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为解决油菜真菌病害(如 Sclerotinia sclerotiorum、Leptosphaeria maculans、Rhizoctonia solani)防治难题,研究人员筛选 actinobacteria collection,发现两株 Streptomyces 菌株。其培养物及滤液可显著抑制病原菌生长、减少病害,效果堪比化学杀菌剂,为生物防治提供新方向。
农作物真菌病害每年给全球农业造成巨额损失,在澳大利亚,仅油菜受土壤和残茬传播的真菌病原体(如引起茎腐病的 Sclerotinia sclerotiorum、黑胫病的 Leptosphaeria maculans 和根腐病的 Rhizoctonia solani)影响,每年潜在损失超 3.5 亿澳元。当前防治手段中,化学杀菌剂效果受病原体和施用时间限制,植物育种难以实现多病原抗性,且部分病原菌可在残茬中存活多年,导致病害循环。因此,开发高效、环保的生物防治方法迫在眉睫。
英联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的研究人员针对这一问题,开展了利用放线菌(Actinobacteria)防治油菜真菌病害的研究。他们从西澳大利亚小麦根系分离的放线菌集合中,筛选出两株链霉菌(Streptomyces)菌株 MH71 和 MH243,发现其培养物及滤液在多种实验条件下均能有效抑制油菜真菌病原体,相关研究发表在《Biological Control》。
研究主要采用了以下关键技术方法:
- 体外平板竞争实验:检测放线菌对病原菌的抑制能力。
- 培养滤液活性分析:验证放线菌分泌的代谢产物的抑菌作用。
- 显微镜观察:研究链霉菌在油菜组织中的定殖情况。
- 温室盆栽实验:评估链霉菌对成熟油菜植株的病害防治效果及对谷物产量的影响。
3.1 体外病原体抑制实验筛选出具有广谱抗真菌活性的两株链霉菌菌株
通过对 20 株放线菌进行体外双重竞争实验,发现链霉菌 MH71 和 MH243 对 Sclerotinia sclerotiorum 的菌丝生长抑制率达 98%-100%,对 L. maculans 和 R. solani 也表现出强抑制作用,显示出广谱抗真菌活性。
3.2 MH71 和 MH243 培养滤液抑制菌核病菌丝生长和菌核形成
体外实验表明,MH71 和 MH243 的培养滤液在稀释至 100 倍和 1000 倍时仍能显著抑制 Sclerotinia 生长和菌核形成,且 5 周培养物活性最强。热处理和蛋白酶 K 处理实验显示,活性成分可能为热不稳定和非蛋白类代谢产物。
3.3 链霉菌菌株 MH71 和 MH243 定殖油菜幼苗
荧光染色显微镜观察发现,MH71 和 MH243 通过种子包衣可定殖油菜幼苗的根、下胚轴和叶片组织,MH243 在下胚轴和根的定殖效率更高。
3.4 MH71 和 MH243 培养物及滤液抑制油菜菌核病症状表达
在油菜幼苗和成熟植株实验中,MH71 和 MH243 的培养物及滤液均能有效抑制 Sclerotinia 引起的病害症状。稀释 10 倍处理可避免叶片坏死,且显著降低病斑扩展率,提高植株存活率。
3.5 链霉菌培养滤液抑制成熟油菜菌核病并保护谷物产量
温室盆栽实验中,培养滤液在开花期(10% 和 30%)的双重喷施效果最佳,可使茎部病斑和菌核形成减少 87%-100%,谷物产量较未保护的感染对照提高 30%-49%,效果与商业化学杀菌剂相当。
结论与讨论
本研究筛选出的链霉菌 MH71 和 MH243 及其培养滤液,通过分泌抗真菌代谢产物、定殖植物组织等机制,对油菜菌核病等多种真菌病害表现出高效防治效果,且能显著保护谷物产量。培养滤液因使用便捷、活性稳定等优势,更具农业应用潜力。该研究为减少化学杀菌剂依赖、发展可持续农业病害防治策略提供了新途径,未来需进一步开展多环境田间试验验证其实际应用价值。