芽孢杆菌产生的挥发性物质抑制水稻黄单菌生长机制的初步研究开题报告

 2023-02-10 04:02

1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)

细菌产生的次级代谢产物可在生物防治中发挥重要作用。细菌可产生的抗菌物质,研究最多的是芽孢杆菌(bacillus. sp)。自1945 年 johnson 等[1]报道枯草芽孢杆菌分泌抗菌物质以来,目前人们已从芽孢杆菌的不同菌株中发现60 多种抗生素。这类次生代谢产物除了对病原真菌、细菌、病毒有抑制作用外,还对芽孢杆菌生物膜形成、诱导植株产生抗病性均有影响。芽孢杆菌(bacillus)属细菌中的很多种类如枯草芽孢杆菌(b. subtilis)和解淀粉芽孢杆菌(b. amyloliquefaciens)等,是重要的植物根围促生长细菌(plant growth- promoting rhizobacteria,pgpr),也是研究pgpr与植物有益互作的模式菌株之一。由于芽孢杆菌属细菌能产生抗逆性较强的芽孢,其在应用领域的研究也相对较多。许多芽孢杆菌菌株都被开发成商品化的生防制剂,如gb03、fzb42和mbi600等。化学农药巨头拜耳公司也投入巨资研发此类制剂,其开发的两个芽孢杆菌类生物农药产品kodiakconcentrate和yield shieldconcentrate biological fungicides,已获epa登记,用于种子处理。因此,研究芽孢杆菌与植物互作机制是开发此类生防制剂的理论基础。

抗菌物质鉴定、合成机理研究的是芽孢杆菌与植物互作的重要内容。芽孢杆菌能产生丰富的抗菌活性物质,如非核糖体途径合成的脂肽化合物(lipopeptide)[2]和聚酮化合物(polyketide)[3],脂肽化合物包括表面活性素(surfactin)、伊枯草菌素(iturin)和泛革素(fengycin),而聚酮化合物主要有bacillaene和difficidins。芽孢杆菌非核糖体途径合成的脂肽化合物和聚酮化合物具有抑制真菌、细菌、病毒和菌原体等作用[4-6],它们也参与细菌重要功能结构生物膜(biofilm)的形成。芽孢杆菌还能通过核糖体途径合成重要的小分子抗菌化合物和其他生物活性物质,如tasa[7], subtilosin[8], sublancin [9]和 bacilysocin [10]。芽孢杆菌产生的这些抗菌物质是其在不同生境中生存和与其他微生物竞争的重要武器,也是芽孢杆菌防治植物病害的重要法宝。

最近的研究表明,芽孢杆菌属细菌能产生一类挥发性物质,这类物质具有抑菌以及促进植物生长的活性,如2,3-丁二醇和3-羟基-2-丁酮能促进植物生长,还能诱导植物抗病性 [11-13]。细菌产生的挥发性抑菌物质包括醛类、醇类、酮类和硫化物。挥发性物质具有低分子量、弱极性、高蒸汽压、亲脂性等特点,与其他次级代谢产物相比,这类物质更易在土壤或空气中渗透和扩散,介导有机体间非直接接触的相互作用以及低浓度能够被感知等优势,从而更有效地抑制病原菌,达到防治植物病害以及促进植物生长的作用。挥发性物质能从一个新的视角阐释芽孢杆菌与植物互作的机理。

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2. 研究的基本内容和问题

本项目鉴定芽孢杆菌OKB105、D13菌株产生的能抑制水稻黄单胞菌(Xanthomonas oryzae)的挥发性物质,并研究这类物质的作用机理。

本项目拟解决的关键问题是挥发性抑菌物质的鉴定。

3. 研究的方法与方案

研究方法:

挥发性物质进行定性分析:

(1) 筛选出对xoo起明显作用的化合物

在具分隔的培养皿中,一边倒入na固体培养基,另一边倒入lb固体培养基(两边培养基均不没过横隔)。待培养基冷却凝固后,用灭过菌的枪头在na培养基上滴加10 l108 cfu ml-1 xoo菌液,然后,在另外一边lb培养基中,滴加相应浓度的挥发性物质0.1μl和1μl。其中,环庚三烯酮、3,5,5-三甲基己醇、3-甲基-1,2-环戊烷二醇和癸醇,这些固体纯品用二甲基亚砜(dmso)作为溶剂,浓度为1 g ml-1。液体试剂纯品月桂酸、十三酸、十四酸、软脂酸四种试剂也用dmso稀释至浓度为1 g ml-1。在lb培养基上加30 μl 108cfu/ml b. cereus d13 菌液做阳性对照,加100 l dmso和0.1 μl、1 μl超纯水做空白对照。每个处理做3次平行重复。待菌液吹干后,将培养皿密封后放入28℃的恒温培养箱中培养6 d后测量xoo菌落直径,观察结果。

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4. 研究创新点

特色或创新之处: 通过对芽孢杆菌产生的挥发性物质进行鉴定,以及阐明作用机理能从一个新的视角阐释芽孢杆菌与植物互作的机理

5. 研究计划与进展

2014年9-11月:(1)用GC-MS分析出的挥发物纯品与Xoo共培养,找出起主要作用的挥发性物质;(2)浓度梯度法找出挥发性物质抑制Xoo生长的最低浓度。

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