致病疫霉诱导细菌W-7产生纤维素酶发挥抑菌作用

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马铃薯(Solanum tuberosum)作为世界主粮之一,具有适应性强、产量高、营养价值丰富等特点,在我国马铃薯的栽植面积、产量以及销量不断增长;然而,马铃薯的生产中常遭受许多病菌的危害,其中由致病疫霉(Phytophthora infestans(Mont.)de Bary)引起马铃薯晚疫病被公认为全球第一大作物病害,一直是国际众多研究者们关注的重点。目前,马铃薯的产量和品质安全已经成为一项解决难题。因此,探索具有安全高效、无污染、防止引起病原菌抗药性等特点的新型防治方法十分迫切。近几年,本实验室已筛选出多株可显著抑制致病疫霉菌丝生长及其孢子萌发的菌株,其中一株拮抗细菌W-7尤为突出,一方面其菌液具有良好的热稳定性、耐酸和耐碱性及其一定的紫外线稳定性;另一方面该菌株对致病疫霉的抑制率可高达94.44%,对马铃薯块茎的预防效果可达73.40%;更为重要的是该菌株分离自马铃薯叶片,与分离自其它场合的拮抗菌相比,在马铃薯植株上的定殖方面具有十分突出的优势,极具生防潜力。本文拟在上述工作基础上,探讨细菌W-7所产生的抑菌活性物质及其稳定性,为明确其抑制致病疫霉的机理提供试验依据。在前期研究中,已发现W-7菌株可引起致病疫霉菌丝体形态发生许多变化,如菌丝体表面粗糙、凹凸不平、局部膨大、内含物聚集或外溢等畸形。菌丝体的形态是由细胞壁来维持的,菌丝体在形态上发生畸变,说明菌丝体细胞壁的骨架结构被改变了,意味着构成细胞的主要结构物质可能发生了变化甚至已被破坏。致病疫霉属于卵菌,纤维素是构成其细胞壁的主要结构物质之一。据此,我们推测W-7菌株可能通过产生纤维素酶,使致病疫霉菌丝体细胞壁中的纤维素发生变化,从而引起菌丝体畸变以及抑制菌丝体生长,因为致病疫霉自身不会产生纤维素酶。因此,本试验的主要研究内容包括:(1)采用对峙培养法和刚果红染色法,探究短小芽孢杆菌W-7与致病疫霉对峙培养时,是否会产生纤维素酶;(2)采用DNS法,明确细菌W-7与致病疫霉对峙培养不同时间,以及预先在不同温度、pH、氮源和接种量的条件下单独培养细菌W-7,再与致病疫霉对峙培养后,致病疫霉诱导其产生纤维素酶的活性及含纤维素酶琼脂块对致病疫霉菌丝体的抑制作用,筛选最佳培养条件;(3)明确致病疫霉诱导细菌W-7所产生的纤维素酶在不同温度、pH、盐浓度、金属离子、底物浓度、有机试剂6种条件下处理纤维素酶,测定其相对酶活,了解W-7所产生纤维素酶的酶学性质。本试验所得主要研究结果如下:1、明确了细菌W-7自身无法产生纤维素酶,但将其与致病疫霉进行对峙培养时可产生,说明致病疫霉通过对细菌W-7进行刺激或诱导,从而促使W-7产生纤维素酶。2、探讨了用极酸或极碱性缓冲液(pH 3.5和pH 10)分别处理含有纤维素酶的琼脂块后对致病疫霉菌丝生长的抑制率。根据无菌体琼脂块所产生的透明溶解圈与对照组相比,在一定程度上,酸或碱均可对纤维素酶的活性起到抑制作用,其中二者对致病疫霉菌丝生长的抑制率分别为29.78%和30.11%(对照组为71.52%和0%)。3、镜检观察了用极酸或极碱性缓冲液(pH 3.5和pH 10)分别处理含有纤维素酶的琼脂块后对致病疫霉菌丝体的致畸现象。结果显示,用缓冲液(pH 3.5和pH 10)将含有纤维素酶的琼脂块进行分别处理,再与之对峙培养7 d,菌丝体的致畸率分别为12.61%和14.21%(对照组为38.43%)。4、检测了W-7菌株预先优化单独培养条件再与致病疫霉对峙培养后纤维素酶的产生以及对致病疫霉菌丝体的致畸率。预先单独培养W-7的条件分别为:25℃、初始pH为7、氮源为(NH42SO4,单独培养W-7后再与致病疫霉对峙培养时,所产纤维素酶活均为最高,分别为4.53 U/mL、5.28 U/mL、5.89 U/mL,菌丝体的抑制率也均为最高,大小分别为31.82%、34.49%、37.87%;将W-7自然状态混合菌落的菌液用无菌水稀释后,纤维素酶活最高可达5.91 U/mL,菌丝体畸变率为34.78%。5、探讨了纤维素酶的最适反应条件以及不同条件处理纤维素酶对其稳定性的影响。(1)W-7菌株所产生的纤维素酶不耐热,其热稳定性较差,并且酶的最适反应温度为50℃。(2)细菌W-7所产生的纤维素酶为弱酸性酶并且在弱酸性环境中可以保持良好的的稳定性。(3)浓度为1 mmol的Ca2+、K+、Fe2+、Mn2+多种金属离子处理粗酶时,均可增强其活性,而浓度为10 mmol的金属离子处理则会抑制纤维素酶活;(4)浓度为1%和10%的甲醇、乙醇对纤维素酶的酶活性具有促进作用,而浓度为15%和30%时则抑制酶活性,异丙醇和乙酸乙酯对纤维素酶的酶活均具有抑制作用;此外,W-7菌株所产生的纤维素酶耐盐性良好。
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