由甘蔗鞭黑粉菌(Sporisorium scitamineum)引起的甘蔗黑穗病是甘蔗的重要真菌病害,是影响甘蔗经济和生产安全的世界性重要病害之一,每年造成我国50多亿经济损失。甘蔗鞭黑粉菌属于异宗配合,生活史经历单倍体的孢子体和双核菌丝体两个阶段,单倍体阶段只能进行芽殖生长而不具备侵染力和致病性,不同交配型的单倍体的孢子体经过有性配合后形成具有侵染力和致病性的双核菌丝体。本论文从自然界中分离获得能够阻断甘蔗鞭黑粉菌不同交配型担孢子有性配合发生的生防菌株,以此达到防治甘蔗黑穗病的目的。主要研究结果如下:本研究从广东、广西、江西、新疆、河南、海南和内蒙古等地获得90余份不同植物根际土壤。分离得到不同形态特征的细菌8000多株,通过独立条带对峙试验获得能够不同程度抑制甘蔗鞭黑粉菌MAT-1和MAT-2担孢子有性配合形成双核菌丝体的潜在生防菌株118株。经形态观察发现,所分离的潜在生防菌大致为10种不同形态的菌株,其中8株为细菌,2株为放线菌。ST4菌株为其中一株革兰氏阴性细菌,分离自广东省汕头市某蔬菜地土壤样品,该菌不仅能有效的抑制甘蔗鞭黑粉菌有性配合的发生,且对玉米黑粉菌有性配合也具有抑制作用。经形态观察、显微结构分析、生理生化特征、分子生物学鉴定和文献描述,将该菌鉴定为假单胞菌属的Pseudomonas guariconensis。为了深入研究ST4对甘蔗鞭黑粉菌有性配合的抑制机理,方便后续基因功能分析。本研究对ST4进行全基因测序,结果表明该菌含有一条环状的核苷酸序列,总长度为5135208 bp,不含质粒DNA,GC含量为63.57%。基因预测表明,ST4包含4576个蛋白编码基因,基因总长度为4475352 bp,平均长度978 bp,占基因组全长的87.15%。预测到包含串联重复序列、小卫星序列和微卫星序列共216个,其中串联重复序列124个,总长为26925 bp,重复序列为3-1605 bp,占基因组全长的0.5243%;小卫星序列83个,微卫星序列9个。RNA基因鉴定结果表明,基因组中tRNA有73个,rRNA有19个,sRNA有15个。对基因功能注释表明,该菌含有13个与信号分子相互作用相关的基因,其中3个与昆虫毒素有关,这些毒素基因可能与ST4抑菌活性相关。本研究通过Tn5转座子插入突变获得了ST4的突变体40000多株,获得了109株丧失了对甘蔗鞭黑粉菌有性配合抑制作用的突变体菌株。通过hiTAIL-PCR对插入位点扩增,明确了包含吡咯喹啉醌合成基因家族、葡萄糖脱氢酶、2-异丙基苹果酸合酶等35个相关功能基因。通过乙酸乙酯萃取、硅胶和HPLC分离以及活性追踪,我们发现,ST4的代谢产物中抑菌活性成分丰富且种类繁多,其中有些成分既能抑制黑粉菌的有性配合又能抑制黑粉菌的生长如ST4-2-8;而有些成分只能抑制黑粉菌的有性配合(ST4-2-7-5)或生长(ST4-2-4和ST4-2-6)。经核磁共振和LC-MS分析,ST4-2-8为吲哚类衍生物吲哚-3-甲醛,研究发现,该物质低浓度时抑制甘蔗鞭黑粉菌有性配合的发生,高浓度具有抑菌效果,且该物质对玉米黑粉病的盆栽防治效果高达94%。本研究通过对ST4培养成分和培养条件筛选表明,弱酸性环境下有利于ST4的抑制作用,ST4在pH6.0的培养下,发酵液的抑菌活性较好;葡萄糖对ST4抑菌效果起着至关重要的作用,葡萄糖的最佳浓度为6%;培养过程中氧气对有效活性物质的产生起着关键作用,培养转速越高,发酵液的抑菌活性越好;此外,还发现Mg离子是ST4生长所必需的,适当的金属离子有利于ST4抑菌活性物质的产生。通过盆栽和田间试验,明确了注射接种生防菌ST4和不同交配型担孢子混合液后,甘蔗黑穗病的发病情况和ST4对黑穗病的可能防治效果。结果发现,同时接种含葡萄糖的ST4菌液和担孢子混合液的甘蔗黑穗病发病率最低,仅为13.04%,比只接种担孢子混合液发病率低64.74%,对黑穗病的防治效果为83.23%,但田间防治效果不佳且不稳定。对于ST4对黑粉菌生防机制的分析,我们发现,ST4不仅可以影响单性孢子和双核菌丝体的生长,也能抑制不同性系孢子的配合过程,具体的抑制机制我们推测如下:ST4分泌的代谢产物通过改变两种单性孢子的形态,使其从亲合型孢子变成非亲和型孢子,从而抑制有性配合的发生;由于ST4产生的代谢物种类复杂,不同的代谢物可能起着不同的作用,某些成分抑制孢子和菌丝生长,某些物质影响孢子亲和性,这些推论有待我们进行下一步的深入研究。