-05在常規(guī)培養(yǎng)下不產(chǎn)生分生孢子，1%納米二氧化鈦水劑大幅提高西瓜炭疽病菌分生孢子的產(chǎn)量，其產(chǎn)量范圍在0.83×108～2.56×108；在同等條件下，不使用1%納米二氧化鈦而采用常規(guī)的劃線誘導(dǎo)產(chǎn)孢法的分生孢子的產(chǎn)量為0.74×108。1%納米二氧化鈦水劑的使用劑量越高，西瓜炭疽病菌分生孢子產(chǎn)量越大。1%納米二氧化鈦水劑對(duì)西瓜炭疽病菌分生孢子產(chǎn)量的增產(chǎn)作用表現(xiàn)為短波紫外>長波紫外>自然光。

表7 1%納米二氧化鈦水劑對(duì)西瓜炭疽病菌分生孢子產(chǎn)量的增產(chǎn)作用

2.8 納米二氧化鈦對(duì)菊炭疽病菌分生孢子產(chǎn)量的作用

室內(nèi)生物測(cè)定了供試菊炭疽病菌JT2014-30在含不同劑量1%納米二氧化鈦水劑的PSA平板上培養(yǎng)10 d后的分生孢子產(chǎn)量。

由表8可知，供試菊炭疽病菌JT2014-30在常規(guī)培養(yǎng)下不產(chǎn)生分生孢子，1%納米二氧化鈦水劑大幅提高菊炭疽病菌分生孢子的產(chǎn)量，其產(chǎn)量范圍在0.28×108～1.09×108；在同等條件下，不使用1%納米二氧化鈦而采用常規(guī)的劃線誘導(dǎo)產(chǎn)孢法的分生孢子的產(chǎn)量為0.19×108。1%納米二氧化鈦水劑的使用劑量越高，菊炭疽病菌分生孢子產(chǎn)量越大。1%納米二氧化鈦水劑對(duì)菊炭疽病菌分生孢子產(chǎn)量的增產(chǎn)作用表現(xiàn)為短波紫外>長波紫外>自然光。

表8 1%納米二氧化鈦水劑對(duì)菊炭疽病菌分生孢子產(chǎn)量的增產(chǎn)作用

3 小結(jié)與討論

3.1 納米二氧化鈦對(duì)炭疽病菌生長的抑制作用

1%納米二氧化鈦水劑對(duì)炭疽病菌生長有一定的抑制作用，且與照射條件有關(guān)，表現(xiàn)為短波紫外>長波紫外>自然光。1%納米二氧化鈦水劑對(duì)炭疽病菌生長的抑制作用還因不同病菌及其不同的菌株而異，梨炭疽病菌、草莓炭疽病菌、西瓜炭疽病菌、菊炭疽病菌的EC50分別為3 897.43～10 349.53、4 774.45～12 831.08、5 309.53～14 109.77、4 373.68～11 457.45 mg·kg-1。

3.2 納米二氧化鈦對(duì)炭疽病菌產(chǎn)孢的促進(jìn)作用

1%納米二氧化鈦水劑對(duì)炭疽病菌分生孢子有極強(qiáng)的促進(jìn)作用，且與照射條件有關(guān)，表現(xiàn)為短波紫外>長波紫外>自然光。在含200～800 mg·kg-1納米二氧化鈦水劑的PSA平板上培養(yǎng)，梨炭疽病菌、草莓炭疽病菌、西瓜炭疽病菌、菊炭疽病菌的分生孢子產(chǎn)量分別為0.78×108～1.98×108、0.35×108～1.64×108、0.83×108～2.56×108、0.28×108～1.09×108；在不含納米二氧化鈦水劑PSA的平板上培養(yǎng)，并采用劃線誘導(dǎo)產(chǎn)孢法產(chǎn)孢，分別為0.58×108、0.31×108、0.74×108、0.19×108；不含納米二氧化鈦水劑PSA的平板上培養(yǎng)并不采用劃線誘導(dǎo)產(chǎn)孢法產(chǎn)孢的對(duì)照則均不產(chǎn)孢。

3.3 納米二氧化鈦對(duì)炭疽病菌的應(yīng)用潛力

室內(nèi)生物測(cè)定結(jié)果顯示，1%納米二氧化鈦水劑4種12株炭疽病菌的EC50在3 897.43～14 109.77 mg·kg-1，是一般應(yīng)用于炭疽病防治藥劑百倍以上；其有效含量僅1%，是一般應(yīng)用于炭疽病防治藥劑1/10以下。總之，1%納米二氧化鈦水劑田間防病用藥量應(yīng)在一般炭疽病防治藥劑千倍以上，故不具備防病應(yīng)用潛力。

炭疽病菌在1%納米二氧化鈦水劑的PSA平板上的產(chǎn)孢量高于劃線誘導(dǎo)產(chǎn)孢法的產(chǎn)孢量，是一種簡單的、高效的自然炭疽病菌分生孢子產(chǎn)孢法。納米二氧化鈦誘導(dǎo)自然產(chǎn)孢可應(yīng)用于農(nóng)作物對(duì)炭疽病抗性鑒定。由于炭疽病菌分生孢子具有較強(qiáng)的抗原特性，納米二氧化鈦誘導(dǎo)自然產(chǎn)孢有應(yīng)用于誘導(dǎo)抗病的可能。