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本研究的主要目的是从盐沼湿地土壤中筛选能够产生抗真菌活性物质的微生物菌株,并分离、纯化其活性成分。土壤样品采自江苏大丰的大米草、护花米草和芦苇地以及无植被的光滩,采用系列稀释法和划线法分离、纯化上述土样中的细菌,并用菌丝块法检测所得菌株的代谢产物对7种常见植物病原真菌的抑制活性,进而利用大孔树脂吸附、硅胶柱层析、Sephadex—LH20及HPLC等分离技术纯化活性成分,用MS、UV、IR、NMR等波谱方法进行结构鉴定。
主要结果如下:
1、盐沼湿地存在丰富的细菌类群,且种群数量与植被类型有关。根据稀释平板计数法测定结果,平均每克土壤可培养细菌数高达5.87×106CFU,其中厌氧菌为3.22×106CFU,好氧菌为2.64.×106CFU。互花米草和芦苇地细菌量较大,大米草地和光滩地较少。经过简单染色和菌落特征比对,从四种土壤样品中共得到235株细菌,其中好氧菌为97株,厌氧菌为138株。不同的土壤样品所得到的细菌数分别为:芦苇地80株,护花米草地64株,大米草地为48株,光滩地43。此外,可培养细菌数量还与分离培养基的种类有关,用于选择性分离硫氧化细菌和硫酸盐还原细菌的培养基得到菌株较多,172培养基次之,LB培养基最少。
2、盐沼湿地细菌存在大量的抗真菌活性菌株,在获得的235细菌中,有65株细菌(好氧菌39株,厌氧菌26株)的代谢产物至少对1种测试植物病原真菌的生长有明显的抑制作用,抑制率大于30%。根据活性菌株代谢产物抗菌谱的差异,可以将分离到的细菌分为5个类型:类型1(如LCH59)对一种测试菌有强烈的抑制作用;类型2(如Y78)、3(如Y79)、4(如LN1)和5(如Y6)分别对2种、3种、4种、5种或5种以上的测试菌的生长均有强烈的抑制作用。此外,不同的测试真菌对活性菌株代谢产物的敏感性也存在较大差异,大豆炭疽(Glomerella glycines(Hori) Lehman et Wolf)最敏感,尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum Schlecht)最不敏感。
3、五种类型代表菌株代谢产物的温度、pH和金属离子稳定性实验表明,LCH59产生的抗真菌活性成分在高温(>100℃)和酸性条件相对稳定,但对碱性条件(当pH>9)敏感;金属离子Cu2+和Mn2+对LCH59代谢产物的抗真菌活性有一定的促进作用。Y78菌株的活性成分在强酸(pH<4)、强碱(pH>11)、高温(>100℃)条件下均不稳定,高浓度的Zn2+和Fe2+对其抗真菌活性有显著的抑制作用。Y79菌株所产生的活性成分在酸碱条件下(pH 1~14)均较为稳定,金属离子对其抗真菌活性没有显著影响,但温度稳定性较差。LN1菌株的活性代谢产物在pH<12,温度小于100℃条件下基本稳定,Mg2+对其抗菌活性有一定的促进作用。Y6菌株代谢产物对pH和温度的稳定性均较差,一定浓度的Ca2+和Zn2+对其活性有显著的抑制作用。这些结果预示着不同类型的菌株可能合成不同性质的抗真菌活性成分。
4、五种类型代表菌株代谢产物对水稻、小麦、绿豆、赤豆四种植物种子发芽和幼苗生长均有一定的影响,其中Y6菌株代谢产物的毒性最大,对小麦和赤豆种子的萌发和生长有显著的抑制作用。
5、根据活性成分的抗菌谱、稳定性以及植物毒害实验结果,我们重点研究了活性较高、代谢产物稳定性较好、且植物毒害较小的3株细菌—LCH59、Y79和LN1产生活性物质的最佳发酵条件。以LB培养基为基础,LCH59菌株的最佳发酵发酵条件为:时间48h,pH7和NaCl 20g/L;Y79菌株为36h、pH6和15g/L;LN1菌株为48h、pH7和10g/L。
6、在最佳发酵条件下富集LN1、LCH59和Y79代谢产物,并在活性指导下进行抗真菌化合物的分离、纯化和结构鉴定。初步结果表明LN1菌株产生的抗真菌活性成分主要为杆菌肽A(BacitracinA)和Valindolmycin,而LCH59主要为脂肽类物质,包括表面活性剂(surfactins)、伊枯草菌素A4(iturin A4)、伊枯草菌素A6/7(iturin A6/7)和Enniatins。此外,菌株LN1的代谢产物中还含有植物激素类物质3-吲哚乙酸(3-indolylacetic acid),表明该菌株既具有抗真菌活性,又有植物生长促进作用,是一株有潜在应用价值的功能菌株,用于植物安全生产。
7、经形态学观察、生理生化反应和16S rDNA序列分析,LCH159和LN1为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),Y79为鲁氏不动杆菌(Acinetobacterlwoffii)。
综上所述,海岸盐沼湿地富含大量抗真菌活性菌株,是筛选抗真菌天然产物的理想来源。活性菌株LN1和LCH59代谢产物中含有多种抗真菌活性物质,特别是LN1不仅能够产生抗真菌类物质,还能合成植物激素类物质,有望用于新型生物杀菌剂的开发,用于防治植物真菌病害。