顏志豪 董衛國 左仁芳 楊欣朋 李曉剛



摘要:采用室內平板抑制試驗評價抑菌效果的方法,檢測出山蒼子油對獼猴桃潰瘍病菌表現明顯的抑制作用;對分離純化的湘西地區獼猴桃潰瘍病病原菌分子生物學鑒定為丁香假單胞菌獼猴桃致病變種;通過乳化劑篩選,找到最佳復配乳化劑組合SK-33SC:YUS-D935=1∶1(質量比),并配制出25%山蒼子油EW;采用比濁法測定25%山蒼子油EW對獼猴桃潰瘍病菌的EC50值為8.581mg/L,回歸方程為y=-2.21+2.38x,相關系數為0.965;田間試驗結果表明,25%山蒼子油EW 200倍稀釋液對獼猴桃潰瘍病秋季防效達到82.69%、春季防效達到78.92%,且較2%春雷霉素水劑(加收米)以400倍液噴霧的秋季防效高60.91%、春季防效高38.30%。
關鍵詞:獼猴桃;潰瘍??;山蒼子油;乳化劑
中圖分類號:S436.634文獻標識碼:A文章編號:1006-060X(2024)05-0072-07
Inhibitory Activity and Field Control Effect of Litsea cubeba Oil on
Pseudomonas syringae pv. actinidiae
YAN Zhi-hao1,2,DONG Wei-guo3,ZUO Ren-fang4,YANG Xin-peng1,2,LI Xiao-gang1,2
(1. College of Plant Protection, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 2. Hunan Provincial Engineering Research Center of Pest Early Warning and Control, Changsha 410128, PRC; 3. Plant Protection and Inspection Station of Luxi?County Bureau of Agriculture and Rural Affairs, Luxi 416100, PRC; 4. Plant Protection and Inspection?Station of Fenghuang County Bureau of Agriculture and Rural Affairs, Fenghuang 416200, PRC)
Abstract: The indoor plate inhibition test confirmed the inhibitory effect of Litsea cubeba oil on Pseudomonas syringae pv. actinidiae. The pathogen causing kiwifruit canker in western Hunan was isolated and identified as P. syringae pv. actinidiae based on the molecular evidence. The composition of the emulsifier combination was optimized as SK-33SC∶YUS-D935=1∶1 (mass ratio), and L. cubeba oil 25% EW was prepared. The median effective concentration (EC50) of L. cubeba oil 25% EW against P. syringae pv. actinidiae was determined as 8.581 mg/L by turbidimetry, with the regression equation of y=-2.21+2.38x (r=0.965). The field experiment results showed that the control effect of the 200× diluent of L. cubeba oil 25% EW on kiwifruit canker reached 82.69% in autumn and 78.92% in spring, which were 60.91% and 38.30% higher than those of 400× diluent of 2% kasugamycin aqueous solution in autumn and in spring, respectively.
Key words: kiwifruit; canker; Litsea cubeba oil; emulsifier
獼猴桃屬獼猴桃科獼猴桃屬多年生藤本植物[1],因其果實富含維生素、氨基酸和礦物質等多種人體必須營養物質,被稱為水果之王,備受消費者青睞[2]。
獼猴桃潰瘍病是一種嚴重威脅獼猴桃生產的毀滅性細菌性病害,主要危害獼猴桃的新梢、枝蔓、葉片和花蕾,以危害1~2 a樹齡枝梢為主,降低座果率,形成的果實較小或畸形,該病菌傳播快,病害來勢兇猛,發病嚴重時導致樹體死亡,流行年份致使全園瀕于毀滅,造成重大經濟損失,此病菌被列為全國植物檢疫對象。關于獼猴桃潰瘍病的病原菌,存在一些不同的觀點和理論,美國學者Opgenorth等[3]
在1983年將該病原菌定為丁香假單胞菌李致病變種(P. syringae. pv. morsprunorum),后來日本學者Takikawa等[4]將獼猴桃潰瘍病的病原菌鑒定為丁香假單胞桿菌獼猴桃致病變種(Pseudomonas syringae pv. actinidiae),此外,也有其他學者報道稱獼猴桃潰瘍病的病原菌為丁香假單胞菌丁香致病變種(P. syringae pv. syingae)[5, 6]。世界上主要商業種植獼猴桃的國家都不同程度的受到了獼猴桃潰瘍病的危害,國內四川、陜西、湖南、貴州等地獼猴桃種植區發生嚴重,極大地影響了獼猴桃產業健康發展[7-9]。獼猴桃潰瘍病的發病原因比較復雜,匡美美等[10]認為湘西州獼猴桃潰瘍病的發病率和病情指數與栽培品種、海拔高度、果園管理水平等因素有關。目前防治獼猴桃潰瘍病的主要有春雷霉素、噻唑鋅、王銅、噻霉酮等藥劑。李黎等[11]通過室內抑菌率實驗研究發現2%春雷霉素水劑500倍液的平均抑菌率為69.34%,具有明顯的抑菌效果。楊貴琴等[12]發現通過農藥復配對獼猴桃潰瘍病進行防治效果較好,其中四霉素與噻霉酮按照一定比例復配后其EC50值能達到1.14 mg/L,共毒系數為124.96,田間防效為68.12%;四霉素與戊唑醇按照一定比例復配后EC50值能達到1.46 mg/L,共毒系數為123.73,田間防效為66.83%。這些化學農藥在實驗室內對獼猴桃潰瘍病的病原菌具有明顯的抑制作用,但田間防治效果卻未達預期。對現有登記的農藥田間表現不佳的分析,主要原因在于獼猴桃潰瘍病病原菌對現有化學農藥產生高抗性,且這些農藥對獼猴桃植株的滲透性和內吸能力較差,不能傳導到致病菌所作用的韌皮層。特別是在南方地區,春季雨期持續時間長、施藥窗口期短、空氣濕度大等不利防治條件導致一些獼猴桃種植園的潰瘍病不能得到有效控制。
山蒼子(Litsea cubeba essential)是一種屬于樟科木姜子屬的植物,它是我國特有的香料植物資源之一,從山蒼子的花、果實和枝葉中可提取天然香精油——山蒼子油[13]。已有研究報告指出,山蒼子油在實驗室條件下對多種細菌和真菌具有良好的抑制效果,具有廣譜抗菌特性[14-15]。山蒼子油中的主要化學成分為檸檬醛,其在一定濃度下能夠破壞真菌與細菌的細胞結構,使得細胞膜通透性增加,導致細胞內容物泄漏,最終導致細胞死亡,從而表現廣譜抑菌活性[16-18]。Hu 等[19]研究了山蒼子油對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的抗菌作用,研究表明,山蒼子油破壞了MRSA細胞的細胞膜,導致其細胞生物大分子泄露從而達到抑菌效果。Wang 等[20]研究了山蒼子油對灰霉病的抑制作用,也發現山蒼子油能破壞灰霉菌的細胞膜,導致其細胞膜通透性受損從而達到抑菌效果。陳梓云等[21]關于山蒼子油對用于小麥粉和玉米粉的防霉研究中發現,山蒼子油具有很好的防霉效果。迄今尚未有山蒼子油對獼猴桃潰瘍病菌的抑菌作用的報道。
湖南農業大學植物保護學院在前期篩選獼猴桃潰瘍病生防材料時,發現山蒼子油對獼猴桃潰瘍病具有較好的抑制作用,在此基礎上,擬進一步評價山蒼子油的生物活性,結合制劑開發評估其在田間應用中的防效,以期探究山蒼子油及其制劑在獼猴桃潰瘍病防治中的可行性。
1 材料與方法
1.1 材料
1.1.1 儀器 H2050R高速離心機(湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司),SW-CJ-2F超凈工作臺(江蘇凈化),6321PCR儀(Eppendorf AG),DYY-6C電泳儀(北京六一生物科技有限公司),765/06413凝膠成像系統(BIO-RAD),mLS-3750滅菌鍋(SANYO),TU-1810PLUS紫外分光光度器(上海精密儀器儀表有限公司),Dura12/24超純水機[澤拉布儀器科技(上海)有限公司],T25數顯分散器(德國IKA)。
1.1.2 試劑 GelGreen染料(北京擎科生物技術有限公司),2000 dp DNA marker(北京擎科生物技術有限公司),2xTSINGKER Master Mix(北京擎科生物技術有限公司),TE緩沖液(博邁德生物有限公司),無水乙醇(阿拉丁試劑有限公司),山蒼子油(江西省吉水縣天成香料油廠),YUS-D935、YUS-D3020[竹本油脂(蘇州)有限公司],SK-33SC、SK-34SC、SK-935[星飛化工(上海)有限公司],OP-4、EL-40(邢臺市燕誠化學助劑有限公司),2%春雷霉素水劑(加收米)(日本北興化學工業株式會社)。
1.1.3 供試病原菌 2021年3月15日于湖南省古丈縣天橋村“紅陽”獼猴桃種植基地采集具有獼猴桃潰瘍病典型發病癥狀的流膿枝條,回實驗室進分離純化。
1.1.4 供試引物 參考J.Rees-George等[22]的文獻合成兩對特異性檢測引物,由北京擎科生物技術有限公司合成。PsaF1:5'-TTTTGCTTTGCACACCCGATTTT-3',PsaR2:5'-CACGCACCCTTCAATCAGGATG-3'。擴增目的片段為細菌16S-23S rDNA ITS部分區域,目標片段大小為80 bp。Psa KN-F:5'-CACGATACATGGGCTTATGC-3',Psa KN-R:5'-CTTTTCATCCACACACTCCG-3'。擴增片段位于外膜蛋白(omp P1)基因部分區域,目標片段大小為492 bp。
1.2 方法
1.2.1 培養基配制 LB培養基:胰蛋白胨10 g,酵母提取物5 g,氯化鈉 10 g,蒸餾水定容至1 000 mL,NaOH調節pH值至7.4,然后分裝到10個三角瓶中,用耐高溫組培封口膜封口后高壓滅菌鍋滅菌30 min,冷卻后貯藏備用。配制固體LB培養基,在以上配方中再加入18 g瓊脂粉。
1.2.2 獼猴桃潰瘍病病原菌的分離與純化 將采集回來的帶病枝條用無菌水沖洗后,用滅菌過的枝剪將枝條剪成2 mm×2 mm的方形組織小塊,隨后在超凈工作臺上將組織小塊用75%酒精浸漬10 s后用無菌水清洗3次。將處理好的樣品放入LB液體培養基中,封口后放入恒溫振蕩器中以18 ℃、180 r/min
的條件培養24 h。培養完成后,在無菌操作臺上,使用接種環取已培養好的菌液,通過平板劃線法分離和純化菌落。挑選具有典型獼猴桃潰瘍病菌菌落特征的單株菌落進行2~3次純化后保存備用。
1.2.3 獼猴桃潰瘍病病原菌的分子生物學鑒定 (1)DNA模板的制備。挑取已經純化和培養好的單個菌落,并將其接種到LB液體培養基中。在恒溫振蕩器中以18 ℃、180 r/min的條件下培養24 h,以此做為PCR反應的DNA模板。
(2)基因序列的擴增。PCR反應體系:2xTSING
KER Master Mix 12.5 μL,Primer F 0.5 μL,Primer R 0.5 μL,Template DNA 1.5 μL,雙蒸H2O 10 μL。
擴增程序:94℃預變性5 min,94 ℃變性30 s,58 ℃退火30 s,72 ℃延伸40 s,72℃延伸6 min,35個循環,反應完成后4 ℃保存。
配制完成反應體系后將其震蕩混勻并離心,放入PCR儀后,按照反應程序進行PCR反應。
(3)電泳檢測。在PCR擴增反應結束后,使用1%瓊脂糖凝膠電泳對PCR產物進行檢測。將目標條帶純化并回收后,送往北京擎科生物技術有限公司進行序列測定。
(4)序列比對與系統發育樹構建。使用DNAStar分析軟件對原始序列進行處理后,在NCBI數據庫中運用Blast工具軟件進行比對分析,并從GenBank下載相似性較高的基因序列,利用MEGA5.2軟件構建系統發育樹,以此鑒定病原菌的種類。
1.2.4 山蒼子油對獼猴桃潰瘍病菌的抑菌作用初篩 采用平板抑制試驗,先將分離出來的獼猴桃潰瘍病菌株進行擴大培養,之后用無菌水將菌液稀釋成在紫外分光光度計600 nm下吸光值0.1的菌懸液(當OD600=0.1時,獼猴桃潰瘍病菌的濃度約為1×108 CFU/mL)[23],即OD600=0.1的獼猴桃潰瘍病菌菌液。將LB固體培養基加熱融化后加入山蒼子油(1.8 mg/L),充分攪拌,倒入平板板,風干備用。將獼猴桃潰瘍病菌菌液10 μL進行涂布,密封后放入生化培養箱中以18 ℃的條件培養96 h后觀察,以不添加山蒼子油用相同方法培養的獼猴桃潰瘍病菌為對照。
1.2.5 山蒼子油EW(水乳劑)的制備與乳化劑篩選 (1)山蒼子油EW的制備。采用轉相法[24, 25],按照配制山蒼子油EW的濃度要求,先稱取一定量的山蒼子油,再加入總質量8%的乳化劑(油相),用去離子水(水相)定容到設定體積,于高速剪切乳化機上以16 000 r/min轉速剪切乳化3 min,得到相應山蒼子濃度的水乳劑成品。
(2)乳化劑的篩選。根據馮建國等[26]、Liu J?等[27]對農藥水乳劑用乳化劑的應用研究,選用YUS-D935、SK-33SC、OP-4、YUS-D3020、EL-40、SK-34SC乳化單劑配制4%山蒼子油EW,依次進行乳液穩定性、熱貯穩定性、低溫穩定性和分散性測試,每個樣品進行3次重復試驗,對當次項目測定合格的乳化劑再進行下一步測定,不合格的淘汰。篩選出合格的乳化劑后,再按質量比為1∶1復配組合乳化劑(組合乳化劑的加入量為總質量的8%),再按單劑篩選方法篩選出最佳的組合乳化劑復配方。各項性能測定的方法及標準如下:
乳液穩定性測定:按照《GB/T 1603—2001農藥乳液穩定性測定方法》將待測樣品以標準硬水稀釋200倍,靜置1 h后進行觀察,測試樣品達到上無浮油,下無沉淀,乳液無分層則判定為合格。
熱貯穩定性測定:按照《GB/T 19136—2003 農藥熱貯穩定性測定方法》將待測樣品密封后放入(54±2)℃恒溫箱中,存放14 d后若無析水、析油或只有少量物質析出輕搖后可混合均勻,則判定為合格。
低溫穩定性測定:按照《GB/T 19137—2003 農藥低溫穩定性測定方法》將待測樣品密封后放入(0±2)℃冰箱中,7 d后觀察,若無析水、析油則判定為合格。
分散性測定:將待測樣品加入到標準硬水中,觀察其在硬水中的分散情況,根據分散情況可分為以下四個等級:①樣品加入后立即呈云霧狀則為優;②樣品加入后有顆粒下沉,但在下沉后能基本分散則為良;③樣品加入后有顆粒下沉,在下沉后需要輕微搖晃才能分散則為一般;④樣品加入后呈絮狀或顆粒狀下沉,需要強烈搖晃才能分散則為差[28]。待測樣品達到良以上判定為合格。
選用乳化劑最優復配方配制25%山蒼子油EW。
1.2.6 山蒼子油EW對獼猴桃潰瘍病菌毒力的室內測定 采用比濁法室內測定山蒼子油EW對獼猴桃潰瘍病菌的毒力。將25%山蒼子油EW分別稀釋125 000 倍、41 667 倍、25 000倍、17 857倍、13 889倍,配制5個濃度梯度山蒼子油EW。每個梯度100 mL,然后加入OD600=0.1的獼猴桃潰瘍病菌菌液100 μL,放入恒溫振蕩器中以18 ℃、180 r/min的條件培養24 h,以不添加山蒼子油EW的獼猴桃潰瘍病菌菌液培養為對照,每個處理做3個重復。然后使用紫外分光光度計在600 nm下測定菌液溶度,通過DPS數據處理系統計算毒力回歸方程、EC50值及相關系數,按公式(1)計算抑制生長率。
1.2.7 田間防效試驗 選取湖南省古丈縣古陽鎮天橋山村獼猴桃種植基地為試驗地點。該種植基地海拔為500 m左右,獼猴桃種植面積為6.67 hm2,種植品種為“紅陽”,樹齡4 a,獼猴桃潰瘍病的發病率為90%,因獼猴桃潰瘍病死亡的植株率約50%,田間防治獼猴桃潰瘍病的藥劑主要有噻菌銅、氫氧化銅、四霉素。
試驗設3個處理:處理Ⅰ,25%山蒼子油EW的200倍液噴霧;處理Ⅱ,2%春雷霉素水劑(加收米)400倍液噴霧;CK,噴清水作為空白對照。每處理60株,每次噴藥400 mL,樹體均勻受藥,共進行3次噴藥,2021年10月26日第1次噴藥,2021年11月18日第2次噴藥,2022年3月2日第3次噴藥。分別于2021年12月7日和2022年3月19日調查噴藥后獼猴桃潰瘍病新發生的情況,按照表1進行病情分級,按公式(2)計算發病率、公式(3)計算防治效果、公式(4)計算病情指數。
2 結果與分析
2.1 獼猴桃潰瘍病菌的分離與純化結果
從感染獼猴桃潰瘍病的枝條中分離出HG1、HG2、HG3、HG4、HG5、HG6和HG7共7株菌株(圖1),呈現圓形、乳白色、全緣、微凸、表面光滑等特征,與王星[28]等在LB培養基上培養的獼猴桃潰瘍病菌的菌落形態特征一致。
2.2 獼猴桃潰瘍病菌分子生物學鑒定結果
將分離出的7株菌株編號后使用特異性引物PsaF1、PsaR2與Psa KN-F、Psa KN-R分別進行PCR擴增,再將PCR擴增產物進行1%瓊脂糖凝膠電泳,發現其中HG6沒有擴增出目的條帶,HG1、HG2、HG3、HG4、HG5和HG7菌均得到一條約252 bp的片段和約500 bp左右片段(圖2)。將出現目標條帶的6份菌株送北京擎科生物技術有限公司測序,菌株的序列基本相同,通過NCIB的BLAST比對,構建系統發育樹(圖3),與獼猴桃潰瘍病菌MT46321 9.1高度同源,確認為丁香假單胞菌獼猴桃致病變種(Pseudomonas syingae pv. actinidiae)。將分離純化得到的病原菌的序列上傳至NCBI上,得到菌株登錄號為:MW829404.1
2.3 山蒼子油對獼猴桃潰瘍病菌的抑菌作用初篩結果
圖4表明,對照組獼猴桃潰瘍病菌長滿培養皿,含有山蒼子油的沒有觀察到獼猴桃潰瘍病菌的菌落,表明山蒼子油對獼猴桃潰瘍病菌有明顯抑制作用。
2.4山蒼子油乳化劑的選擇及復配方確定
如表2所示,篩選得到最佳的乳化劑組合為SK-33SC:YUS-D935=1∶1(質量比),該乳化劑組合所有測定指標均達到了合格的標準,在熱貯穩定性測定中比其他單劑和組合穩定性更好,無析出物,在分散性測定中,樣品滴入水中后立即呈云霧狀分散,達到了優級標準。用該乳化劑配制25%山蒼子油EW的具體配方中各成分的質量百分比為:山蒼子油 25%、 溶劑乙酸仲丁酯 15%、乳化劑 SK-33SC?4%、乳化劑YUS-D935 4%、去離子水補足至 100%。
2.5 25%山蒼子油EW的室內毒力測定結果
如表3所示,25%山蒼子油EW的EC50值為8.581 mg/L,回歸方程為y=-2.21+2.38x,相關系數為0.965;抑菌率隨稀釋倍數的降低而增加,以稀釋13889倍的最高,為81.26%。
2.6 25%山蒼子油EW對獼猴桃潰瘍病的田間防效
2021年秋季防治效果如圖5、表5所示,CK的植株葉面病斑較為明顯,病情指數19.47,發病率高達96.33%;處理Ⅰ的植株葉面無病斑,病情指數3.37,發病率16.33%,防治效果高達82.69%;處理Ⅱ的植株葉面有少量的病斑,病情指數15.23,發病率75.17%,防治效果21.78%。秋季病斑主要發生在葉面,只有極少數枝干出現流膿現象,各處理未出現死樹現象。2022年春季防效如表6所示,春季CK雖然發病率較秋季低21.5%,但潰瘍病膿包較為明顯,且植株死亡率達15%;處理Ⅰ的病情指數和發病率較CK、處理Ⅱ分別低49.54%、24.27%和58.28%、30.00%,防效較處理Ⅱ高38.66%,植株枝干無獼猴桃潰瘍病膿包,且未死樹,但較秋季仿效要低;處理Ⅱ的春季防效較秋季仿效高18.48%,但植株枝干帶有獼猴桃潰瘍病膿包,且出現植株死亡。
3 結論與討論
采用平板劃線分離法,對湘西地區的獼猴桃潰瘍病菌進行分離與純化,確定湘西地區的獼猴桃潰瘍病菌的病原菌為丁香假單胞菌獼猴桃致病變種;首次報告山蒼子油對獼猴桃潰瘍病菌的抑制作用,并通過篩選山蒼子油乳化劑,制備了25%山蒼子油EW,測定出制劑對獼猴桃潰瘍病菌室內毒力;通過田間藥效試驗測試山蒼子油EW的田間防效。田間試驗結果表明,25%山蒼子油EW 200倍稀釋液對獼猴桃潰瘍病有很好的防治效果,秋季防效達到82.69%,春季防效達到78.92%,且較2%春雷霉素水劑(加收米)以400倍液噴霧的秋季防效高60.91%、春季防效高38.30%,在防治獼猴桃潰瘍病方面具有良好的應用潛力;至于春季發病率及嚴重程度的提高是因為春季雨水較多,病情比秋季嚴重[29];春雷霉素水劑(加收米)春季防效的提高,是否與藥效的持效性有關,尚有待研究。
到目前為止,銅制劑在控制獼猴桃細菌性潰瘍病中被認為是最經典的方法,但高濃度的銅制劑不僅抑制植物發育,而且干擾光合作用等細胞活動,長期使用還會影響環境生態,如土壤污染、飲用水污染等問題。挖掘高抑菌活性生物源活性成分并開發環境友好的農用殺菌劑極具前景。但是,目前微生物農藥如枯草芽孢桿菌等防治獼猴桃潰瘍病的防效極不穩定,速效性差;抗生素類藥劑如四霉素、春雷霉素、中生菌素等耐雨水沖刷能力不佳,且不能與堿性農藥混用。因此,開發作用機制獨特、生物活性強的生物來源藥物應用于獼猴桃潰瘍病防治值得研究者和產業界關注。
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(責任編輯:謝培庚)
收稿日期:2024-03-21
作者簡介:顏志豪(1998—),男, 湖南永州市人,碩士研究生,主要從事農藥制劑與加工研究。
通信作者:李曉剛