基本信息
- 项目名称：
- 一种高效的大豆疫病防治菌剂
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 大豆疫霉根腐病（Phytophthora root rot）已成为大豆生产上的头号病害，每年造成巨大经济损失。防治方法目前主要是化学防治，其中使用最多的是药剂甲霜灵（Metalaxy）。但由于甲霜灵对病菌的作用位点单一，病原菌容易对其产生抗性突变，防治效果日渐低下。本作品筛选大豆疫霉的拮抗菌株，以期利用生物防治手段，控制大豆疫霉对大豆生产的破坏作用，为大豆产业的平稳发展提供保证。
- 详细介绍：
- 从大豆根围土壤样本中分离获得523株分离物，共筛选获得拮抗大豆疫霉的细菌拮抗菌株57株，放线菌拮抗菌株22株，真菌拮抗菌株5株，占所分离细菌总数的16.1%。其中，分离到的一株拮抗效果相对最好的细菌，命名为B048菌株。经形态学和16S rDNA序列分析，初步鉴定该拮抗细菌为短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)。 对峙实验显示，拮抗细菌B048菌株对大豆疫霉的生长抑制率达97.5%；拮抗持久力测定显示，在与大豆疫霉对峙培养21d时抑菌带宽度仍达20.0mm；在盆栽试验中，B048对大豆疫病的防治效果为100.0%。B048的粗蛋白经100℃，1h处理后，仍是常温处理下抑菌直径的89.3%，对高温具有一定的耐受性，但经121 ℃、20 min处理后，B048粗蛋白完全失去抑菌活性。综合成本因素和培养效果，以玉米粉为碳源, 以豆粕为氮源, 无机盐离子NaCl，并进行3因素3水平的正交试验, 初步得到了适合摇瓶条件下生防菌菌株发酵的液体培养基配方为:玉米粉5 g/L、豆粕15g/L、NaCl 10g/L ; 最适培养条件为: 初始pH值为7.5, 培养温度为28 ℃, 250 mL 摇瓶装液量为150mL, 培养时间为48h, 转速为150r/min。并通过初步试验得到制备成菌剂的剂型选择结果及固体发酵条件的优化方案。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.基本思路 本作品首先通过从土壤中筛选对大豆疫霉的生长有抑制作用的菌株，再对各菌株的抑制效果作出评价，得到效果最优的菌株。然后对所筛选菌株进行形态学和分子生物学鉴定，并定名为Bacillus pumilus B048。再筛选得到较为优化的发酵配方，研制控制大豆疫病的生物菌剂。 2.创新点 为了可持续地控制大豆疫病，避免大豆疫病因单一的化学防治而过快地产生抗药性，生物防治已成为大豆疫病防治的重要研究领域。作者从大豆疫霉生存的土壤中筛选具有高拮抗活性和易定殖的生物防治菌株，并对其进行形态学和分子生物学鉴定，且提取其产生的拮抗物质进行了初步的理化特性研究，并通过对培养基成分和配方的筛选与优化，得到实验室阶段的大豆疫病防治菌剂样品，为开发出新型的农药提供研究基础。 3.技术关键 拮抗菌株的筛选与鉴定，有效成分的理化性质研究，发酵培养基配方筛选和培养条件的优化。 4.主要指标 大豆疫病防治菌剂为灰褐色粉末，主要成分为短小芽孢杆菌及有机物质，活菌含量为100亿cfu/g，细度≥80目，水份≤8%；繁殖能力快、形成芽孢多、抗逆环境强，室内盆栽对大豆疫病的控制率为100%。
科学性、先进性
- 目前大豆疫霉根腐病的主要防治措施包括:应用抗耐病品种及化学防治。在应用抗耐病品种时，由于病原菌小种的变异而使抗耐病品种的抗性丧失。化学防治中使用最多的药剂是甲霜灵。但由于甲霜灵的作用位点单一，病原菌容易对其产生抗性突变。而依据生物的种间关系提出利用生物因子对大豆疫病进行生物防治是比较先进的理论，且生物防治无污染，效果好，控效久的特点必将取代单一的化学药剂防治方法。本作品从土壤中筛选拮抗菌作为大豆疫病的生防因子，为可持续地控制大豆疫病奠定了一定基础。 在大豆疫病的防治中，还没有利用生物因子控制大豆疫病的报道，我们筛选的一个细菌菌株B048对大豆疫霉的拮抗活性达到了97.50%。在对峙培养21 d时，B048仍具有抑菌作用，抑菌带宽仍为20.0mm，说明菌株B048对大豆疫霉有较持久的拮抗能力。盆栽试验结果表明，处理3d后，对照植株部分开始发病，5天时全部发病，7天时全部死亡。而用拮抗细菌B048处理的植株7天时仍没有发病。说明拮抗细菌B048对大豆疫病的发生具有很好的控制作用。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 专利申请，公司合作。
作品可展示的形式
- 模型、样品。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1、技术特点和优势 （1）生产上：固体发酵技术, 培养基是豆粕、麸皮等，发酵原料成本经济。 （2）施用上：大豆疫病防治菌使用方法为播种前施于土壤中或浸种，施用方法简单，而且为一个生产季节一次施用即可，省时省力且施用成本低。 2、推广前景 大豆疫病防治菌的推广优势：环境友好、防治效果好、价格低（大豆疫病防治菌剂每kg生产成本不到1元）、防治方法简单（为一个生产季节一次施用即可） 3、市场分析和经济效益预测 大豆疫病防治菌剂具有投资小、成本低、市场广，效益高的特点。 （1）投资小：大豆疫病防治菌剂生产投资小，五万元就可以购齐一套生产设备进行生产，年产菌剂可达5万kg。 （2）成本低：大豆疫病防治菌剂生产材料主要为豆粕、玉米渣等下脚料，每kg生产成本不到1元，而且生产周期只要7－10天，资金周转快。 （3）市场广：大豆疫霉生物防治菌剂作为一种主要防治菌剂或辅助药剂都将有巨大的市场。 （4）效益高：每个劳动力至少可管理一套生产设备，年产菌剂可达5万kg，年利润15万以上。
同类课题研究水平概述
- 生物防治技术作为具有广阔应用前景的手段，已逐渐成为学术热点，并取得了令人瞩目的成就，可以断言应用拮抗菌防治病害已成必然趋势，生物防治作为取代杀菌剂的有效方法也势在必行，但是利用拮抗菌防治病害在发展过程中也面临着各种各样的问题和挑战。 拮抗菌研究及商业化中存在的主要问题虽然许多种拮抗菌已被证实对病原菌具有防治作用，且拮抗菌应用于病害防治有很多优点，但到目前为止，进行商业化生产的拮抗菌却很少。拮抗菌在应用发展中面临着一些困难和问题，具体如下: 1、拮抗菌制剂的效果不稳定。拮抗菌制剂的生防作用的发挥与制备工艺、使用方法以及菌剂使用时温度、湿度、pH值等因素密切相关。所以，在拮抗菌制剂商业化过程中，一方面要继续加大对拮抗菌活性物质发酵工艺、提取与纯化方法等的研究;另一方面加大拮抗菌制剂发挥最佳作用条件的研究。 2、拮抗菌的抑菌谱窄。目前筛选的拮抗菌只对某类或某几类病原菌有拮抗作用，为推广应用拮抗菌进行生物防治，在继续筛选具有更广抑菌谱的拮抗菌的同时，需运用基因技术手段改造拮抗菌，使之具备更广的抑菌谱或者能与其它保鲜技术协同使用。 3、拮抗机理理论研究不够深入。尽管国内外已经提出了很多不同的拮抗菌作用机理，但关于采后果实表面微生物群落组成、种群动态及其与病原菌的关系及植物组织-病原体-拮抗菌三者之间的相互作用等的研究较少。诱导抗性认为是采后生物防治的一种作用机理，但是，我们对参与该作用诱导子的信息了解很少，以致我们无法在遗传上或生理上利用诱导子产生抗性。随着对拮抗菌生物防治理论的不断深入研究，可通过建立快速、有效的离体方式，筛选更为有效的拮抗菌，为拮抗菌的定向培育、改造及科学施用提供依据，同时不断加强拮抗机理的深入研究，深化对拮抗机理的认识，发现出更多的拮抗机理来阐明拮抗菌和病原真菌之间的关系。 4、生产成本过高。生防制剂发酵过程中有效抑菌活性物质分泌量普遍过低，且生产过程中污染严重，这些都使生产成本居高不下，同时产品研发周期过长，防治效果慢、抑菌谱较窄等间接导致生防制剂的生产成本过高。 5、生防制剂的应用单一。生物防治是系统工程，我们应加强生物防治技术方面研究的同时研究如何将生防制剂整合入采前采后联合生产与管理系统中。
