水产养殖病原菌拮抗菌株的筛选及其拮抗特性和机理研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:khl0907
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我国是世界第一水产养殖大国,水产养殖业发展迅速,但水产病害已经成为制约水产养殖业发展的重要因素。已知的水产养殖病害100多种,病原种类300多种,其中细菌性病原占54.9%,弧菌和气单胞菌是海水养殖最重要的2类病原菌。由弧菌引起的弧菌病,流行广,发病率高,是公认的鱼类养殖中最为严重的病害之一,给养殖业造成巨大损失,是该行业发展的重要限制性因素。气单胞菌属的许多种类也是常见的水产致病菌,其中杀鲑气单胞菌可以引起疥疮病,嗜水气单胞菌在生产中感染主要导致爆发性的出血病。在抗生素滥用且耐药性问题日益严重的情况下,微生态制剂成为应对水产病害的新方向。本文主要针对水产致病性弧菌和气单胞菌进行了拮抗菌的分离筛选、鉴定、拮抗物质的分离纯化,拮抗机理的初步研究、实际应用效果的探索以及拮抗菌株的基因组测序。获得如下主要结果:  筛选得到4株对水产致病性弧菌和气单胞菌有拮抗能力的芽孢杆菌,分别为菌株H2、H2-2、V4、L7,抑菌谱测定结果显示菌株H2拮抗弧菌的能力较为突出,可有效拮抗多达29株(23种)水产致病性弧菌。菌株V4拮抗气单胞菌的能力比较突出,可以高效抑制杀鲑气单胞菌、嗜水气单胞菌以及创伤弧菌、需钠弧菌、哈维氏弧菌、黑海弧菌;菌株H2是实验室以前鉴定过的短小芽孢杆菌Bacillus pumilus,菌株V4经生理生化特性测定以及16S rRNA基因序列分析,鉴定为Bacillus velezensis V4。  菌株H2的拮抗物质具有良好的热稳定性、蛋白酶稳定性、pH稳定性,对有机溶剂、紫外不敏感。经甲醇萃取、固相萃取、液相色谱等多技术手段分离纯化得到纯化活性物质;该物质经质谱、NMR分析鉴定为具有多种生物活性的异香豆素类物质——Amicoumacin A。纯化的AmicoumacinA对29株(共23种)弧菌的MIC值在0.5-64μg/ml范围。初步探究了H2活性物质Amicoumacin A对弧菌的作用方式,生长实验中Amicoumacin A的加入引起创伤弧菌CZ-A2的OD600值下降,激光共聚焦显微镜观察显示Amicoumacin A的加入导致创伤弧菌CZ-A2细胞膜通透性增强,膜完整性降低;扫描电镜观察细胞表面结构可见细胞孔洞的形成,内容物外泄,形成细胞空腔,推测AmicoumacinA对水产致病弧菌的作用机制是破坏细胞膜,引起细胞裂解。  菌株V4的拮抗物质具有良好的热稳定性、蛋白酶稳定性、pH稳定性,对有机溶剂稳定、对紫外敏感。通过多种分离纯化手段,得到三类对杀鲑气单胞菌有拮抗作用的活性物质,经质谱、NMR分析分别鉴定为脂肽类Iturin A及其同系物、Macrolactin A及其同系物、以及羟化地非西丁。初步探究了这三类活性物质对杀鲑气单胞菌的不同作用方式,生长实验中拮抗物质粗提液的加入使得杀鲑气单胞菌菌悬液变澄清,OD600值大幅下降,表明拮抗物质导致杀鲑气单胞菌菌体裂解。激光共聚焦显微镜观察细胞膜通透性和扫描电镜观察细胞表面结构实验进一步证明V4拮抗物质会对杀鲑气单胞菌的细胞膜造成损伤,引起细胞内容物外泄,最后菌体裂解,可见细胞碎片。推测三类活性物质共同作用,其中Iturin A影响细胞膜的通透性,地非西丁既可以杀死繁殖期的细胞,也可以杀死静止期的细胞,Macrolactin A干扰蛋白质合成。拮抗物质的多样性保障了拮抗机理的多样性。V4菌株实际应用中与对照组相比,1%添加组和3%添加组分别降低27.25%和81.86%的死亡率,在1%添加组中,饲料系数与对照组相比降低19.49%,增重率增加71.22%。说明V4菌株作为微生态制剂不仅能有效降低三文鱼的疥疮病死亡率,还能促进增重,同时降低饲料系数。  Bacillus velezensis V4基因组(GenBank No.MBDV00000000)大小为3,891,657bp,GC含量为46.407%。V4基因组草图28个scaffold,其中最长的为1,011,995bp,28个scaffold共包括37个contigs,最长的contig为599,284bp,预测编码基因3779个;分析发现,约330kb的基因簇与丰富的次级代谢产物合成相关,占总基因组8.4%。包括与表面活性素surfactin合成相关的srfA基因簇32kb、与枯草菌素iturin合成相关的itu基因簇38kb、与芬芥素fengicin合成相关的fen基因簇38kb、与杆菌溶素Bacilysin合成相关的bac基因簇6.9kb、与Bacillibactin合成相关的dhb基因簇12kb、与大环内酯macrolactin合成相关的mln基因簇53kb、与Bacillaene合成相关的bae基因簇75kb、与地非西丁difficidin合成相关的dif基因簇71kb。鉴定了与拮抗气单胞菌活性物质合成有关的基因簇,包括枯草菌素iturin合成相关的itu基因簇ituA-D,大环内酯macrolactin合成相关的mln基因簇mlnA-I,地非西丁difficidin合成相关的dif基因簇dfnA-M、dfn X、dfn Y,共15个基因。
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