月桂酸及其衍生物对疫霉菌的抑制作用机理及应用

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大豆疫霉(Phytophthora sojae)属卵菌门(Oomycota)菌物,是一种严重危害农业生产的真核病原微生物。在自然条件下,大豆疫霉只侵染大豆等少数的豆科植物。大豆疫霉可危害植物的根、茎、叶片和豆荚,其引发的大豆根茎腐病每年给大豆产业造成巨大的损失,是威胁大豆生产乃至全球粮食安全的一种毁灭性病害。随着经济、贸易全球化的不断发展以及我国对进口大豆需求的不断增加,在中国部分地区也出现了大豆疫霉菌病害,严重威胁我国大豆产业发展。为控制卵菌病害而大量使用化学合成农药,不仅严重破坏生态平衡,也导致耐药性菌株的出现,因此迫切需要开发新的控制替代品。植物源抗菌物质作为绿色杀菌剂的重要先导,广泛存在于自然界中,在保护生态平衡方面大大优于化学农药。一些植物叶片挥发性有机化合物(VOCs)会在植物对胁迫作出反应时迅速产生和释放,诱导植物产生防御反应来阻止病原体的入侵。因此,对植物源抗菌活性化合物进行鉴定和分析,进而进行开发和改造,使之成为商业化的新型绿色农药,是目前亟待研究的课题。本课题组前期研究发现,大豆抗病品种(Williams 82)与感病品种(Williams)相比,受大豆疫霉侵染叶片中产生的挥发性物质月桂酸含量明显增多,猜测月桂酸可能在大豆抵御大豆疫霉菌侵染中起重要作用。已知脂肪酸的亲水性和亲脂性特征可能会影响其抗菌活性。因此选取月桂酸的三种衍生物(单月桂酸甘油酯、月桂酸甲酯、月桂酸乙酯),研究其对疫霉菌的抑制作用机理,以确定月桂酸的抗菌活性是否保留或丧失。实验发现,月桂酸显著抑制了大豆疫霉菌4个生理小种R2(P6497)、R7(P7064)、R17(P7074)、R19(P7076)菌丝的生长,并随着月桂酸浓度的升高,抑制效果越明显。其中月桂酸对R2小种菌丝径向生长抑制效果最好。将月桂酸处理后的疫霉菌R2菌丝体在光学显微镜下观察发现,与对照组相比,经月桂酸处理后的菌丝生长杂乱,末端分支明显增多,并且显著抑制游动孢子囊的形成和游动孢子的释放。单月桂酸甘油酯对游动孢子囊的形成和游动孢子释放的抑制效果明显好于月桂酸、月桂酸甲酯和月桂酸乙酯。月桂酸及其衍生物对游动孢子萌发的影响实验发现,月桂酸在2μg/ml浓度时便能显著抑制大量游动孢子萌发。同时发现月桂酸对大豆疫霉菌有很好的抑制时效。月桂酸对常见的5种土传病菌,包括黄瓜枯萎病菌、番茄枯萎病菌、黄精枯萎病菌、小麦全蚀病菌、小麦赤霉病菌,也有良好的抑制作用。脂肪酸可以并入细胞膜,因此推测月桂酸会导致疫霉菌菌丝体细胞膜损伤,造成菌丝体细胞胞内物质外泄。荧光显微镜下观察发现,PI染色月桂酸处理后的菌丝体内细胞核产生红色荧光,说明细胞膜被破坏,证明月桂酸是通过损伤大豆疫霉细胞膜来实现抑菌效果。月桂酸及其衍生物处理后菌丝培养液内的DNA、蛋白质浓度和电导率值明显高于对照组。同时月桂酸相对于单月桂酸甘油酯、月桂酸甲酯和月桂酸乙酯来说,有效降低了植株体内丙二醛含量,从而减轻大豆植株受到的损害程度。月桂酸处理后的植株中超氧化物歧化酶活性达到较高的水平,从而增强大豆植株的抗性。疫霉菌盆栽防效实验说明了月桂酸及其衍生物都能够有效抑制土壤中的病原菌,对大豆根茎腐病有良好的防病效果,能够有效降低大豆发病率。本实验首次发现了月桂酸对卵菌的抑制作用并初步分析了其作用机理,有望成为新型杀菌剂的药源前体,为大豆疫霉病害的综合治理提供新的方法和思路。
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