【摘 要】
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自然界中的许多真菌具有多种生活方式(腐生、寄生或共生),人们通过常理推理认为,多样的生活方式使得它们在自然环境中拥有更强的宿存能力。但是,人们对一个真菌特定的生活方式在其环境宿存中真正贡献的认识却十分有限。罗伯茨绿僵菌(Metarhizium robertsii)在环境中分布广泛,宿存能力很强,这是因为其所具备的多种生活方式和较强的抗逆能力。该菌可以营腐生,寄生于昆虫和与植物共生。作为一种促进植物
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(NO.31872021);
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自然界中的许多真菌具有多种生活方式(腐生、寄生或共生),人们通过常理推理认为,多样的生活方式使得它们在自然环境中拥有更强的宿存能力。但是,人们对一个真菌特定的生活方式在其环境宿存中真正贡献的认识却十分有限。罗伯茨绿僵菌(Metarhizium robertsii)在环境中分布广泛,宿存能力很强,这是因为其所具备的多种生活方式和较强的抗逆能力。该菌可以营腐生,寄生于昆虫和与植物共生。作为一种促进植物健康与发育的有益共生微生物,罗伯茨绿僵菌能够定殖于植物根内和根际土壤中,作为一种昆虫病原真菌,它具有较广的杀虫谱,因此是研究不同生活方式对真菌环境宿存能力的贡献这一问题的良好材料。发现并阐明罗伯茨绿僵菌生活方式与环境宿存能力之间的关系可为开发环境友好、高效稳定的真菌杀虫剂提供理论依据。本文对罗伯茨绿僵菌三种生活方式与环境宿存能力之间的关系开展研究,并以这些基础研究的结果为指导,创建一个生产高质量罗伯茨绿僵菌孢子的培养方法。主要研究结果简述如下:1)与腐生(在PDA培养基)和寄生(感染大蜡螟)生活方式所产孢子相比,共生生活方式(与拟南芥共生)所产孢子的杀虫能力更强。进一步分析表明,共生生活方式所产孢子在昆虫翅膀上萌发速度更快,这使得侵染结构——附着胞形成提前,附着胞内膨压升高,穿透昆虫体壁能力增强,最终较快地杀死昆虫。共生生活方式所产孢子内含有更多的脂滴和三酰甘油;自噬是孢子萌发时利用脂滴的重要方式,自噬途径中关键蛋白ATG8在共生生活方式所产孢子萌发时具有更高的表达水平,使得这些孢子在昆虫体壁上萌发时脂滴的利用速度更快,为孢子萌发和芽管伸长更快更多地提供营养。2)与腐生和寄生生活方式所产孢子相比,共生生活方式所产孢子在营养丰富、瘠薄甚至是无碳氮源的环境中的萌发速率都更快,对UV辐射、高温和冰冻等关键环境胁迫具有更强的耐受力。3)与绿僵菌共生诱发植物产生更高水平的5-羟色胺。类似于与植物共生所产孢子,在添加5-羟色胺的普通培养基上所产孢子的杀虫能力和抗逆能力也更强,表明植物的5-羟色胺是提高与之共生所产罗伯茨绿僵菌孢子环境宿存能力的一个重要因素。4)通过在培养基中添加5-羟色胺模拟与植物共生时的环境来生产高质量的罗伯茨绿僵菌孢子,用于生产更高效的真菌杀虫剂。5-羟色胺价格高,不适于大规模生产孢子。价格便宜的5-羟色胺类似物5-羟色胺盐酸盐可以作为5-羟色胺的替代品,在培养基中添加该化合物也能生产杀虫能力和抗逆能力均增强的高质量罗伯茨绿僵菌孢子,为生产高效的真菌杀虫剂奠定基础。综上,本文研究了三种生活方式对罗伯茨绿僵菌环境宿存能力的贡献,发现与植物共生所产孢子抗逆能力和杀虫能力更强,具有更强的环境宿存能力,表明与植物共生的生活方式在罗伯茨绿僵菌环境宿存中起更重要的作用。进一步发现,植物次级代谢产物5-羟色胺是提高孢子环境宿存能力的一个重要因素。并以该基础研究成果为指导,创建了一种生产杀虫能力和抗环境逆境能力均增强的高质量绿僵菌孢子的培养方法,具有较好的应用价值。
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