内生真菌和腐生真菌通常在植物组织和凋亡植物材料中发挥着重要的生态功能。许多研究调查了内生菌和腐生菌之间的关系,提出了内生真菌在宿主组织衰老之后会成为腐生菌。本课题组前期分离出一株内生真菌枫香拟茎点霉(Phomopsis liquidambari,编号B3),它能与水稻建立共生关系,促进水稻生长和抗病,增强水稻的抗逆能力。在腐生阶段,B3菌具有促进凋落物降解和养分循环,优化土壤微环境的能力。然而,如何扳动内生真菌在衰老的植物凋落物中由共生向腐生转化,缺乏足够的研究。阐述清楚这个科学问题,对于理解内生真菌和植物的相互关系,理解植物内生真菌的多样性具有重要意义。转录组是由活跃在所选组织和物种中的基因的子集组成。理解转录组的动态是解释基因型和环境因子结合所引起的表型变化的关键。我们将枫香拟茎点霉B3接种到水稻愈伤组织表面,模拟共生状态,接种到液体凋落物培养基,模拟腐生状态,接种到普通碳源培养基进行纯培养,提取B3菌在不同生境下的RNA样品进行Illurmina测序以描绘其转录组特征。发现在不同的宿主环境下,碳水化合物代谢相关基因在真菌共生与腐生过程中发挥重要作用。这些基因主要在细胞内和细胞膜上行使催化、转运的分子功能,参与代谢生物学过程,为真菌进行共生和腐生提供了物质基础。据我们所知,这是第一次用RNA-seq技术研究并获得了内生真菌枫香拟茎点霉的整个转录组信息。我们的实验结果为丝状内生真菌B3的研究提供了更为广泛的的序列资源。利用数字基因表达谱手段对在普通碳源培养基纯培养、模拟共生和模拟腐生状态的枫香拟茎点霉B3的差异表达基因进行分析,并通过qRT-PCR对测序结果进行了验证。发现B3菌在共生条件下,为了与宿主相适应,次级代谢产物大量合成,核糖体显著合成,能量代谢的关键途径Citrate cycle途径的基因显著上调。B3菌在腐生条件下,由于宿主体内缺乏可直接利用的营养,迫使真菌分解残存于凋落物中的有机质,对难降解有机化合物的降解代谢能力增强,对糖类等碳源的需求增加,导致糖类代谢的基因表达上调。本研究首次对枫香拟茎点霉B3在不同宿主环境下的差异表达基因进行分析,从基因层面探讨内生真菌共生和腐生的相互关系。内生真菌枫香拟茎点霉B3在腐生条件下对难降解有机化合物的降解代谢能力增强,分泌化合物相关降解酶。我们在内生真菌枫香拟茎点霉B3的摇瓶发酵培养基中加入对羟基苯甲酸,诱导其产漆酶,利用干重减量法、ABTS法和蒽酮-硫酸法测定其在不同时间的生物量浓度,漆酶酶活和蔗糖含量。结果表明B3菌漆酶生成与菌体生长呈现部分生长偶联型。应用MATLAB软件将实验数据与符合B3菌菌体生长的Logistic模型、漆酶生成的Luedeking-Piret模型和基质消耗的Luedeking-Piret-Like模型进行非线性拟合,求得最优参数估计值和发酵动力学模型。分析动力学模型的拟合曲线,发现模型的曲线与实验值能较好地拟合。验证实验表明模型计算值与实验值的误差大部分都低于10%,说明该动力学模型能很好地描述B3菌的实际发酵情况。该结果对B3发酵产漆酶和工业生产的放大具有指导作用。餐厨垃圾是最难管理的垃圾,因为它高昂的处理成本和环境污染的风险。焚烧小麦秸秆由于其引起的空气污染近年来逐渐成为热点问题。但是,餐厨垃圾和小麦秸秆具有高含量的营养元素,有效的利用这些垃圾能减少空气污染物的排放和必须填埋的垃圾量,改善环境。众所周知利用低成本和充裕的垃圾材料在微生物发酵中将降低生产成本。本研究的目的在于利用这些资源的同时提高内生真菌枫香拟茎点霉B3的漆酶产量。我们在包含餐厨垃圾和小麦秸秆作为主要氮源和碳源的培养基中,模拟腐生体系,培养B3菌。利用响应面法(RSM),RSMⅠ的Box-Behnken design(BBD)之后紧接着是用RSMⅡ的中心合成设计(CCD)进行发酵条件的优化。相比于优化前的漆酶产量,获得了总共11.07倍的增长(RSMⅠ为1.98倍;RSM Ⅱ为5.59倍)。所得模型的有效性已经通过数学评价和验证性实验证明。在优化的条件下,小麦秸秆中53.76%的木质素被降解。通过优化发酵条件和利用双重生物质资源,提高了真菌的漆酶产量。这些结果为将来的研究和扩大漆酶生产规模提供了基础。土壤中酚酸的积累是花生连作障碍的主要问题之一。尽管真菌分泌的漆酶能有效的转化酚酸,但是很少有报道关于利用这些酶修复连作障碍土壤。餐厨垃圾和小麦秸秆是废弃产物,但是它们能被用作内生真菌枫香拟茎点霉B3产漆酶的原料。我们在分别以餐厨垃圾和小麦秸秆作为主要氮源和碳源的培养基中,模拟腐生体系,培养了枫香拟茎点霉B3。为了研究发酵液对酚酸降解、根际土壤微生物区系和花生幼苗生长的影响,高产漆酶的发酵产物被施加到花生连作障碍的土壤中。相比于空白对照,28天内,4-羟基苯甲酸、香草酸和香豆酸在土壤中的浓度分别下降了 57.4%、52.5%和49.4%。变性梯度凝胶电泳(DGGE)图谱分析表明根际土壤细菌和真菌的群落结构受到酚酸含量变化的显著影响。花生植株的生物量和根瘤数分别增加了 5.9倍和68.3%。这些结果表明漆酶产物降低了土壤中酚酸的积累,酚酸含量的降低和某些优势微生物的增加促进了花生幼苗的生长和结瘤。该技术为连作土壤的修复提供了新的策略,同时减少了垃圾,保护了环境。