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一种作物促生内生真菌及其应用

2021-03-12 13:28:20

一种作物促生内生真菌及其应用

  技术领域

  本发明涉及微生物技术领域,具体涉及一种作物促生内生真菌及其应用。

  背景技术

  近年来由于大量施用化肥对粮食安全、生态环境和资源利用产生的危害已经引起全世界的广泛重视。减少化肥施用和提高化肥的利用率是当前农业生产中需解决的重要问题。目前,利用自然界中植物共生微生物促进农作物生长的有效措施及相关研究,正在成为农业环境保护、可持续性发展的一个重要方向。许多植物与微生物可以建立互利共生关系,植物与微生物菌在侵染的过程中形成互作关系,微生物菌可促进植物的生长,影响植物的产量、质量以及有效成分的变换。常见的互利共生植物有根瘤菌、固氮菌等,其中植物内生真菌是植物共生真菌的代表之一。而目前,对白菜、甘蔗等作物的促生菌或者抗病菌的研究利用较少。筛选和利用具有促生作用的微生物菌株,不但可以提高作物产量和品质,还可以减少化肥的施用,实现我国提出的化肥、农药的双减目标,保护农业生态环境。

  铁皮石斛为兰科石斛属多年生附生草本植物,具有很好的滋阴润肺、抗衰老、抗肿瘤等功效。兰科植物与真菌共生形成内生菌根是一种自然界的普遍现象。而目前,也有研究表明,铁皮石斛共生真菌能够提高幼苗成活率和生物产量以及提高铁皮石斛抗旱性等效果,例如文献:“铁皮石斛优良菌根真菌的筛选”徐超等著,江苏农业科学,2017年第45卷第24期。其指出铁皮石斛共生真菌JSNL001、JSNL002、JSNL003、JSNL004、JSNL005、JSNL006、JSNL007对铁皮石斛均具有不同程度的侵染性,同时也具有不同程度的铁皮石斛促生和抗旱效果。因此,筛选和培养出具有促生铁皮石斛生长的菌株具有重要意义。蔗糖产业是广西经济发展的支柱产业,对当地农民的脱贫致富作出了非常大的贡献,广西的甘蔗和蔗糖产量占全国60%以上。但是,一直以来我国甘蔗成本高,缺乏国际竞争力。在甘蔗种植的农资投入中,化肥所占的比重最大,对甘蔗产量的影响也最为显著。此外,我国甘蔗主产区蔗地90%以上为旱坡地,土壤保水保肥能力差,化肥利用率低。因此,充分发挥自然生态系统中的共生微生物的促生潜力,提高我国甘蔗的生产能力,保护和改善蔗地的生态环境,对促进我国甘蔗产业的可持续性发展具有重要意义。白菜是一种全球受欢迎的蔬菜,也是十字花科叶菜类蔬菜的典型代表,筛选和利用促生菌株可提高蔬菜的产量和品质,减少化肥的使用。

  发明内容

  本发明克服了上述技术问题,提供可一种作物促生内生真菌。

  本发明的内生真菌(Glutinomyces sp.)32R-20,属于真菌界,子囊菌门,盘菌纲,柔膜菌目,晶杯菌科,Glutinomyces属,未知种。所述内生真菌保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,保藏编号为CGMCCNo.18139,保藏日期为2019年07月04日。

  本申请的内生真菌菌株在CMMY培养基上生长较慢,28℃下培养两周后菌落直径15-20mm左右,圆形至近圆形,白色,间杂褐色,绒毡状,不产生分生孢子。

  上述的作物促生内生真菌的分离方法包括如下步骤:

  将新鲜健康的植物根系用流水冲洗表面的泥土,自然晾干,剪切成片段组织样,每种组织样随机取15个片段依次用质量百分含量为75%乙醇溶液浸泡15~60s,再用1%次氯酸钠浸泡1~3min,再采用无菌水冲洗3次以上;再将组织样平放于玉米粉培养基平板上,置于22~30℃培养箱培养1~3d;采用菌丝尖端挑取法挑取组织块下或周缘生长的菌丝转接于麦芽汁培养基上培养;挑取得到的菌丝菌株即为所述作物促生内生真菌;

  所述玉米粉培养基配方为:玉米粉琼脂25g·L-1、琼脂粉15g·L-1、氨苄青霉素50μg·L-1、链霉素50μg·L-1,其余为水;

  所述麦芽汁培养基配方为:麦芽提取物10g·L-1、酵母提取物2g·L-1、玉米粉琼脂8.5g·L-1、琼脂7.5g·L-1,其余为水。

  其中,所述植物根系为铃木(Eurya japonica Thunb)根系,所述柃木根系采自日本茨城大学农学院校园。

  本发明的另一目的还在于保护作物促生内生真菌在促进十字花科作物、兰科作物、禾本科作物生长的应用。所述十字花科作物包括但不仅限于油菜、青菜、甘蓝、白菜、花椰菜、萝卜、拟南芥,而白菜为十字花科的典型代表植物之一。所述兰科作物包括但不仅限于兜兰、杓兰、独蒜兰、中国兰、石斛、天麻、水晶兰,铁皮石斛是兰科的典型代表植物之一。所述禾本科作物包括但不仅限于大麦、水稻、黑麦、高粱、玉米、甘蔗、柠檬香茅,而甘蔗为禾本科作物的典型代表作物之一。

  发明的另一目的还在于保护所述的作物促生内生真菌促进铁皮石斛生长的应用。

  其中,所述的作物促生内生真菌在促进铁皮石斛生长的应用方法为:将作物促生内生真菌活化后接种于培养基上培养10~14d,将铁皮石斛组培苗移栽至菌落上,将铁皮石斛组培苗根系平铺于菌落表面,将铁皮石斛组培苗连同培养皿放置于组培瓶中培养。

  其中,所述的作物促生内生真菌在促进铁皮石斛生长的应用方法为:将所述作物促生内生真菌制成菌液,将所述菌液定期浇灌于铁皮石斛根部。

  发明的另一目的还在于保护所述的作物促生内生真菌在促进白菜生长的应用。

  其中,所述的作物促生内生真菌在促进白菜生长的应用方法可为:将所述作物促生内生真菌制成菌液,将所述菌液定期浇灌于白菜根部;还可为:将作物促生内生真菌活化后接种于培养基上培养10~14d,将白菜种子表面消毒,催芽后移栽至菌落上,将培养基放入组培瓶中转移至培养箱培养。

  本发明的另一种目的还在于保护所述的作物促生内生真菌在促进甘蔗生长的应用。

  其中,所述的作物促生内生真菌在促进甘蔗生长的应用方法可为:将所述作物促生内生真菌制成菌液或菌肥,将所述菌液或者菌肥定期浇灌于甘蔗根部;还可为:将作物促生内生真菌活化后接种于培养基上培养10~14d,将无菌甘蔗组培苗移栽至菌落上,根系平铺于菌落表面,将培养皿放入组培瓶中培养。

  本发明的另一目的还在于提供一种菌肥,其含有上述内生真菌。优选的,所述的菌肥可为液体肥,所述液体肥中含有所述内生真菌的活菌数量不低于5×105CFU/m L。所述的液体肥中还可含有氨基酸、多糖、硫酸铵、硫酸镁、磷酸二氢钾、微量元素、有机质、有机肥等其他肥料成分。优选的,所述的菌肥可为固体肥,所述的固体肥由所述内生真菌与肥料载体混制而成;所述的肥料载体可为鸡粪、牛粪、羊粪等禽畜粪便、植物秸秆、木屑、豆粕、花生粕、玉米粉等植物载体。由于不同植物,不同生长时期所需营养成分不同,所述固体肥还可根据需要添加其他肥料成分,配制成满足植物生长需要的菌肥。

  本发明与现有技术相比较具有以下有益效果:

  (1)本发明作物促生内生真菌对多种作物具有促进生长的效果,本发明的作物促生内生真菌对作物的促生作用具体包括了禾本科植物、兰科植物以及十字花科作物。将本申请的作物促生内生真菌应用于白菜、甘蔗以及铁皮石斛后,可促进白菜、甘蔗的根系生长,还可显著提高铁皮石斛生物量以及多糖的含量,促进铁皮石斛的生长。本发明作物促生内生真菌是一种广谱的促生菌株。

  (2)将本发明作物促生内生真菌应用于铁皮石斛后,铁皮石斛组培苗接种该菌60d后鲜重增加了71.31%,干重比对照增加了122.89%。盆栽铁皮石斛苗接种该菌180d后株高增加了12.41%,茎径增加了5.68%,分蘖增加了766.67%,生物量增加了55.94%,石斛多糖增加了24.76%。

  (3)将本申请的作物促生内生真菌制成菌肥后施用于甘蔗、铁皮石斛、白菜等禾本科植物、兰科植物以及十字花科作物后,可促进禾本科植物、兰科植物以及十字花科植物的生长。

  附图说明

  图1为本发明基于ITS构建的作物促生内生真菌系统发育树;

  图2为本发明作物促生内生真菌菌落图;

  图3为铁皮石斛组培苗接种本申请作物促生内生真菌后根段扫描电镜图;

  图4为铁皮石斛组培苗接种本申请作物促生内生真菌60d后长势图;

  图5为铁皮石斛盆栽苗接种本申请作物促生内生真菌180d后长势图;

  图6为白菜组培苗接种本申请作物促生内生真菌14d后长势图;

  图7为甘蔗组培苗接种本申请作物促生内生真菌30d后长势图。

  具体实施方式

  下面结合实施例和试验对本发明作进一步说明。

  实施例1

  本发明的内生真菌(Glutinomyces sp.)32R-20,属于真菌界,子囊菌门,盘菌纲,柔膜菌目,晶杯菌科,Glutinomyces属,未知种。所述作物促生内生真菌保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,保藏编号为CGMCC No.18139,保藏日期为2019年07月04日。

  上述作物促生内生真菌的分离方法包括如下步骤:

  将新鲜健康的植物根系用流水冲洗表面的泥土,自然晾干,剪切成片段组织样,每种组织样随机取15个片段依次用质量百分含量为75%乙醇溶液浸泡15~60s,再用1%次氯酸钠浸泡1~3min,再采用无菌水冲洗3次以上;再将组织样平放于玉米粉培养基平板上,置于22~30℃培养箱培养1~3d;采用菌丝尖端挑取法挑取组织块下或周缘生长的菌丝转接于麦芽汁培养基上培养,培养得到的菌株菌丝形态图1。

  所述玉米粉培养基配方为:玉米粉琼脂25g·L-1、琼脂粉15g·L-1、氨苄青霉素50μg·L-1、链霉素50μg·L-1,其余为水;

  所述麦芽汁培养基配方为:麦芽提取物10g·L-1、酵母提取物2g·L-1、玉米粉琼脂8.5g·L-1、琼脂7.5g·L-1,其余为水。

  将上述分离得到的作物促生内生真菌进行如下检测:

  1、菌株的分类鉴定

  菌株在CMMY培养基上生长较慢,28℃下培养两周后菌落直径15-20mm左右,圆形至近圆形,白色,间杂黑褐色,绒毡状。

  将菌株32R-20培养于马铃薯葡萄糖液体培养基(PDB),在26℃、转速120r/min摇床中震荡培养14d后,过滤收集菌丝。菌丝体总DNA采用柱式真菌DNA提取试剂盒提取。rDNA的ITS部分区段PCR扩增采用通用引物ITS1/ITS4。2×EasyTaq PCR SuperMix 12μL,20μmol/L的正反引物各0.5μL,模板DNA 0.5μL,用ddH2O定容至20μL。PCR反应条件:98℃2min,94℃40s,50℃1min,68℃4min,30个循环;72℃10min。PCR产物纯化后直接用于测序,测序工作委托华大基因科技有限公司完成。补充28S序列使用ClustalX 1.81和BioEdit v7.0软件进行分析,实验获得的rDNA的ITS部分区段序列及其在GenBank中下载的最相似序列,使用MEGA6.06软件基于Kimura双参数模型构建Neighbor-Joining系统发育树,经bootstrap1000次循环检验系统树的可靠性。建立得到的系统发育树见图1。

  用测序得到的ITS和28S序列在GenBank数据库中进行DNA序列BLAST,结果显示与菌株32R-20菌株亲缘关系最近的是Helotiales目下的Hyaloscyphaceae科。把Hyaloscyphaceae科下的所有已知种的代表菌株的ITS序列与菌株32R-20菌株的ITS序列一起构建系统发育树,结果显示,菌株32R-20与Hyaloscyphaceae科下Glutinomyces属的4个已知种以100%的支持率聚在一起,而且菌株32R-20与Glutinomyces属下的4个已知种独立开,单独聚在一个分枝上,由此可见菌株32R-20可能是一个有别于Glutinomyces属的新属,但是由于该菌株不产孢,鉴于目前所掌握的分类鉴定信息,暂将其鉴定为Glutinomyces属的一个未知种。

  2、本申请作物促生内生真菌对铁皮石斛生长的影响

  2.1平皿试验:

  在无菌条件下,将本申请作物促生内生真菌菌株活化后接种于燕麦培养基上,每皿接3个菌块,培养10~14d待菌落长大;选取长势一致的铁皮石斛组培苗移栽至菌落上,根系平铺于菌落表面,每个菌落移栽一株,培养皿放置于组培瓶中,于25℃、光照强度180μmol/(m2·s2)、光照时间为16h/d的培养箱中共培养60d;接种后60d后,接种本申请菌株与未接种本申请菌株(CK组)铁皮石斛长势见图4(图4中,左侧32R-20即为接种本申请作物促生内生真菌菌株的铁皮石斛组培苗,右侧为对照组),测定石斛的株高、茎宽、鲜重和干重;取本申请菌株处理的部分新鲜石斛根段用于定殖观察及再分离,记录这部分根段的鲜重,其余部分称量鲜重后于烘箱干燥至恒重,测量干重,并将之前记录的根段鲜重经换算后一起计入干重,结果如下表1。

  表1本申请作物促生内生真菌对铁皮石斛组培苗生长的影响

  由上表1可知,相比于对照组(CK),铁皮石斛组培苗根部添加本申请作物促生内生真菌后,株高提高了1.16cm,茎经提高了1.20mm,鲜重提高了473.6 3mg,干重提高了71.83mg。说明本发明的作物促生内生真菌具有促进铁皮石斛生长的作用。由图4也可知,接种本申请作物促生内生真菌后的铁皮石斛相比于未接种的铁皮石斛的长势好,说明本申请的作物促生内生真菌对铁皮石斛具有促生效果。

  2.2电镜观察

  将上述2平皿试验中留用的石斛根段用自来水清洗表面干净后,按照以下方法步骤进行处理:

  固定:在3%~4.5%的戊二醛溶液中固定,戊二醛固定液配制方法为采用0.1~0.2mol/L的磷酸缓冲液(PBS)(pH 6.7)稀释25%商业戊二醛至浓度为3%~4.5%。将根段先放入固定液中在真空抽气机中抽气30mins,使固定液充分浸入材料。

  漂洗:在4℃条件下固定4~5h后吸出固定液,加入0.1mol/L pH 6.8的PBS漂洗1h,其间换漂洗液3~4次。脱水:用枪头小心吸出PBS后,用30%、40%、50%、70%、80%、90%、100%乙醇逐级脱水干燥,每级乙醇脱水10min。

  干燥:将脱水后的材料放在真空脱水器中,脱水48h。喷金:干燥后的根段用解剖针剖开,置于光滑的纸片上,喷金后电镜扫描观察。铁皮石斛组培苗接种本申请菌株后根段扫描电镜图(标尺:50μm)见图3。

  由图3可知,利用扫描电镜方法观察到菌丝在石斛根部的皮层细胞中分布,但分布不均匀,有些部位呈大量菌丝相互缠绕的现象,侵染度高,有些部位菌丝较少,分布稀疏,菌丝表面不光滑,有颗粒突起感(有颗粒突起感也可能是脱水干燥过程造成的)。由此看出,本申请菌株能有效侵染并在铁皮石斛根系定殖。

  2.3盆栽试验

  铁皮石斛组培苗炼苗后,选取长势基本一致的石斛苗移栽至育苗杯中,每杯种植1丛,每丛5株苗,培养基质为水草,定殖约30d后浇灌菌液。菌液制作方法;在马铃薯葡萄糖液体培养基(马铃薯200.0g·L-1,葡萄糖20.0g·L-1)中接入32R-20菌丝块,于26℃、转速为120r/min摇床中振荡培养14d后,用灭菌纱布过滤收集菌丝团,用灭菌水冲洗数次后,将菌丝团打碎配制成浓度为5×105CFU/m L的菌液。每丛铁皮石斛苗灌根50m L菌液,每隔15d灌根1次,总共灌根3次,另以未浇菌液为对照处理,接种后6个月,接种本申请作物促生内生真菌以及对照组(CK组)的铁皮石斛长势见图5(图5中,右侧32R-20即为接种本申请作物促生内生真菌菌株的铁皮石斛盆栽苗,左侧为对照组)。另外调查铁皮石斛盆栽苗的生长指标:株高、茎径、分蘖、鲜重、干重等,参照李满飞等(1990)和尚喜雨(2010)的方法,绘制葡萄糖标准曲线;参考陈毓荃(2002)的方法,通过测定吸光度,确定换算因素,计算两个处理的铁皮石斛苗的多糖含量,结果如下表2。

  表2本申请作物促生内生真菌对铁皮石斛盆栽苗生长的影响

  

  由上表2可知,盆栽铁皮石斛苗接种该菌180d后株高增加了12.41%,茎径增加了5.68%,分蘖增加了766.67%,生物量增加了55.94%,石斛多糖增加了24.76%。说明本申请的作物促生内生真菌可促进铁皮石斛的生长,还大大提高了铁皮石斛多糖含量。由图5也可知,接种本申请作物促生内生真菌后的铁皮石斛栽培苗相比于未接种的铁皮石斛栽培苗长势好,说明本申请的作物促生内生真菌对铁皮石斛具有促生效果。

  2、本申请作物促生内生真菌对白菜生长的影响

  在无菌条件下,将本申请作物促生内生真菌菌株活化后接种于燕麦培养基上,将白菜种子经表面消毒、催芽两天后移栽至培养好的菌落上,在每个菌落上分别移栽1株无菌苗,每皿3株苗,将培养皿放入组培瓶中,于培养箱中共培养,培养温度为26℃,光照强度为180μmol/m2·s2,光照时间为16h/d。以未接种菌株为对照处理(CK组),每个处理重复4次。14d后观察白菜苗的生长情况,结果见图6(图6中,右侧3即为接种本申请作物促生内生真菌菌株的白菜苗,左侧为对照组)。将白菜根部洗净后放入50℃烘箱中烘烤3d称量干重。结果如下表3。

  表3.本申请作物促生内生真菌对白菜苗生长的影响

  由表3可知,在无菌条件下,白菜苗接种本申请作物促生内生真菌后,相比于不接种本申请作物促生内生真菌,白菜根部干重提高了11.5mg,说明本申请的作物促生内生真菌具有促进白菜根系生长的作用,促进白菜的生长。由图6也可知,接种本申请作物促生内生真菌后的白菜苗相比于未接种本申请作物促生内生真菌的的白菜的叶子大,嫩,枝茎比较粗,说明本申请作物促生内生真菌对白菜具有突出的促生效果。

  3、本申请作物促生内生真菌对甘蔗生长的影响

  3.1本申请作物促生内生真菌与甘蔗组培苗共生培养

  在无菌条件下,将本申请作物促生内生真菌菌株活化后接种于燕麦培养基(燕麦粉10g/L,琼脂18g/L,MgSO4·7H2O 1g/L,KH2PO4 1.5g/L,NaNO3 1g/L)上,每皿接种3个菌块,培养10d待菌落长大后备用。选择长势一致的无菌甘蔗组培苗移栽至菌落上,根系平铺于菌落表面,在每皿的菌落上分别移栽1株组培苗,将培养皿放入组培瓶中,于25℃,光照强度为180μmol m-2s-2,光照时间为16h每天的培养箱中共培养30d后,甘蔗长势见图7(图7中,左侧为未接种对照组甘蔗组培苗,右侧为接种本申请作物促生内生真菌处理的甘蔗组培苗)。再将根部培养基洗净后在50℃烘箱中烘烤3d以上称量干重。以未接种菌株的处理为对照组(ck组),每个处理4个重复,取平均值,结果记录在下表4。

  表4本申请作物促生内生真菌对甘蔗组培苗生长的影响

  3.2本申请作物促生内生真菌与甘蔗盆栽苗共生培养

  在马铃薯葡萄糖液体培养基(PDB)中接入本申请作物促生内生真菌菌丝块,于25℃转速为100rpm摇床中振荡培养14d后,用灭菌纱布过滤收集菌丝团,用灭菌水冲洗数次后,将菌丝团打碎配制成浓度为5×105cfu/ml的菌液备用。甘蔗组培苗在沙地中炼苗长至5-7叶后,选取长势一致的甘蔗苗,修剪叶片待种。将甘蔗苗移栽至宽20cm高19cm的塑料花盆中,每盆种植3株甘蔗苗,培养基质为1:3(v/v)的泥炭和细河沙,浇定根水后用塑料膜覆盖保湿7天。移栽10d定殖后浇菌液。每株甘蔗苗灌根50mL菌液,每隔15d灌根一次,总共灌根3次,灌根结束后2个月调查结果。以未浇菌液的处理为对照组(CK组),每个处理4盆共12株苗。结果如下表5。

  表5.本申请作物促生内生真菌对甘蔗盆栽苗生长的影响

  由表4和表5可知,甘蔗接种本申请作物促生内生真菌之后,甘蔗根部的重量均比未接种本申请作物促生内生真菌的高,说明本申请的作物促生内生真菌可促进甘蔗根系生长,有利于甘蔗的生长。由图7也可知,接种本申请作物促生内生真菌后的甘蔗组培苗相比于未接种本申请作物促生内生真菌的对照组组培苗高的株高要高、叶长也较长,说明本申请作物促生内生真菌对甘蔗具有促生效果。

  上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明,但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围,凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更,均应属于本发明所涵盖专利范围。

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