文献类型：学位论文

中文题名：侧孢短芽孢杆菌SN19-1对水稻白叶枯病的生防机理探究

作者：苏欣欣[1];

机构：[1]华东理工大学;

导师：王伟;华东理工大学|蒋贤权;华东理工大学

授予学位：硕士

语种：中文

中文关键词：生物防治;侧孢短芽孢杆菌;水稻白叶枯病菌;拮抗机理

摘要：水稻白叶枯病是对水稻造成严重危害的一类细菌性病害,目前比较传统的防治手段是施加化学农药和抗病品种的选育,但化学农药不仅会导致病原菌产生抗药性,还对生态环境造成破坏,也易残留在稻米上造成食品安全问题。水稻抗病品种容易随着病原菌的变异而失去抗性,故而研究与开发更加安全环保、高效的生物防治手段是势之所趋。我们实验室分离得到一株侧孢短芽孢杆菌SN19-1(Brevibacillus laterosporus SN19-1),其对多种植物病原细菌具有较好的拮抗作用,对番茄青枯病防治效果显著。已经完成了针对生物量和芽孢率的发酵工艺的优化以及微胶囊制剂工艺的建立,并完成了全基因组测序,为其作为生物农药产业化应用奠定了坚实的基础。为了进一步拓展SN19-1的生防潜力,本研究开展了侧孢短芽孢杆菌SN19-1对水稻白叶枯病的防治作用研究,并探索了其抑制稻黄单胞菌的机制。首先通过平板拮抗法,发现SN19-1对多种病原真菌和病原细菌都有着良好的拮抗效果,确定了 SN19-1的抑菌谱,其对目标病原菌稻黄单胞菌抑制率高达75.56%。SN19-1能够产生纤维素酶、蛋白酶等多种水解酶,具备解有机磷、产嗜铁素和产IAA等功能,但无解无机磷和产ACC脱氨酶的能力。SN19-1发酵48 h后的无菌上清液可以有效抑制稻黄单胞菌的生长,确定了半抑制浓度。然后,通过SN19-1处理水稻种子,发现SN19-1活体可以促进种子萌发,上清液对种子的萌发率没有影响,但是能够在种子芽长和根的数目方面起到积极作用。SN19-1对水稻幼苗生长无显著促生作用。采用温室盆栽试验和叶片离体试验,SN19-1对水稻白叶枯病的防治效果分别高达90.92%和68.31%。最后,采用SN19-1的无菌上清液与稻黄单胞菌互作,根据稻黄单胞菌产生的一系列生理变化,发现SN19-1的多种代谢产物共同作用于稻黄单胞菌,影响其正常的生理代谢过程和某些致病相关的特性。在稻黄单胞菌致病因子方面,SN19-1的代谢产物对稻黄单胞菌的疏水性和生物膜形成能力造成显著影响,降低了其疏水性,也抑制了形成生物膜的能力,这能够使得稻黄单胞菌在水稻上的定殖和入侵维管束的过程受到影响,从而影响其致病性。在生理代谢过程方面,通过扫描电子显微镜观察,稻黄单胞菌在受到SN19-1无菌上清液作用后,菌体上出现了褶皱现象,上清液浓度提高时还出现了粘连在菌体之间的“丝带状”物质,可能是病原菌受到代谢产物的作用后刺激了聚-3-羟基丁酸酯(PHB)的产生。通过检测代谢产物对病原菌呼吸和能量代谢的影响,发现稻黄单胞菌的代谢活力、呼吸链脱氢酶活性和琥珀酸脱氢酶活性都受到显著的抑制,苹果酸脱氢酶活性和ATP酶活性受到的抑制作用相对微弱一些。受到上清液作用后,稻黄单胞菌的活性氧水平也大大提升,同时细胞膜通透性和细胞外膜渗透性显著提高,细胞膜流动性下降,胞内物质外渗导致细胞死亡,共聚焦显微镜下也能看到上清液作用时间越长,活性氧水平和细胞膜通透性越高。本研究进一步证实了侧孢短芽孢杆菌SN19-1有良好的生防潜力,其能够产生多种水解酶,具备解有机磷、解钾、产嗜铁素和产IAA等功能,对水稻白叶枯病具有显著的防治作用。阐明了 SN19-1防治水稻白叶枯病的防治主要针对病原菌本身。SN19-1代谢产物可使病原菌稻黄单胞菌细胞膜破损、菌体形态改变,胞内离子外泄,胞内外物质交换失衡,营养物质和一些大分子物质外泄,细胞膜上蛋白质的正常功能受限制,还影响TCA循环和糖代谢、抑制呼吸和能量代谢等,从而杀死病原菌。同时,SN19-1还通过影响病原菌的致病因子,致使病原菌侵染水稻时定殖能力下降,实现SN19-1对水稻白叶枯病的高效防治作用。为SN19-1作为水稻白叶枯病生物农药的开发奠定了理论基础。