论文部分内容阅读
我国辣椒产量居世界之首,细菌性软腐病是影响世界各地农作物的主要病害之一,对我国辣椒造成了巨大的经济损失。目前用于防治细菌性软腐病的方法主要有农业防治、农药和化学杀菌剂,农业防治的主要方式是环境管理和栽培防治,该方式在采前发挥作用。农药和化学杀菌剂能在一定程度上控制细菌性软腐病的发生,但是会产生抗药性并且农药残留会对环境造成严重污染。因此,寻求一种绿色有效的生物防治方法显得极其重要。乳酸菌作为一种公认为安全(GRAS)的微生物已经被广泛应用于农业和食品中,由它产生的细菌素对一些有害细菌有较好的抑制作用,但是目前商品化应用的乳酸菌细菌素只有nisin,这种细菌素只对革兰氏阳性菌有较好的抑菌作用,因此亟需开发出能同时杀死革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的广谱细菌素,以扩大细菌素在生物防治中的应用范围。本研究以实验室前期分离得到的Lactobacillus paracasei WX322为研究对象,研究L.paracasei WX322对辣椒软腐病菌果胶杆菌的抑菌分析、L.paracasei WX322及其产细菌素对辣椒细菌性软腐病的控制能力、L.paracasei WX322生长曲线及细菌素产生动力学和所产细菌素的稳定性,对L.paracasei WX322全基因组测序结果进行注释和分析,挖掘到编码细菌素的基因序列,通过大肠杆菌表达系统和毕赤酵母表达系统对细菌素进行异源表达,进一步,研究毕赤酵母表达的细菌素paracin wx3对辣椒软腐病菌果胶杆菌的抑菌机理。主要研究结果如下:(1)L.paracasei WX322抑菌分析结果表明该菌对果胶杆菌有显著的抑菌活性,同时对金黄色葡萄球菌、单核增生李斯特氏菌、粪肠球菌、阪崎肠杆菌、沙门氏菌、铜绿假单胞菌以及大肠杆菌也有较好的抑制作用,而且L.paracasei WX322产细菌素能显著控制辣椒细菌性软腐病的发病。L.paracasei WX322生长曲线及细菌素产生动力学结果表明该菌在0-12 h处于延滞期,12 h后进入对数期,并在66 h左右达到稳定期,在前30 h没有抑菌活性,在36 h后产生的细菌素具有明显的抑菌活性并且其抑菌活性随着发酵时间的延长逐渐增加。L.paracasei WX322所产细菌素的稳定性分析结果表明细菌素具有良好的热稳定性与p H适应性,蛋白酶敏感性分析表明细菌素具有蛋白质性质。(2)Illumina二代测序和MinION nanopore三代测序结果表明,L.paracasei WX322基因组由1个染色体和8个质粒组成。对基因组进行注释,COG数据库注释到了2794个基因,KEGG数据库注释到了2539个基因,L.paracasei WX322具有丰富的代谢和胞内外信号传导基因,这表明该菌代谢旺盛并具有较强的环境适应性。L.paracasei WX322的系统进化树结果表明L.paracasei WX322与L.paracasei ATCC 393和L.paracasei ATCC 25302具有非常高的同源性。共线性结果表明在L.paracasei WX322基因组中没有大规模的基因插入、缺失或倒置,仅发现了较小范围的插入和倒置,即该菌在进化过程中基因重组和转移的范围很小。最后,经数据库比对,L.paracasei WX322基因组上含有3个细菌素基因簇,在基因簇上共含有7个新型细菌素。(3)使用大肠杆菌表达系统和毕赤酵母表达系统对7个细菌素进行了异源表达。对于大肠杆菌表达系统,将细菌素连接到表达载体p ET-30a(+)构建重组质粒,转化至E.coli BL21(DE3)pLys S进行异源表达,结果显示7个细菌素均能够抑制辣椒软腐病病原菌果胶杆菌。对于毕赤酵母表达系统,将细菌素连接到表达载体pPICZαA,线性化处理后转化入毕赤酵母X33,异源表达的7个细菌素中只有paracin wx3对果胶杆菌有显著的抑菌活性。经过His标签蛋白琼脂糖高速纯化树脂纯化后paracin wx3对果胶杆菌的抑菌圈直径达到30.8 mm,并且产量达到0.537g·L-1。Tricine-SDS-PAGE表明paracin wx3的分子量在4.1-6.5 k Da之间(理论大小5.6kDa)。(4)细菌素paracin wx3对果胶杆菌的MIC为16μg·m L-1,为了明确细菌素paracin wx3对果胶杆菌的抑菌机理,测定paracin wx3对果胶杆菌的生长曲线和时间杀菌动力学曲线,结果表明细菌素paracin wx3对果胶杆菌的作用模式是在4MIC浓度以上时具有伴随部分靶细胞溶解的杀菌作用模式。SEM结果表明paracin wx3处理导致果胶杆菌细胞膜上形成孔洞、细胞坍塌、变形。SYTOX Green荧光探针实验表明,paracin wx3破坏果胶杆菌细胞膜完整性。NPN探针结果表明,paracin wx3处理导致果胶杆菌细胞外膜通透性增加。ONPG探针结果表明,paracin wx3处理导致果胶杆菌细胞内膜通透性增加。即细菌素paracin wx3通过引起细胞被膜水解、破坏细胞膜完整性以及增加细胞内外膜通透性等抑菌机理来杀死辣椒软腐病菌果胶杆菌。