專利名稱:一種水稻根圍伯克氏菌及其在防治水稻紋枯病中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種細(xì)菌菌株,尤其涉一種水稻根圍伯克氏菌及其在防治水稻紋枯病 中的應(yīng)用。
背景技術(shù):
水稻作為一種重要的糧食作物,許多病害都能導(dǎo)致其嚴(yán)重減產(chǎn)。其中,由立枯絲核 菌引起的水稻紋枯病是一種毀滅性病害,在世界上水稻產(chǎn)區(qū)普遍發(fā)生,與稻瘟病、白葉枯病 和細(xì)條病構(gòu)成水稻四大病害。水稻紋枯病又稱“云紋病”,多在高溫高濕條件下發(fā)生。據(jù)統(tǒng) 計(jì),目前全國(guó)水稻紋枯病發(fā)病面積達(dá)1333. 33萬hm2以上,占水稻總栽種面積的40%。發(fā)病 水稻植株莖稈、葉鞘干枯至腐爛,不能抽穗,或抽穗的秕谷較多,結(jié)實(shí)率下降,粒重下降,甚 至植株倒伏。發(fā)病田塊一般導(dǎo)致24% -50%的經(jīng)濟(jì)損失。長(zhǎng)期大量使用農(nóng)藥造成自然生態(tài)環(huán)境污染及稻米農(nóng)藥殘留的問題已引起人們的 高度重視,迫切需要尋求一條安全防治水稻紋枯病的新途徑。生物防治以其無污染、無殘 留、無生態(tài)毒性和安全性好等優(yōu)點(diǎn)在植物病害的防治中發(fā)揮著越來越重要的作用。目前,包 括洋蔥伯克氏菌在內(nèi)的許多根圍細(xì)菌已被報(bào)道能抑制水稻紋枯病菌的生長(zhǎng)。洋蔥伯克氏菌廣泛分布于自然環(huán)境中,是一組表型相近、基因型不同的細(xì)菌群,稱 為洋蔥伯克氏菌群,簡(jiǎn)稱Bcc。它是一種廣泛存在于土壤、水和植物表面,與醫(yī)院感染病密切 相關(guān)的革蘭氏陰性細(xì)菌,20世紀(jì)50年代作為植物病原菌被認(rèn)識(shí)。Bcc菌具有多種生物學(xué)功 能,它既能作為生防菌有效防治多種植物土傳病害,如腐霉病害;同時(shí)也是一些植物的致病 菌,如可引起洋蔥鱗莖腐爛;此外Bcc中有些菌還是人體條件致病菌,如洋蔥伯克氏菌在醫(yī) 院可引起多種感染病。因此,利用洋蔥伯克氏菌菌株防治水稻紋枯病具有一定的潛在風(fēng)險(xiǎn), 有必要尋找一種更安全、高效的伯克氏菌應(yīng)用于防治水稻紋枯病。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一株防治水稻紋枯病的伯克氏菌R456,該菌株在離體試驗(yàn)中對(duì)水稻 紋枯病菌生長(zhǎng)有較強(qiáng)的抑制作用,在溫室和大田試驗(yàn)中,對(duì)水稻紋枯病也表現(xiàn)出較好的防 治效果。一株防治水稻紋枯病的伯克氏菌菌株,經(jīng)鑒定命名為伯克氏菌(Burkholderia SeminaliS)R456,保藏于位于武漢市珞珈山武漢大學(xué)的中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心(CCTCC), 保藏日期為2010年8月20日,保藏號(hào)為CCTCC NO =M 2010207。伯克氏菌R456主要表型及生物學(xué)特征如下在營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基上,30°C培養(yǎng)條件 下,菌落圓形、黃色、光滑、凸起、全緣。菌體革蘭氏染色陰性,嚴(yán)格需氧型,過氧化氫酶和氧 化酶都為陽性。用該菌株的細(xì)胞懸浮液接種煙葉,24h內(nèi)能夠?qū)е碌湫偷倪^敏性反應(yīng),但接 種水稻幼苗則不表現(xiàn)出明顯的病害癥狀。本發(fā)明還提供了一種含有上述伯克氏菌R456的菌懸液,制備該菌懸液可以選用 常用細(xì)菌培養(yǎng)基,優(yōu)選采用LB(即普通培養(yǎng)基,含酵母膏5g,蛋白胨10g,氯化鈉5g,瓊脂15 20g,水1000ml,PH 7. 4 7. 6)培養(yǎng)基,伯克氏菌R456含量?jī)?yōu)選為IO7 108CFU/ml, 可以直接應(yīng)用于防治水稻紋枯病。本發(fā)明伯克氏菌R456菌株在離體、溫室及田間試驗(yàn)中對(duì)水稻紋枯病菌的生長(zhǎng)有 較強(qiáng)的抑制作用,能有效防治水稻紋枯病。相對(duì)于其它洋蔥伯克氏菌,本發(fā)明伯克氏菌R456對(duì)水稻紋枯病菌生長(zhǎng)表現(xiàn)出更 好的抑制效果。此外,本發(fā)明伯克氏菌R456具有較低的蛋白酶活性,對(duì)離體洋蔥和水稻幼 苗無明顯致病性,適宜用作防治水稻紋枯病的生防菌,使用安全性較高。
圖1為依據(jù)本發(fā)明伯克氏菌R456和Bcc組成種的相關(guān)菌株的recA基因建立的分 子系統(tǒng)發(fā)育樹。圖2為本發(fā)明伯克氏菌R456和菌株B. cepacia LMG 1222τ接種到腦心浸液牛奶 培養(yǎng)基24h和48h后蛋白酶活性變化情況;圖3為本發(fā)明伯克氏菌R456不同接種時(shí)間對(duì)水稻紋枯病菌菌絲生長(zhǎng)的影響;圖4為本發(fā)明伯克氏菌R456對(duì)接種水稻紋枯病菌的水稻幼苗病害發(fā)生率的影 響;圖5為本發(fā)明伯克氏菌R456對(duì)接種水稻紋枯病菌的水稻幼苗病斑直徑的影響;
具體實(shí)施例方式菌株B. cepacia LMG 1222τ由比利時(shí)根特大學(xué)世界菌種保藏中心提供。伯克氏 菌R456和B. c印acia LMG 1222τ在營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基(即NA培養(yǎng)基,含牛肉浸膏l(xiāng)g,蛋白 胨5g,酵母膏2g,氯化鈉5g,蔗糖10g,瓊脂20g,水1000ml)上培養(yǎng),最適培養(yǎng)生長(zhǎng)溫度為 300C。水稻紋枯病菌分離自中國(guó)浙江省感病的水稻,該菌株為試驗(yàn)材料,無特異性要求,于 28 V下在馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基上培養(yǎng)。實(shí)施例1分離純化菌株從浙江省杭州市一塊水稻田采集水稻根際周圍10-20cm的表層土壤,裝入無菌聚 乙烯塑料袋中,封口。稱取土壤10g,加入裝有90ml無菌水的三角瓶中制得懸液,180r/min 震蕩30min,然后從所得懸液中吸取5ml加入有45ml無菌水的三角瓶中,依次梯度稀釋到第 5個(gè)三角瓶為止,得到IO-1UO-2UO-3UO-4和ΙΟ"5的稀釋液。分別取100 μ 1 10_4和ΙΟ"5的稀 釋液涂布于營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中,每個(gè)稀釋度重復(fù)3次,置于30°C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48h后, 挑取培養(yǎng)特征相異的單個(gè)菌落,經(jīng)培養(yǎng)純化后作為供試菌株。通過供試菌株對(duì)水稻紋枯病 菌的抑菌圖實(shí)驗(yàn),篩選出抑菌效果最好的一株菌株。該菌株在營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基上,30°C培養(yǎng)條件下,菌落圓形、黃色、光滑、凸起、全緣。 菌體革蘭氏染色陰性,嚴(yán)格需氧型,過氧化氫酶和氧化酶都為陽性。用該菌株的細(xì)胞懸浮 液接種煙葉,24h內(nèi)能夠?qū)е碌湫偷倪^敏性反應(yīng),但接種水稻幼苗則不表現(xiàn)出明顯的病害癥 狀,如下對(duì)該菌株進(jìn)行鑒定。實(shí)施例2脂肪酸鑒定具體試驗(yàn)方法如下1、將菌株置于28°C下,在胰化酪蛋白大豆瓊脂培養(yǎng)基(含胰酪化蛋白胨15g,大
4豆蛋白胨5g,氯化鈉5g,瓊脂15g,水1000ml)上培養(yǎng)24h ;2、使用脂肪酸鑒定系統(tǒng)MIDI測(cè)定上述菌株的脂肪酸組成;3、根據(jù)測(cè)定的菌株脂肪酸組成與MIDI鑒定數(shù)據(jù)庫TSBA50 5. 00版本的對(duì)比來鑒
定菌株。根據(jù)微生物脂肪酸鑒定系統(tǒng)的指導(dǎo)手冊(cè),相似值達(dá)到0. 6以上的說明匹配度好, 而相似值在0. 4-0. 6的說明二者并非同一個(gè)種。與微生物脂肪酸鑒定系統(tǒng)中需氧細(xì)菌數(shù)據(jù) 庫中的種對(duì)比,發(fā)現(xiàn)該菌株與Burkholderiagladioli的相似值為0. 72,與洋蔥伯克氏菌的 相似值為0. 56。實(shí)施例3 Biolog碳源利用鑒定利用Biolog法檢測(cè)了菌株對(duì)碳源的利用率,具體方法如下將菌株置于胰化酪蛋 白大豆瓊脂培養(yǎng)液中,在28°C條件下培養(yǎng)24h,利用Biolog革蘭氏陰性板檢測(cè)了該菌株對(duì) 碳源的利用率,并將結(jié)果與Biolog鑒定數(shù)據(jù)庫GN 4. 01進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明該菌株可以利用乳糖和蜜二糖,鑒定該菌株為洋蔥伯克氏菌,相似指數(shù) 達(dá)到0. 65。實(shí)施例4 recA基因系統(tǒng)分析對(duì)該菌株和已發(fā)表的38個(gè)Bcc種的recA基因進(jìn)行了系統(tǒng)性分析,用MEGA軟件4. O 版本中的臨位連接法建立分子系統(tǒng)發(fā)育樹并進(jìn)行分子進(jìn)化分析,銅綠假單胞用做外群。通過對(duì)recA全基因序列分析,我們將該菌株與GenBank中已收錄的Bcc其他已知 種進(jìn)行了對(duì)比。系統(tǒng)發(fā)育分析表明該菌株和B. seminalis聚集在同一組群內(nèi)而與Bcc的其 他種相互分離(見圖1),上述分析都表明該菌株是B. seminalis的成員之一,名為伯克氏菌 (B. Seminalis) R456。保藏于位于武漢市珞珈山武漢大學(xué)的中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心 (CCTCC),保藏日期為2010年8月20日,保藏號(hào)為CCTCC NO M 2010207。實(shí)施例5伯克氏菌R456和B. c印acia LMG 1222τ對(duì)離體洋蔥和水稻幼苗的致病 性本試驗(yàn)檢測(cè)了伯克氏菌R456和B. c印acia LMG 1222τ對(duì)離體洋蔥和水稻幼苗的 致病性,具體試驗(yàn)方法如下1、將洋蔥片放置在培養(yǎng)皿中,用滅菌的吸管尖端在洋蔥鱗片內(nèi)側(cè)刺成傷口,并接 種上5μ 1經(jīng)營(yíng)養(yǎng)瓊脂液體培養(yǎng)基過夜培養(yǎng)的菌株懸浮液(107CFU/ml);2、將接種過的洋蔥片置于30°C下培養(yǎng)5d ;3、用牙簽針刺檢測(cè)洋蔥片的腐爛程度,并記錄;4、伯克氏菌R456和B. cepacia LMG 1222τ的接種試驗(yàn)各重復(fù)3次,對(duì)照試驗(yàn)用等
量營(yíng)養(yǎng)瓊脂液體培養(yǎng)基進(jìn)行接種。同樣,用針刺接種的方法檢測(cè)了伯克氏菌R456和B. cepacia LMG1222T對(duì)水稻幼 苗的潛在致病性。試驗(yàn)結(jié)果表明菌株B. c印acia LMG 1222τ能夠?qū)е码x體洋蔥鱗莖腐爛,而伯克 氏菌R456對(duì)離體洋蔥的致病性較弱,這與前人研究結(jié)果一致,在中國(guó)引起洋蔥球莖內(nèi)部細(xì) 菌性腐爛病的病原菌為洋蔥伯克氏菌。然而在接種水稻幼苗的試驗(yàn)中,伯克氏菌R456和 B. cepacia LMG 1222τ都不能導(dǎo)致水稻幼苗產(chǎn)生明顯的病害癥狀。
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實(shí)施例6伯克氏菌R456和B. c印acia LMG 12221蛋白酶活性檢測(cè)許多研究已發(fā)現(xiàn),蛋白酶活性高低與洋蔥伯克氏菌的致病能力有關(guān)。蛋白酶活性 高,則潛在致病能力強(qiáng),對(duì)植物具有一定的風(fēng)險(xiǎn);蛋白酶活性低,則潛在致病能力弱,對(duì)植物 的風(fēng)險(xiǎn)低或不具有風(fēng)險(xiǎn)。通過以下方法檢測(cè)了伯克氏菌R456和B. cepacia LMG 1222τ的蛋白酶活性用 滅菌牙簽分別將這兩株菌株接種到腦心浸液牛奶瓊脂培養(yǎng)基上,在30°C培養(yǎng)條件下,接種 24h和48h后,通過測(cè)量接種位置周圍水解空白區(qū)域的直徑來檢測(cè)菌株產(chǎn)蛋白酶的活性,直 徑越大,產(chǎn)蛋白酶活性越高。每個(gè)處理重復(fù)4次,整個(gè)試驗(yàn)重復(fù)2次。腦心浸液牛奶瓊脂培養(yǎng)基根據(jù)以下方法配制1、溶解18. 5g的腦心浸液和7. 5g的瓊脂于400ml的水中;2、備好IOOml 15%濃度的脫脂乳;3、將分開滅過菌的兩種溶液在60°C下混合,每個(gè)培養(yǎng)皿中倒入IOml培養(yǎng)基。試驗(yàn)結(jié)果表明接種24h后,菌株B. cepacia LMG 1222τ在腦心浸液牛奶瓊脂培養(yǎng) 基上圍繞菌落形成的水解區(qū)域直徑為0. 5mm,而伯克氏菌R456則未形成可見的水解區(qū)域; 接種48h后,前者水解區(qū)域直徑為2. 3mm,后者的為0. 8mm(見圖2)。研究結(jié)果表明,洋蔥病 原菌B. cepaciaLMG 1222τ表現(xiàn)出較強(qiáng)的溶解蛋白質(zhì)活性,而伯克氏菌R456表現(xiàn)出較低的 蛋白酶活性。結(jié)合之前離體洋蔥和水稻幼苗的致病性試驗(yàn),說明伯克氏菌R456對(duì)植物不具 有風(fēng)險(xiǎn),作為生防菌防治水稻紋枯病的安全性較高。實(shí)施例7離體試驗(yàn)在離體條件下測(cè)定了伯克氏菌R456對(duì)水稻紋枯病菌生長(zhǎng)的拮抗作用,具體方法 如下1、于28°C下在馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基上培養(yǎng)水稻紋枯病菌;2、ld后,用滅菌打孔器打取直徑0.5cm的菌落,浸于濃度108CFU/ml的伯克氏菌 R456懸浮液中;3,30s后轉(zhuǎn)移至新的馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基上,于28°C下培養(yǎng);4、分別于培養(yǎng)后10h、20h和30h測(cè)量菌落直徑;5、用滅菌蒸餾水處理做對(duì)照試驗(yàn),每個(gè)處理重復(fù)5次,整個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次。試驗(yàn)結(jié)果表明在沒有伯克氏菌R456懸浮液處理的情況下,水稻紋枯病菌在接種 IOh后菌落平均直徑為0. 86cm,接種20h禾口 30h后分別為4. 37cm和7. 63cm(見圖3)。水稻 紋枯病菌菌落直徑隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加而增長(zhǎng)。整體上而言,伯克氏菌R456懸浮液處理嚴(yán) 重抑制了水稻紋枯病菌菌絲的生長(zhǎng)。經(jīng)伯克氏菌R456懸浮液處理后,水稻紋枯病菌在接種 IOh后,菌絲的生長(zhǎng)完全被R456所抑制;在接種20h和30h后,菌落平均直徑分別為2. 07cm 和4. 36cm,與對(duì)照相比差異顯著,菌絲相對(duì)于對(duì)照菌絲分別被抑制52. 63%和42. 86% (見 圖3)。實(shí)施例8溫室試驗(yàn)在溫室條件下測(cè)定了伯克氏菌R456對(duì)水稻紋枯病的發(fā)生率和嚴(yán)重程度的抑制作 用。具體方法如下1、將水稻種子播種于盛有稻田土壤的塑料盆內(nèi),每盆10粒種子,每處理重復(fù)4 次;
2、伯克氏菌R456在營(yíng)養(yǎng)瓊脂液體培養(yǎng)基中培養(yǎng),并調(diào)節(jié)濃度至108CFU/ml ;3、3個(gè)星期后,用伯克氏菌R456懸浮液噴灑接種水稻幼苗,用等量滅菌蒸餾水噴 灑做對(duì)照試驗(yàn);4、風(fēng)干后,用滅菌打孔器打取培養(yǎng)了 2d,直徑為0. 5cm的水稻紋枯病菌菌落接種 到每株水稻幼苗從上向下數(shù)的第2片葉的基部;5、用塑料袋覆蓋所有接種過的幼苗24h以保持高濕環(huán)境,在生長(zhǎng)箱中培養(yǎng),溫度 設(shè)置為28°C,相對(duì)濕度90%,每天光照黑暗交替,光照16h,黑暗8h ;6、接種后2d,觀察和記錄病害發(fā)生率和病斑的平均直徑大小,整個(gè)試驗(yàn)重復(fù)2次。試驗(yàn)結(jié)果表明在未接種伯克氏菌R456的對(duì)照處理中,水稻幼苗在接種紋枯病菌 2d后表現(xiàn)出病害癥狀,經(jīng)伯克氏菌R456處理后,病害癥狀出現(xiàn)推遲了 Id。在對(duì)照處理時(shí),水 稻幼苗在接種后7d病害發(fā)病率達(dá)到100%,接種后7d和IOd分別進(jìn)行測(cè)量,其平均病斑直 徑分別為13. 64cm和16. 96cm,分別占葉長(zhǎng)的79. 47%和96. 84% (見圖4和圖5);然而,經(jīng) 伯克氏菌R456處理后,水稻幼苗接種7d和IOd后病害發(fā)生率分別減少57. 50%和57. 21%, 病斑直徑分別減少76. 47%和76. 33% (見圖4和圖5),與對(duì)照相比差異顯著。并且經(jīng)伯克 氏菌R456處理后,水稻紋枯病的發(fā)生率和病斑直徑在接種IOd后保持穩(wěn)定。未經(jīng)接種紋枯 病病菌的水稻幼苗則不表現(xiàn)病害癥狀。實(shí)施例9 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)田間小區(qū)試驗(yàn)檢測(cè)伯克氏菌R456對(duì)水稻紋枯病的田間防治效果。試驗(yàn)在浙 江臨安市水稻田進(jìn)行,供試水稻田為歷年發(fā)病田塊,試驗(yàn)地肥力中等,水利排灌設(shè)施一般。 根據(jù)歷年來該田塊水稻紋枯病的發(fā)生情況,在水稻紋枯病發(fā)生初期,飽和噴霧接種已培養(yǎng) 48h、濃度約為108CFU/ml的伯克氏菌R456的菌懸液,著重噴水稻莖基部,以均勻噴濕為度, 清水噴霧作為對(duì)照。接種后14d和28d各調(diào)查病情1次,取兩次調(diào)查的平均值。試驗(yàn)重復(fù) 3次,取平均值。以株為單位,5點(diǎn)取樣,每點(diǎn)調(diào)查相連的5叢,共25叢,記錄調(diào)查總株數(shù)、病株率和 病級(jí)數(shù)。根據(jù)水稻葉鞘及葉片發(fā)病癥狀進(jìn)行病情分級(jí),病情分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下0級(jí)全株無病,植株健康;1級(jí)第4葉片及其以下各葉鞘、葉片發(fā)病(以劍葉為第1片葉);3級(jí)第3葉片及其以下各葉鞘、葉片發(fā)病;5級(jí)第2葉片及其以下各葉鞘或葉片發(fā)?。?級(jí)劍葉葉片及其以下各葉鞘、葉片發(fā)病;9級(jí)全株發(fā)病、提早枯死。病情指數(shù)=Σ (各級(jí)病葉數(shù)X相對(duì)病級(jí)數(shù))X 100/總調(diào)查的植株數(shù)X9防治效果(%) = (CK-PT) X 100/CK式中,CK和PT分別為對(duì)照區(qū)及菌懸液處理區(qū)的病情指數(shù),防治效果的計(jì)算采用的 是處理前未調(diào)查病情基數(shù)的公式。試驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)照區(qū)紋枯病發(fā)生率平均為68. 7%,病情指數(shù)平均為6. 25 ;而經(jīng) 伯克氏菌R456懸浮液處理的試驗(yàn)區(qū),病情指數(shù)平均為1.96,平均防治效果為68. 64%。伯 克氏菌R456在田間環(huán)境中對(duì)水稻紋枯病菌仍具有較好的抑制作用,能夠在水稻實(shí)際生產(chǎn) 中應(yīng)用于防治水稻紋枯病。
離體試驗(yàn)、溫室試驗(yàn)及田間試驗(yàn)的結(jié)果基本一致,顯示伯克氏菌R456對(duì)水稻紋枯 病菌生長(zhǎng)有較強(qiáng)的抑制作用,這表明,直接拮抗作用或許是伯克氏菌R456生物防治水稻紋 枯病的主要機(jī)制。
權(quán)利要求
一株伯克氏菌菌株,其特征在于命名為伯克氏菌(Burkholderiaseminalis)R456,保藏號(hào)為CCTCC NOM 2010207。
2.一種含有權(quán)利要求1所述的伯克氏菌R456的菌懸液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的菌懸液,其特征在于所述的菌懸液中伯克氏菌R456含量為 IO7 108CFU/ml。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的菌懸液,其特征在于制備菌懸液所用的培養(yǎng)基為L(zhǎng)B培養(yǎng) 基。
5.權(quán)利要求1所述的伯克氏菌R456在防治水稻紋枯病中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一株防治水稻紋枯病的伯克氏菌,經(jīng)鑒定命名為伯克氏菌R456,保藏于位于武漢市珞珈山武漢大學(xué)的中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心(CCTCC),保藏日期為2010年8月20日,保藏號(hào)為CCTCC NOM2010207。本發(fā)明伯克氏菌R456可在離體、溫室及田間條件下對(duì)水稻紋枯病菌的生長(zhǎng)產(chǎn)生較強(qiáng)烈的抑制作用,對(duì)水稻紋枯病表現(xiàn)出較好的防治效果。與洋蔥伯克氏菌相比,伯克氏菌R456對(duì)植物不具有風(fēng)險(xiǎn),作為生防菌防治水稻紋枯病安全性較高,表明該根圍細(xì)菌能夠作為生防菌防治水稻紋枯病。
文檔編號(hào)C12R1/01GK101985606SQ20101029058
公開日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月25日
發(fā)明者劉寶平, 吳志毅, 李斌, 石雨, 謝關(guān)林, 陶中云 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)