《MycoKeys》:Identification of endophytic
Trichoderma species (Hypocreaceae, Hypocreales) and their application against leaf blight of host
Platycladus orientalis
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針對古側(cè)柏葉枯病(由Alternaria spp.引起)缺乏有效生物防治劑的問題,研究人員從北京古側(cè)柏中分離鑒定出四種內(nèi)生木霉菌(Trichoderma spp.),包括一個新種T. platycladi。通過平板拮抗試驗和溫室盆栽試驗,證實這些木霉菌株能顯著抑制葉枯病原菌(A. alternata和A. cantlous),并對葉枯病具有顯著防治效果,其中T. nordicum CGMCC3.28772效果最佳。該研究為古樹名木病害的綠色防控提供了重要的菌種資源和理論基礎(chǔ)。
側(cè)柏,這種原產(chǎn)于中國的常綠針葉樹,不僅生命力頑強、壽命悠長,更因其象征著吉祥與長壽而被廣泛種植于宮殿、寺廟和公園等歷史文化勝地。北京擁有中國數(shù)量最多的古樹,其中古側(cè)柏多達22,570株,占全市古樹總數(shù)的55.69%,堪稱“活的文物”。然而,這些歷經(jīng)滄桑的古樹,在進入“過熟”階段后,生理功能和抗逆性下降,加之城市人為干擾,導(dǎo)致病害風(fēng)險顯著增加。在這些病害中,由鏈格孢屬真菌(Alternaria spp.)引起的葉枯病最為常見,可導(dǎo)致葉片和枝條大面積枯死,嚴重威脅著古側(cè)柏的健康與存活。盡管早在1922年就有相關(guān)病害記錄,但長期以來,針對該病害的綠色、高效的生物防治劑(Biocontrol Agents)篩選與應(yīng)用研究尚屬空白。
在此背景下,來自北京林業(yè)大學(xué)等單位的研究人員開展了一項旨在“發(fā)掘”古樹自身防御潛能的研究。他們猜想,既然病原菌能侵染植物,那么是否也存在一些有益微生物,它們“居住”在健康的植物組織內(nèi)部(即內(nèi)生菌),能夠幫助宿主抵抗病害呢?如果從古側(cè)柏自身分離出這樣的有益菌,它們可能對同源的病原菌具有更強的適應(yīng)性和抑菌效果。于是,研究團隊將目光投向了木霉屬(Trichoderma)真菌。木霉是自然界中分布廣泛的一類重要真菌,許多種類已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè),作為生物殺菌劑來防治植物病害,被譽為植物病害生物防治的“明星”菌種。為了填補古側(cè)柏葉枯病生物防治的空白,研究人員從北京的古側(cè)柏中分離內(nèi)生木霉菌,并評估其對葉枯病的防治潛力,相關(guān)成果發(fā)表在真菌學(xué)期刊《MycoKeys》上。
為開展此項研究,作者主要應(yīng)用了以下幾項關(guān)鍵技術(shù):首先,從北京中山公園、法海寺、勞動人民文化宮的古側(cè)柏健康組織中分離純化真菌。其次,結(jié)合菌落和顯微形態(tài)特征,以及基于內(nèi)部轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)(ITS)、翻譯延伸因子1-α(tef1-α)和RNA聚合酶Ⅱ第二大亞基(rpb2)三個基因位點的多基因系統(tǒng)發(fā)育分析,對分離到的木霉菌株進行精確鑒定。接著,采用平板對峙培養(yǎng)法,測定代表性木霉菌株對主要葉枯病原菌(Alternaria alternata和A. cantlous)的拮抗作用。最后,通過溫室盆栽試驗,在一齡側(cè)柏苗上模擬接種,系統(tǒng)評估了不同木霉菌株在不同接種時序下對葉枯病的實際防治效果。
研究結(jié)果
Phylogenetic analysis (系統(tǒng)發(fā)育分析)
基于ITS、tef1-α和rpb2基因聯(lián)合數(shù)據(jù)集的系統(tǒng)發(fā)育樹顯示,分離到的木霉菌株分別歸屬于三個不同的系統(tǒng)發(fā)育分支(Clade)。其中,菌株CGMCC3.28769和CGMCC3.28770在哈茨木霉分支(Harzianum clade)內(nèi)形成了一個獨立的新支;菌株CGMCC3.28773與已知種T. citrinoviride共同位于長枝木霉分支(Longibrachiatum clade);菌株CGMCC3.28771和CGMCC3.28772則分別與T. obovatum和T. nordicum聚集在深綠木霉分支(Atroviride clade)內(nèi)。這為后續(xù)的物種鑒定提供了分子依據(jù)。
Taxonomy (分類學(xué))
通過詳盡的形態(tài)學(xué)比較和上述系統(tǒng)發(fā)育分析,研究人員最終明確了四種植物的身份:重新分離到了已知種桔綠木霉(T. citrinoviride),并首次從側(cè)柏上報道了T. nordicum和T. obovatum這兩個物種(即新宿主記錄)。而菌株CGMCC3.28769和CGMCC3.28770則被確定為一個全新的物種,根據(jù)其宿主來源,將其命名為T. platycladi。該新種的形態(tài)特征包括金字塔狀的分生孢子梗、燒瓶狀至鉆狀的瓶梗、以及球形至倒卵形的分生孢子等。
Plate antagonism test (平板拮抗試驗)
對峙培養(yǎng)試驗結(jié)果顯示,四種木霉的代表性菌株對兩種主要葉枯病原菌A. alternata和A. cantlous均表現(xiàn)出顯著的抑制效果。從接種第二天(針對A. alternata)或第三天(針對A. cantlous)開始,病原菌在木霉存在下的菌落直徑增長就受到顯著抑制。培養(yǎng)至第五天時,T. platycladi、T. citrinoviride、T. obovatum和T. nordicum對A. alternata的抑制率分別為52.30%、45.39%、53.29%和55.92%,對A. cantlous的抑制率分別為53.95%、50.33%、55.26%和60.53%。其中,T. nordicum CGMCC3.28772的拮抗作用最強,T. citrinoviride CGMCC3.28773的抑制效果相對最弱。
Evaluation of control efficacy (防治效果評估)
溫室盆栽防治試驗進一步驗證了木霉菌的實際生防潛力。試驗設(shè)置了三種處理:木霉菌在病原菌接種前一天施用(防治效果最佳)、同時施用、以及在病原菌接種后一天施用。結(jié)果表明,所有四種木霉菌處理都對葉枯病產(chǎn)生了顯著的控制效果。當(dāng)木霉菌先于病原菌接種時,相對防治效果均超過75%;即使在病原菌接種后才施用木霉菌,相對防治效果也仍能超過50%。在不同菌株的比較中,T. nordicum CGMCC3.28772在相同接種條件下 consistently(一致地)表現(xiàn)出最低的病情指數(shù)和最高的相對防治效果,被證明是防治側(cè)柏葉枯病最具潛力的生防菌株。
研究結(jié)論與意義
本研究首次系統(tǒng)地從北京古側(cè)柏中分離、鑒定出包括一個新種(T. platycladi)在內(nèi)的四種內(nèi)生木霉菌,豐富了側(cè)柏內(nèi)生真菌的多樣性,其中T. nordicum和T. obovatum為首次在該宿主上報道。平板拮抗和溫室防效試驗均證實,這些內(nèi)生木霉菌株能有效抑制導(dǎo)致古側(cè)柏葉枯病的主要病原菌(A. alternata和A. cantlous),并對病害具有顯著的防治效果,且以T. nordicum CGMCC3.28772的潛力最大。研究還發(fā)現(xiàn),在病原菌入侵前預(yù)先施用木霉菌,能獲得最佳防治效果,這可能是由于木霉能夠快速在葉片定殖并提前建立優(yōu)勢種群,從而搶占生態(tài)位,延緩病害發(fā)生。
這項研究的成功開展具有多重重要意義。在實踐層面,它為解決古側(cè)柏這一重要文化遺產(chǎn)和生態(tài)資源的葉枯病難題,提供了具體、高效且環(huán)境友好的生物防治候選菌株(特別是T. nordicum CGMCC3.28772),為開發(fā)針對古樹病害的專用生物農(nóng)藥產(chǎn)品奠定了關(guān)鍵的菌種基礎(chǔ)。在科學(xué)層面,研究不僅發(fā)現(xiàn)并描述了一個木霉屬新物種,拓展了該屬真菌的物種多樣性,也印證了“從宿主自身尋找生防菌”這一策略的有效性。內(nèi)生菌對其原生宿主具有更強的適應(yīng)性,作為生防劑可能更具優(yōu)勢。該成果為其他古樹及重要林木病害的生物防治研究提供了可借鑒的思路與方法范例,有助于推動林木病害的綠色可持續(xù)治理,對于保護生物多樣性、傳承歷史文化景觀具有積極的價值。