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Isolation, identification and optimization of growth conditions of endophytic fungi of Bjerkandera adusta in pepper

  • OU Mingyun ,
  • SONG Min ,
  • HE Jia ,
  • FENG Siyan ,
  • HU Xiuhong
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  • School of Life and Health Science, Kaili University, Kaili 556011, China

Received date: 2024-10-28

  Online published: 2025-03-13

Abstract

The endophytic fungi was isolated and screened from pepper variety Yangjiaojiao, and identified by morphological observation and sequence analysis. The effects of different carbon sources (glucose, maltose, sucrose, lactose and soluble starch), nitrogen sources (ammonium chloride, ammonium sulfate, potassium nitrate, yeast extract and peptone), accelerators (Tween-80 and oleic acid), and pH (5.0-12.0) on the growth of this strain were investigated. The results showed that the front side of the endophytic fungi mycelium isolated from the pepper was white fluffy-like, no pigment production, air growth and loose texture. Septate, spore-bearing oval, apical obtuse; The gene sequence size was about 515 bp, and it was on the same branch as Bjerkandera adusta, which can be preliminarily identified as Bjerkandera adusta and named Bjerkandera adusta LJ-1. The optimal carbon source for the growth of the bacteria was sucrose, the optimal nitrogen source was yeast extract, the optimal accelerator was oleic acid, and the optimal pH was 6.0-8.0. Under the above conditions, the mycelium growth rate was ideal and showed a good growth state. The results provide a reference for further study of Bjerkandera adusta.

Cite this article

OU Mingyun , SONG Min , HE Jia , FENG Siyan , HU Xiuhong . Isolation, identification and optimization of growth conditions of endophytic fungi of Bjerkandera adusta in pepper[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2025 , 31(5) : 18 -22 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.05.005

烟管菌(Bjerkandera adusta),又称黑管菌,属担子菌纲(Basidiomycetes)多孔菌目(Polyporales)多孔菌科(Polyporaceae)烟管菌属(Bjerkandera),是一种木腐型真菌[1]。多数大型真菌的子实体不易被病菌或昆虫侵袭[2],且受伤后的子实体能产生大量具有抗菌、杀虫等效果的活性代谢产物[3],可作为生物防治植物病虫害的重要资源。Dománski等[4]研究表明,烟管菌可有效防治在栎树上发生的褐腐病。汪华等[5]和张旭辉[6]报道指出,烟管菌对纹枯病菌、黄萎病菌和青枯病菌等具有较好的防治效果,以该菌株制备的散粒剂可以防治番茄青枯病、立枯病,棉花根腐病、黄萎病以及西瓜根腐病等。
近年来,相关研究表明烟管菌对番茄灰霉病菌[7]、柑橘炭疽病菌[8]、小麦赤霉病菌[9]、西瓜蔓枯病菌[10]和油菜菌核病菌[11]等植物病原菌均有良好的抑制作用。基于此,本研究从贵州地区的植物辣椒中分离、筛选并鉴定出一株烟管菌,探究不同碳源、氮源、促进剂及pH对该菌株生长的影响,为进一步开发防治多种植物病害的生物制剂提供菌种资源。

1 材料与方法

1.1 试验材料

PDA培养基(分析纯,北京奥博星生物技术有限责任公司);羊角椒,采购于贵州省黔东南州凯里经济开发区农贸市场。
SPX-150B-Z型生化培养箱(上海博迅实业有限公司医疗设备厂);SW-CJ-2D型双人净化工作台(上海苏净实业有限公司);BGZ-246型电热鼓风干燥箱和LDZX-50kbs型立式压力蒸汽灭菌器(上海申安医疗器械厂);光学显微镜和倒置光学显微镜(日本OlympusPCR);Gel DOC XT凝胶成像系统仪 (美国BIO-RAD)。

1.2 试验方法

1.2.1 菌株的分离纯化

无菌条件下,将洗净的新鲜羊角椒切成小块(5 mm×5 mm),依次放入1%次氯酸钠溶液中30 s后取出吸干,再放入75%乙醇中消毒20 s,最后用无菌水漂洗3次,吸干表面水分。将消毒好的辣椒组织小块呈“品”字形置于PDA固体培养基中,放入恒温培养箱于28 ℃培养3~5 d。待菌落长出后,从中选取典型的白色单菌落进行多次划线分离培养,直至获得纯菌种。

1.2.2 菌株的分类鉴定

观察平板培养中的菌株菌落形态特征,测定其生长速率,于显微镜下观察其孢子及菌丝形态特征。按照SK8259试剂盒操作步骤提取真菌基因组DNA,采用真菌通用引物ITS1/ITS4进行PCR扩增。引物序列:ITS(5’-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3’)和ITS4(5’-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3’),由上海生工合成。扩增体系为25 μL:10×PCR Buffer 5 μL,50 mmol/L MgSO4 5 μL,10 mmol/L dNTP 2 μL,5 U/μL TaqDNA酶0.5 μL,正反向引物(10 μmol/L ITS1和ITS4)各1 μL,DNA模板1.0 μL,ddH2O 9.5 μL。PCR反应程序设定:预变性 95 ℃,5 min;变性94 ℃,30 s,退火57 ℃,30 s,延伸72 ℃,90 s,30个循环;后延伸 72 ℃,10 min,4 ℃保存。
PCR扩增产物通过1%琼脂糖凝胶电泳检测。将PCR反应产物纯化后送上海生工生物工程股份有限公司进行测序。使用NCBI数据库GenBank中的BLAST对测序所获的ITS序列进行同源性比对,下载数据库中相似度较高的同源序列,通过MEGA 5.0软件采用Neighbor-joining法(检验值Bootstap为1 000)构建系统发育树[12-13]

1.2.3 菌株生长条件优化

参照文献[14]将菌种活化后,加入2 mL/L的吐温-80孢子洗脱液,以接种环轻刮菌落表面反复吹打,之后将洗脱液保存在离心管中,使用血细胞计数板计数,再用孢子洗脱液将浓度调至1×106/mL,备用。以碳源、氮源、促进剂及pH为考察因素,探讨不同碳源(葡萄糖、麦芽糖、蔗糖、乳糖及可溶性淀粉)、氮源(氯化铵、硫酸铵、硝酸钾、酵母膏和蛋白胨)、促进剂(吐温-80和油酸)及pH(5.0~12.0)条件下菌株的生长情况。配制不同的真菌液体培养基时,分别将基础培养基中的20 g葡萄糖换算成有效成分含量相当的其他碳源、氮源或促进剂物质,调节pH,添加20 g/L琼脂粉制成固体培养基;以不添加任何碳源或氮源物质的培养基为对照组。平板接种后置于培养箱中28 ℃培养,并开始每天对不同生长条件下的菌丝生长速度进行测量,直至菌丝长满整个平皿,平行试验3次。

1.3 数据处理

利用Excel软件进行数据处理,用GraphPad Prism 5 软件进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 菌株的形态特征

将纯化获得的菌株编号为LJ-1,该菌在PDA培养基上生长较快,培养第1天菌落直径为17~18 mm,第2天菌落直径为41~45 mm,第3天菌落直径为72~74 mm;菌落整体呈圆形,菌丝正面白色绒毛状,无色素产生,气生生长,质地疏松(图1A~B);显微镜下菌丝具有隔膜,担孢子椭圆形,顶端钝圆(图1C)。
图 1 LJ-1的形态特征

(A)菌株LJ-1在PDA平板上的正面菌落形态;(B)反面菌落形态;(C)100×倍油镜下的菌丝和孢子形态。

2.2 菌株的分子生物学鉴定

经测序,菌株LJ-1的基因序列大小约为515 bp。由图2可知,LJ-1的基因序列与Bjerkandera adusta 在同一个分支上,亲缘关系最近,序列相似性为82%,与Trichoderma harzianum亲缘关系最远。初步判断LJ-1菌株可能为Bjerkandera adusta,并命名Bjerkandera adusta LJ-1。
图2 菌株LJ-1序列的系统发育树

2.3 菌株的生长条件优化

2.3.1 碳源

图3可知,同一菌株在不同碳源条件下的菌丝生长速度有所不同。当蔗糖为碳源时,菌株菌丝生长速度最快,平均为2.27 cm/d,当葡萄糖、麦芽糖和可溶性淀粉为碳源时,菌丝生长速度较快,分别为2.17、2.10和2.04 cm/d;当乳糖为碳源时,菌丝生长速度较慢,平均为1.58 cm/d,与蔗糖碳源组差异具有统计学意义(P<0.05)。由此可知,菌株在固体培养基中生长的最适碳源为蔗糖。
图3 5种不同碳源固体培养基中菌丝的生长速度

A对照;B葡萄糖;C蔗糖;D麦芽糖;E乳糖;F可溶性淀粉;不同小写字母表示处理间差异在0.05水平具有统计学意义。

2.3.2 氮源

以酵母膏和蛋白胨为氮源时,菌株在固体培养基中菌丝生长速度较快,分别为2.41和1.97 cm/d,且两者的菌丝长势均致密均匀;其次为硝酸钾和硫酸铵,平均生长速度分别为1.77和1.74 cm/d,但前者菌丝长势不良,菌丝体较稀疏,而后者菌丝长势均匀且密集;以氯化铵为氮源时,菌丝生长速度最慢,为1.09 cm/d,长势较好,菌丝较均匀。酵母膏组、氯化铵组与对照组差异具有统计学意义(P<0.05)。综合菌丝生长速度和生长势可知,菌株生长最适氮源为酵母膏(图4)。
图4 5种不同氮源固体培养基中菌丝的生长速度

A对照;B硫酸铵;C硝酸钾;D氯化铵;E蛋白胨;F酵母膏。

2.3.3 促进剂

图5可知,同一菌株在不同促进剂处理下的菌落生长速度有所不同,在以油酸为促进剂的固体培养基中菌丝平均生长速度较快,为2.26 cm/d,菌丝长势较好,致密均匀;在以吐温-80为促进剂的固体培养基中菌丝平均生长速度较慢,为1.77 cm/d,菌丝长势稀疏。综合可知,菌株生长最适促进剂为油酸。
图5 2种不同促进剂固体培养基中菌丝的生长速度

A对照;B 吐温-80;C油酸。

2.3.4 pH

图6可知,在pH 5.0~12.0的固体培养基上,菌株LJ-1具备一定的生长能力。但其长势以及生长速度存在一定的差异。在pH 6.0时,菌丝生长速度较快,为1.61 cm/d,但菌丝生长较稀疏不均匀;在pH为10.0时,菌丝生长速度为1.59 cm/d,菌丝生长致密均匀;pH为5.0和9.0时,菌丝生长速度分别为1.54和1.52 cm/d,菌丝的分布极为稀疏且不均匀。在pH为11.0时,菌丝生长速度为1.56 cm/d,菌丝长势较好且致密均匀;pH为12.0时,菌丝生长速度较慢,为1.50 cm/d,菌丝长势不均匀,有的区域仅有少量菌丝勉强生长,而大片的区域则完全没有菌丝的踪迹。与对照组相比,不同pH组间生长速度差异无统计学意义(P>0.05)。综合考量菌丝的生长速度以及长势情况,确定该菌株生长的最适pH为 6.0~8.0。在这个pH范围内,菌丝生长速度较为理想,且呈现出良好的长势状态。
图6 不同pH固体培养基中菌丝的生长速度

A pH 5.0;B pH 6.0;C pH 7.0;D pH 8.0;E pH 9.0;F pH 10.0; G pH 11.0;H pH 12.0。

3 结论与讨论

蔡文韬[15]从辣椒果肉中分离获得一株解淀粉芽孢杆菌,发现该菌株对辣椒疫霉病菌、辣椒黑霉病菌及辣椒炭疽病菌3种病原菌均有明显的抑制作用。朱晓琴等[16]成功从辣椒内生菌中筛选出1株解淀粉芽孢杆菌SQ6菌株,该菌株对胶孢炭疽菌呈现出明显的抑制作用。本研究从健康新鲜辣椒中分离获得了1株内生真菌,经形态学和分子生物学鉴定,初步确定该真菌为烟管菌,拓宽了辣椒内生菌的种类。内生菌来源不同、种属不一,所需的营养成分有所不同;其生长的环境条件不同,导致各内生菌的代谢途径及产物、功能活性也必然存在差异[6817]。因此,本研究从碳源、氮源、促进剂及pH几个因素探究了烟管菌 LJ-1生长的最佳条件,发现该菌生长的最适碳源是蔗糖,能够为其生长提供充足的能量来源;最适氮源为酵母膏,为其生命活动提供关键的营养支持;最适促进剂是油酸,可有效促进其生长发育;最适 pH为6.0~8.0,在此条件下,其能够良好地生长繁殖。
综上,本研究通过菌株的分离纯化与鉴定,成功从辣椒上分离获得了1株内生真菌,命名为烟管菌LJ-1;该菌的最适碳源、氮源和促进剂分别为蔗糖、酵母膏和油酸,最适pH为6.0~8.0。研究结果为辣椒内生菌烟管菌的深入研究提供了参考,也为进一步探索其生物学特性和应用价值奠定了基础。
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