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柑桔是世界上最重要的商品水果,但是其极易受到采后病原真菌的侵染而造成巨大经济损失。随着人们对食品安全的重视,利用拮抗微生物来控制柑桔采后病原真菌成为绿色防控的重要研究方向。本论文以柑桔采后病原真菌生物防治为出发点,以岭南特色水果沙糖桔为实验材料,从柑桔园区根际土壤及水果表面筛选高效拮抗菌株,对目标菌株进行生防效力的测定和改良研究,并以拮抗菌、病原菌和寄主三方之间的相互作用为指导,从诱导抗病性、挥发性抑菌物质、抗菌蛋白以及TasA蛋白等方面对其多重生防机制进行了探索,以期为开发安全、对环境友好的生防菌剂提供理论基础。主要研究结果如下:
以柑桔绿霉病菌为指示菌,经过平板离体初筛和水果活体复筛,从水果表面筛选得到一株高效生防菌株HF-01,该菌株对柑桔绿霉的离体抑制率为98.75%,活体发病抑制率为80%。运用菌落形态观察、生理生化特性分析、Bio1og细菌鉴定系统、16S rDNA序列测定结合特异性PCR检测方法对生防菌株HF-01进行了鉴定,确定该菌株为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)。
研究了解淀粉芽孢杆菌HF-01的施用浓度和施用时间对其防治沙糖桔采后病害效力的影响。确定了拮抗菌的最佳施用浓度为1×108cfu.mL-1,并发现先于接种病原菌施用拮抗菌HF-01的抑病效果明显好于接种病原菌后施用。1×108cfu.mL-1拮抗菌HF-01处理后沙糖桔人工刺伤接种和自然贮藏发病率均低于20%,病斑直径控制在6mm以下,显著推迟了果实的发病并降低发病率,对病斑扩展也起到了很好的抑制作用。果实接种HF-01后PPO、POD和PAL等抗性相关酶活性较对照均有不同程度的升高,接种处理72h后酶活达到峰值。解淀粉芽孢杆菌HF-01可以诱导果实产生抗病性,提高抵御采后病害的能力。
测定了茶皂素、碳酸氢钠和热水处理等外源因子与B.amyloliquefaciensHF-01结合使用防治沙糖桔采后青霉、绿霉和酸腐病菌的抑制效果。50μg·mL-1的茶皂素、2%的碳酸氢钠和45℃热水处理2min均可以显著提升拮抗菌HF-01的生防效力。各组合处理对沙糖桔采后人工接种和自然发病均具有很好的抑制作用,生防效力与化学杀菌剂抑霉唑相当,沙糖桔自然贮藏发病率控制在5%以下,且对水果品质无不良影响。
明确了解淀粉芽孢杆菌HF-01挥发物对柑桔采后病原真菌的离体活性及其活体抑病效果。电镜超微结构观察发现拮抗菌HF-01挥发物可以抑制柑桔绿霉孢子萌发和菌丝生长。采用SPME-GC/MS法提取分析并鉴定出19种挥发性物质成份,分别属于烷烃、醇、酮、酯、肟、酸及杂环类。对其中8种有机物的抑菌活性测定发现2-壬酮的抑菌活性最好,其它长链醇类和酮类虽然抑菌活性不高,但是可以抑制真菌色素的形成。
通过硫酸铵分级沉淀、DEAE Sepharose Fast Flow阴离子交换柱层析和SephacrylTM S-100(16/60)凝胶柱层析从B.amyloliquefaciens HF-01发酵液中分离纯化得到一种大小为42kDa左右的抑菌蛋白。运用MALDI-TOF-MS将分离纯化的抗菌蛋白鉴定预测为一种YnfF蛋白。该抗菌纯化蛋白可以有效抑制柑桔绿霉孢子萌发并致使菌丝出现扭曲畸形、呈现塌陷状、菌丝末端细胞膨大等异常现象。同时还可以破坏柑桔绿霉菌菌丝细胞膜结构,导致菌丝细胞膜透性增加。
对解淀粉芽孢杆菌HF-01中编码抑菌蛋白TasA的基因进行了克隆和原核表达并测定了表达产物的抑菌活性。应用PCR技术从解淀粉芽孢杆菌HF-01中克隆得到了基因TasA,该基因全长780bp,编码259个氨基酸(GenBank登录号为JF781312)。成功构建了含有目的基因的重组菌株E. coli BL21(DE3)(pEASY-E1-TasA)。22℃、0.6mmol/L IPTG诱导后,TasA基因在大肠杆菌(E.coli) BL21(DE3)中成功表达。平板抑菌试验结果表明,该表达产物对柑桔绿霉病菌的生长表现出一定的抑制活性。
本论支在系统研究解淀粉芽孢杆菌HF-01对柑桔采后病原真菌的生防效力的基础上,根据实验结果揭示解淀粉芽孢杆菌HF-01的多重生防机理包括:生态位点的抢占以及营养物质的竞争作用;诱导寄主产生抗病性,提高水果本身的抵抗力;产生抑菌活性物质如抗菌蛋白等抑制菌丝的正常生长和孢子的萌发,并破坏菌丝细胞膜结构从而干扰细胞膜通透性;抑菌性挥发性物质部分抑制了菌丝的生长和真菌色素的形成;TasA蛋白的抑菌作用且与拮抗菌生物膜的形成和生防效力的发挥有关。