CN114517172B - 一株马胃葡萄球菌及其在防治果蔬灰霉病上的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一株马胃葡萄球菌菌株及其应用,该菌株其被命名为马胃葡萄球菌(Staphylococcus equorum)F1,该菌株于2021年1月18日被保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,其保藏号为CGMCC No.21658,保藏地址为:北京市朝阳区北辰西路1号院3号。该马胃葡萄球菌F1对果蔬灰霉病菌具有高效抑菌效果,可显著抑制灰霉病菌菌丝的生长以及孢子的萌发,可应用于制备生防菌剂和果蔬保鲜剂,且该菌株的抑菌谱较广,具有防治效果稳定,对环境友好等特点,适合大规模生产,生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及微生物技术领域,特别涉及一株马胃葡萄球菌及其在防治果蔬灰霉病上的应用。
背景技术
由灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)引起的灰霉病是果蔬采后贮藏期间的重要病害之一,该病在果蔬运输、贮藏等各个环节均可发生,每年造成严重的经济损失。果蔬感染灰霉病后,在发病部位形成圆形或近圆形的水渍状软腐病斑,后期病斑上产生鼠灰色霉状物和分生孢子。由于该病原菌具有很强的耐低温能力,即使在冷藏条件下也可导致果蔬腐烂,且存在接触传染。有效控制灰霉病对于提高果蔬采后贮藏保鲜具有重要意义。
目前,防治果蔬采后灰霉病的传统方法主要是依赖化学杀菌剂发,但化学杀菌剂的药剂残留、病原菌易对其产生抗性和环境污染严重等问题已日趋严重,多种化学杀菌剂已被限制或禁止使用。因此,寻求可替代化学杀菌剂的安全有效防治措施已成为苹果采后贮藏中亟待解决的问题。大量研究表明,生物防治因其高效和无污染的特点,是解决农业可持续发展的有效途径,有的生防制剂已在生产中得到应用。
采用生防菌剂防治果蔬灰霉病对环境友好,可以避免化学防治带来的一系列问题。生防菌剂可减少或替代化学药剂的使用,从而达到防治果蔬灰霉病的目的。
然而,现有已发现的可用于制备防治果蔬灰霉病的生防菌剂的生物菌株少,缺少对应的有效的生防菌剂,因此,如何解决上述技术问题,是目前微生物技术领域需要解决的技术问题。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一株马胃葡萄球菌(Staphylococcus equorum)F1及其在防治果蔬灰霉病上的应用,马胃葡萄球菌F1对果蔬灰霉病菌具有高效抑菌效果,且抑菌谱较广,可广泛应用于果蔬灰霉病菌的防治,具有防治效果稳定,对环境友好的优点。
本发明的技术方案具体如下:
第一方面,本发明提供一株马胃葡萄球菌,其被命名为马胃葡萄球菌(Staphylococcus equorum)F1。该菌株于2021年1月18日被保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,其保藏号为CGMCC No.21658,保藏地址为:北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
第二方面,本发明还提供一种采用上述马胃葡萄球菌制备的生防菌剂,该生防菌剂是马胃葡萄球菌F1的菌体、菌悬液、发酵滤液或其活性提取物。
第三方面,本发明提供前述马胃葡萄球菌或前述生防菌剂在防治果蔬病害上的应用;优选地,所述果蔬病害包括果蔬灰霉病。果蔬包括各种可被果蔬侵染的水果以及蔬菜。后续具体实施例中以番茄、葡萄和苹果为例进行实验。
优选地,所述马胃葡萄球菌用于抑制灰霉病菌菌丝生长及孢子萌发。
第四方面,本发明还提供一种前述生防菌剂的制备方法,其包括以下步骤:
S1、将前述马胃葡萄球菌F1划线接种在固体培养基中,活化培养得到活化的单菌落;
S2、将活化的马胃葡萄球菌F1单菌落接种于液体培养基中,震荡培养得到发酵种子液;
S3、将发酵种子液接种到液体培养基中扩大培养,得到马胃葡萄球菌F1的细胞培养液;
S4、将上述细胞培养液进行离心分离得到菌体沉淀后,用无菌水是菌体沉淀重新悬浮,得到的马胃葡萄球菌F1的菌悬液,即生防菌剂。
优选地,所述固体培养基为PDA培养基,所述液体培养基为PDB培养基。
优选地,S1步的培养条件为28℃恒温活化培养24h。
优选地,S2步的培养条件为:将活化的菌株F1单菌落接种于装瓶量80mL/250mL的PDB培养基中,180r·min-1,28℃恒温震荡培养48h。
优选地,S3步的培养条件为:将发酵种子液按1:100的接种量,接种到PDB培养基中扩大培养,28℃恒温震荡培养48h,得到109cfu·mL-1的F1菌株的细胞培养液。
优选地,S4步的培养条件为:109cfu·mL-1F1菌株的细胞培养液c,在4℃条件下,12000r·min-1离心15min后,收集F1菌体沉淀用无菌水重新悬浮,得到109cfu·mL-1的F1菌悬液。
第五方面,本发明还提供一种果蔬保鲜剂,其有效成分为前述的马胃葡萄球菌。优选地,所述果蔬保鲜剂直接采用前述的马胃葡萄球菌F1的菌液或菌体重悬液或菌体发酵上清液,或者以此为活性成分,添加辅料,制成不同的剂型。
经过实验证明,经过本发明的马胃葡萄球菌F1菌液浸泡处理后,可有效抑制因果蔬灰霉病导致的病斑。因此,该菌株可用于制备果蔬保鲜剂,利用含该菌的菌液的保鲜剂对待处理的果蔬进行浸泡处理或喷洒处理后,再进行储存或运输,可有效延长其保鲜时间,避免果蔬因感染灰霉病而快速腐烂。
第六方面,本发明还提供一种果蔬保鲜方法,该方法为:将果蔬浸泡在所述果蔬保鲜剂中,或者将前述果蔬保鲜剂向果蔬表面进行喷洒。
优选地,所述果蔬保鲜方法中,所述果蔬为番茄、葡萄、苹果。
有益效果
1、本发明首次分离出一株马胃葡萄球菌(Staphylococcus equorum)菌株F1,其对果蔬灰霉病具有显著的防治效果,实施例的研究表明,菌株F1可显著抑制灰霉病菌菌丝的生长以及孢子的萌发;此外,菌株F1的抑菌谱较广,除果蔬灰霉病菌外,还对苹果树腐烂病菌、苹果轮纹病菌、苹果炭疽叶枯病菌等多种植物病原菌都具有优异的拮抗作用,可同时用于防治多种植物病害。
2、本发明菌株F1菌悬液对果蔬灰霉病的防治效果优异,都在81%以上,其中对苹果灰霉病的防治效果高达93.51%;菌株F1能够诱导植物组织内御相关酶活性增加,提高抗病基因表达水平;本发明生防菌剂具有防治效果稳定,对环境友好等特点,适合进行大规模生产,发酵工艺简单,生产成本低廉,具有很好的市场前景。
3、基于菌株F1对灰霉病菌的优异防治效果,该菌株可用于制备果蔬保鲜剂,利用含该菌的菌液的保鲜剂对待处理的果蔬进行浸泡处理或喷洒处理后,再进行储存或运输,可有效延长其保鲜时间,避免果蔬因感染灰霉病而快速腐烂。
附图说明
图1为菌株F1在LB培养基上的菌落形态;
图2为菌株F1提取DNA的16S rDNA序列PCR扩增示意图;
其中,图中M为核酸Marker DL2000;图中1为菌株F1基因组DNA的16SrDNA序列扩增结果;
图3为菌株F1对果蔬灰霉病菌菌丝生长(a)和孢子萌发(b)的影响;
其中,图中A为菌株F1对灰霉病菌菌丝生长的影响;图中B为菌株F1对灰霉病菌孢子萌发的影响;
图4为菌株F1对番茄和葡萄灰霉病的防治效果;
其中,图A为菌株F1处理后番茄和葡萄灰霉病发病率;图B为菌株F1处理后番茄和葡萄灰霉病的发病病斑直径;
图5为菌株F1对苹果灰霉病的防治效果;
其中,图中A,B,C为苹果果实接种PDB培养基后再接种灰霉病菌的对照;图中D,E,F为菌株F1对苹果灰霉病的防治效果;
图6为菌株F1处理对苹果果实组织中防御相关酶活性的影响;
图7为菌株F1菌悬液处理对苹果果实组织中病程相关蛋白基因表达的影响。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。在本发明中,若非特指,所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法,如无特别说明,均为本领域的常规方法。所使用的试剂如无特殊说明,均可商业购买。
实验所用的培养基及其配方
1、LB培养基:胰蛋白胨10g,酵母提取物5g,NaCl 5g,pH调至7.0。
2、PDA培养基:马铃薯削皮后称取200g,切成小块在水中煮沸15~20min,四层纱布过滤后加入葡萄糖20g,琼脂粉15g,定容至1000mL,pH值天然,在121℃高压蒸汽灭菌20min
3、PDB培养基:马铃薯削皮后称取200g,切成小块在水中煮沸15~20min,四层纱布过滤后加入葡萄糖20g,定容至1000mL,pH值天然,在121℃高压蒸汽灭菌20min。
实施例1马胃葡萄球菌F1的分离筛选与菌株鉴定
1.菌株的分离与筛选
从山东商品化富士苹果园采集成熟健康果实,进行表面消毒后取果实组织研磨,加入无菌水,采用常规梯度稀释涂布分离法,用PDA培养基分别在28℃条件下培养,挑取菌落形态差异明显的菌落,在PDA培养基上纯化保存,并以苹果树腐烂病菌为靶标病原菌进行拮抗菌的初筛和多次复筛,最终得到一株具有抑菌作用和显著防治效果的细菌菌株,将其命名为F1。
2.菌株F1的鉴定
(1)形态特征
如图1结果所示,菌株F1在LB培养基上菌落小,呈灰白色,突起呈圆形(略不规则),不透明,表面湿润光滑,鉴定该菌体为革兰氏阳性菌。
(2)生理生化特性
经过生理生化测试,得到,菌株F1可利用葡萄糖、蔗糖、甘露醇等作为碳源,不能利用半乳糖、乳糖等作为碳源;过氧化氢酶、V-P、甲基红和脲酶反应阳性,能液化明教,水解淀粉,不形成菌膜,上述特性与马胃葡萄球菌相符。
(3)基因鉴定
A、实验方法:利用试剂盒提取菌株F1的基因组DNA,将其作为DNA模板,再采用通用引物Primer F:5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’,Primer R:5’-AAGGAGGTGATCCAGCCGCA-3’对DNA模板进行PCR扩增。
PCR扩增反应体系(50μL):DNA模板2μL,上游引物2μL,下游引物2μL,Taq酶(TaKaRa)1μL,dNTP 1μL,2×Taq buffer 25μL,ddH2O 17μL。PCR扩增程序:95℃预变性5min,95℃变性30s,58℃退火30s,72℃延伸2min,进行35个循环,72℃延伸10min。将扩增产物(5μL)通过1%的琼脂糖凝胶电泳进行检测。PCR扩增结果如图2所示,将PCR扩增产物回收后送交上海生物工程有限公司进行序列测定。
B、结果及分析:测定结果表明,16S rDNA序列扩增片段长度为1431bp,其序列如序列表SEQ ID NO:1所示。将所得序列采用NCBI数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov)中的BLAST软件与GenBank中的核酸序列进行比对,与马胃葡萄球菌(Staphylococcus equorum)C4044菌株和C2060菌株(Accession NO:KF439736和KF439734)的16S rDNA序列同源性为99.9%。
基于以上前述的形态学特征、生理生化特性及序列分析的结果,将菌株F1鉴定为马胃葡萄球菌(Staphylococcus equorum)。
实施例2马胃葡萄球菌F1对果蔬灰霉病菌菌丝生长和孢子萌发的影响
(1)菌株F1对灰霉病菌菌丝生长的影响
A、实验方法:将马胃葡萄球菌(Staphylococcus equorum)F1的种子发酵液接种于PDB培养基中,28℃恒温震荡培养48h,得到菌株F1的细胞培养液,离心后收集菌株F1菌体。配置PDA培养基,在其中添加菌株F1的菌体,使其终浓度为105、107和109cfu·mL-1,以不添加菌株F1的PDA作为对照。在上述PDA培养基中接种活化好的果蔬灰霉病菌。于25℃恒温暗培养3d,观察测量菌落直径。
B、结果及分析:
结果表明,添加不同浓度F1菌体对果蔬灰霉病菌均有一定的抑制作用,且随着菌株F1的浓度的提高,其抑制效果显著提高。不添加菌株F1时,灰霉病菌菌落直径为7.46cm;菌株F1菌体浓度为105cfu·mL-1时,灰霉病菌菌落直径5.01cm;F1菌体浓度为107cfu·mL-1时,灰霉病菌菌落直径仅0.89cm;菌体F1菌体浓度为109cfu·mL-1时,菌落直径不足0.6cm(图3A)。
(2)菌株F1对灰霉病菌孢子萌发的影响
A、实验方法:制备灰霉病菌的孢子悬浮液,将病原菌在PDA平板上暗培养,7d后用0.05%吐温20将菌丝上的分生孢子冲洗下来,用四层擦镜纸过滤收集灰霉病菌孢子,配置分生孢子悬浮液调节浓度至106个·mL-1。
将菌株F1的种子发酵液接种于PDB培养基中,28℃恒温震荡培养48h,得到F1菌株的细胞培养液,离心后收集F1菌体,用无菌水重新悬浮,制备成不同浓度菌悬液109cfu·mL-1,107cfu·mL-1和105cfu·mL-1。将F1菌株各浓度菌悬液分别与等体积的灰霉病菌分生孢子悬浮液106个·mL-1混合,置于25℃黑暗条件下,24h后观察灰霉病菌孢子萌发率。
B、结果及分析:
如图3B的结果所示,对照组(CK)的灰霉病菌分生孢子萌发率为84.50%,F1菌株不同浓度均对灰霉病菌分生孢子萌发有显著抑制作用,其中浓度为109cfu·mL-1的F1菌体的抑制效果最显著,孢子萌发率仅为2.38%,抑制率高达97.19%。
实施例3马胃葡萄球菌F1对多种植物病原菌的抑制作用
A、实验方法:制备马胃葡萄球菌(Staphylococcus equorum)F1菌悬液,使其终浓度为109cfu·mL-1,以不添加菌株F1的PDA作为对照,后接种活化培养的各病原菌。
抑菌率=(对照组菌落直径-处理组菌落直径)/对照组菌落直径×100%。
B、结果及分析:如表1的结果显示,菌株F1对果蔬灰霉病菌、苹果树腐烂病菌、苹果轮纹病菌、苹果炭疽叶枯病菌等主要植物病原菌都具有显著的抑制作用,表现出良好的广谱抗菌特性,其培养4d时抑菌率见表1。
表1马胃葡萄球菌(Staphylococcus equorum)菌株F1对主要植物病原菌的抑制作用
实施例4生防菌剂的制备
本实施例提供一种采用菌株F1制备的生防菌剂,其制备方法具体包括以下步骤:
(1)将菌株F1划线接种在PDA培养基中,于28℃恒温活化培养24h,得到活化的菌株F1单菌落a;
(2)将所述活化的菌株F1单菌落a,接种于装瓶量80mL/250mL的PDB培养基中,180r·min-1,28℃恒温震荡培养12h,得到菌株F1发酵种子液b;
(3)将所述发酵种子液b按1:100的接种量接种到PDB培养基中扩大培养,
28℃恒温震荡培养48h,得到109cfu·mL-1F1菌株的细胞培养液c;
(4)将109cfu·mL-1F1菌株的细胞培养液c,在4℃条件下,12000r·min-1离心15min,菌体沉淀用无菌水重新悬浮,得到109cfu·mL-1的菌悬液,即为生防菌剂。
需要说明的是,所述109cfu·mL-1的菌悬液在使用的时候,一般要稀释0-10000倍。
实施例5马胃葡萄球菌F1对番茄和葡萄灰霉病的防治效果
1、实验方法:
制备马胃葡萄球菌(Staphylococcus equorum)菌株F1菌悬液109cfu·mL-1,果蔬灰霉病菌在PDA上活化培养后,于25℃恒温避光诱导产孢;7d后用0.05%吐温20将菌丝上的分生孢子冲洗下来,把分生孢子浓度调整为106个·mL-1。
挑选大小均匀健康的樱桃番茄和葡萄果实,在上述菌株F1不同浓度菌悬液中浸泡30min,室温下自然晾干,于4℃,相对湿度95%条件下,黑暗贮藏。贮藏30d后,刺伤接种果蔬灰霉病菌孢子悬浮液,接种后2d统计发病率,测量病斑直径,技术防治效果。
防治效果=(对照组病斑直径-处理组病斑直径)/对照组病斑直径×100%。
2、实验结果及分析
如图4的结果显示,菌株F1的不同菌悬液对番茄和葡萄灰霉病具有显著的防治效果;对照组的发病率均为100%,葡萄和番茄对照组的病斑直径分别为1.55cm和1.50cm;不同浓度的菌株F1处理葡萄和番茄后再接种灰霉病菌,番茄的发病率被降低至75%左右,葡萄的发病率被降低至66.67%;葡萄上的病斑直径仅为0.28cm,其防治效果高达81.97%;菌株F1处理番茄后,其病斑直径为0.28cm,防治效果高达81.07%。
实施例6马胃葡萄球菌F1对苹果灰霉病的防治效果
1、实验方法:
制备菌株F1菌悬液109cfu·mL-1,灰霉病菌在PDA上活化培养3d,在菌落边缘打取直径5mm的菌饼备用。
挑选大小均匀健康的富士苹果,75%酒精表面消毒后室温晾干,在苹果赤道位置,用无菌打孔器造成3个伤口,每个伤口直径为5mm,深为3mm。将果实伤口分别接种30μL F1菌悬液,室温晾干后接种上述已活化的果蔬灰霉病菌菌饼,以接种PDB培养基再接种灰霉病菌的处理作为对照组。根据发病病斑直径计算防治效果。
防治效果=(对照组病斑直径-处理组病斑直径)/对照组病斑直径×100%。
2、实验结果及分析:
如图5,接种3d后,对照组病斑直径为1.85cm2,而F1菌悬液处理后病斑直径显著减小,仅为0.12cm,其防效高达93.51%。
实施例7马胃葡萄球菌F1菌悬液对苹果组织中防御相关酶活性的影响
1、实验方法:
按照实施例4种方法选择健康富士苹果果实,均匀喷施109cfu·mL-1的F1菌悬液,以无菌水处理的果实作为对照。分别于处理后0、12、24、48、72、120h取苹果果皮组织,测定苹果组织中防御相关酶活性的变化趋势。其中,POD(过氧化物酶)和SOD(超氧化物歧化酶)活性测定分别采用愈创木酚法和黄嘌呤氧化酶法;PAL(苯丙氨酸解胺酶)和PPO(多酚氧化酶)活性测定分别采用苯丙氨酸法和邻苯二酚法。
2、实验结果及分析
结果如图6所示,109cfu·mL-1的F1菌悬液处理苹果果实后,枝条组织中过氧化物酶(POD)和苯丙氨酸解胺酶(PAL)活性相比对照均得到不同程度的升高,分别与处理后48h和72h到达酶活性高峰,这说明马胃葡萄球菌F1可通过提高果实中防御相关酶活性诱导寄主对病害的抗性。
实施例8马胃葡萄球菌F1的菌悬液对苹果组织中病程相关蛋白基因表达的影响
1、实验方法:
按照实施例4种方法选择健康富士苹果枝条,均匀喷施109cfu·mL-1的F1菌悬液,以无菌水处理的枝条作为对照。分别于处理后0、24、48h取苹果果皮组织,提取样品总RNA后进行反转录,利用RT-qPCR技术测定苹果组织中病程相关蛋白基因的表达情况。
2、实验结果及分析
结果如图7所示,浓度为109cfu·mL-1的F1菌悬液处理苹果果实后,组织中病程相关蛋白基因MdPR1和MdPR5表达量相比对照均显著升高;处理后24h,MdPR1表达量达到最高,比对照分别提高了21.63倍;当处理后48h,MdPR5的表达量达到最高,比对照提高了18.51倍,这说明马胃葡萄球菌F1可诱导苹果组织中病程相关蛋白基因上调表达,从而提高寄主对病害的抗性。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
序列表
<110> 青岛农业大学
<120> 一株马胃葡萄球菌及其在防治果蔬灰霉病上的应用
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1431
<212> DNA
<213> 马胃葡萄球菌F1的16S rDNA(16S rDNA of Staphylococcus equorum F1)
<400> 1
tatacatgca agtcgagcga acggataagg agcttgctcc tttgaagtta gcggcggacg 60
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ttgtaacacc cgaagccggt ggagtaacca tttatggagc tagccgtcga a 1431
Claims (8)
1.一株马胃葡萄球菌,其特征在于,被命名为马胃葡萄球菌(Staphylococcusequorum)F1,其保藏号为CGMCC No.21658。
2.一种利用如权利要求1所述的马胃葡萄球菌制备的生防菌剂,其特征在于:所述生防菌剂是马胃葡萄球菌F1的菌体、菌悬液、发酵滤液或其活性提取物。
3.如权利要求1所述的马胃葡萄球菌或如权利要求2所述的生防菌剂在防治果蔬灰霉病上的应用。
4.根据权利要求3所述的应用,其特征在于,所述的马胃葡萄球菌在抑制灰霉病菌菌丝生长和灰霉病菌孢子萌发上的应用。
5.一种如权利要求2所述的生防菌剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、将权利要求1所述的马胃葡萄球菌F1划线接种在固体培养基中,活化培养得到活化的单菌落;
S2、将活化的马胃葡萄球菌F1单菌落接种于液体培养基中,震荡培养得到发酵种子液;
S3、将发酵种子液接种到液体培养基中扩大培养,得到马胃葡萄球菌F1的细胞培养液;
S4、将上述细胞培养液进行离心分离得到菌体沉淀后,用无菌水是菌体沉淀重新悬浮,得到的马胃葡萄球菌F1的菌悬液,即生防菌剂。
6.根据权利要求5所述的生防菌剂的制备方法,其特征在于,所述固体培养基为PDA培养基,所述液体培养基为PDB培养基。
7.一种果蔬保鲜剂,其特征在于,有效成分为如权利要求1所述的马胃葡萄球菌。
8.一种果蔬保鲜方法,其特征在于,该方法为:将果蔬浸泡在如权利要求7所述的果蔬保鲜剂中,或者将权利要求7所述的果蔬保鲜剂向果蔬表面进行喷洒。
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