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从博落回根茎中分离的贝莱斯芽孢杆菌BR-01菌株对多种水稻病原菌的强拮抗活性研究

期刊:Frontiers in MicrobiologyDOI:10.3389/fmicb.2022.983781

该文档属于类型a,即报告了一项原创研究。以下是针对该研究的学术报告:

主要作者及研究机构

本研究的主要作者包括Jianping Zhou、Yunqiao Xie、Yuhong Liao、Xinyang Li、Yiming Li、Shuping Li、Xiuguo Ma、Shimin Lei、Fei Lin、Wei Jiang和Yong-Qiang He。这些作者分别来自广西大学农业学院、广西亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室、华南农业大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室等机构。该研究于2022年9月28日发表在Frontiers in Microbiology期刊上,DOI为10.3389/fmicb.2022.983781。

学术背景

本研究的主要科学领域是微生物与植物互作,特别是水稻病害的生物防治。水稻作为全球最重要的粮食作物之一,其病害对产量和品质造成了巨大损失。传统的化学防治方法虽然有效,但存在化学残留、环境污染和病原体抗性等问题,不符合可持续农业的要求。因此,寻找高效、广谱的生物防治剂成为解决水稻病害的重要手段。本研究的目的是从传统中药材Bolbostemmatis Rhizoma中分离出一种具有广谱拮抗活性的细菌,并评估其对多种水稻病原菌的抑制效果。

研究流程

  1. 细菌分离与初步筛选
    研究首先从Bolbostemmatis RhizomaRadix IsatidisFlos Lonicerae三种中药材中分离出细菌。通过牛津杯法(Oxford cup assay)初步筛选出对水稻细菌性条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)具有拮抗活性的菌株。最终从Bolbostemmatis Rhizoma中分离出一株命名为BR-01的细菌,其抑菌圈直径平均为46.33 mm。

  2. 菌株鉴定
    通过形态学观察、生理生化鉴定以及16S rDNA和gyrB基因测序分析,BR-01被鉴定为Bacillus velezensis。系统发育树分析进一步确认了其分类地位。

  3. 广谱拮抗活性评估
    研究通过平板对峙法(dual culture)和牛津杯法评估了BR-01对多种水稻病原菌的拮抗活性,包括稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)、稻曲病菌(Ustilaginoidea virens)、稻恶苗病菌(Fusarium fujikuroi)、水稻细菌性条斑病菌(Xoc)和水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)。结果显示,BR-01对这些病原菌均表现出显著的抑制效果,其中对稻曲病菌的抑制率高达96.65%。

  4. 抗菌肽合成基因检测
    通过PCR扩增,研究发现BR-01中含有与抗菌肽合成相关的基因,包括iturin(ituA、ituD)、bacillomycin(bmyB、bmyC)、surfactin(srfAA)、fengycin(fenB、fenD)和bacilysin(bacA、bacD)等基因,表明BR-01具有产生多种抗菌肽的潜力。

  5. 代谢产物分析
    研究通过液相色谱-质谱联用技术(LC-MS)分析了BR-01的代谢产物,初步确定其可能产生三种脂肽类抗生素:surfactin、iturin和fengycin。

  6. 温室实验验证
    在温室条件下,研究评估了BR-01对水稻细菌性条斑病和白叶枯病的防治效果。结果显示,BR-01对这两种病害的防治效果分别为64.19%和66.16%,表明其在田间应用中具有潜力。

主要结果

  1. 细菌分离与鉴定
    Bolbostemmatis Rhizoma中成功分离出一株具有广谱拮抗活性的细菌BR-01,并鉴定为Bacillus velezensis

  2. 广谱拮抗活性
    BR-01对多种水稻病原菌表现出显著的抑制效果,特别是对稻曲病菌的抑制率高达96.65%。

  3. 抗菌肽合成基因
    BR-01中含有多种与抗菌肽合成相关的基因,表明其具有产生多种抗菌肽的潜力。

  4. 代谢产物分析
    LC-MS分析表明,BR-01可能产生surfactin、iturin和fengycin三种脂肽类抗生素。

  5. 温室实验
    温室实验证实,BR-01对水稻细菌性条斑病和白叶枯病具有显著的防治效果。

结论

本研究成功从Bolbostemmatis Rhizoma中分离出一株具有广谱拮抗活性的Bacillus velezensis菌株BR-01,并证实其对多种水稻病原菌具有显著的抑制效果。BR-01能够产生多种抗菌肽和脂肽类抗生素,且在温室实验中表现出良好的病害防治效果。因此,BR-01具有作为高效、广谱生物防治剂的潜力,能够为水稻病害的绿色防控提供新的解决方案。

研究亮点

  1. 广谱拮抗活性:BR-01对多种水稻病原菌表现出显著的抑制效果,特别是对稻曲病菌的抑制率高达96.65%。
  2. 抗菌肽合成基因:BR-01中含有多种与抗菌肽合成相关的基因,表明其具有产生多种抗菌肽的潜力。
  3. 代谢产物分析:通过LC-MS技术,研究首次确定BR-01可能产生surfactin、iturin和fengycin三种脂肽类抗生素。
  4. 温室实验验证:温室实验证实了BR-01在实际应用中的潜力,为其在田间推广提供了理论依据。

其他有价值的内容

本研究还探讨了BR-01的植物生长促进能力,发现其能够产生吲哚乙酸(IAA)、铁载体(siderophore)和1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶等物质,这些物质能够促进植物生长并间接提高植物的抗病能力。这一发现为BR-01的综合应用提供了更多的可能性。

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