提高生物拮抗菌对果实采后病害的生防效力研究

摘要 　　"随着人们对身体健康和环境污染的日益重视，化学农药作为控制果实采后病害的主要方法受到了很大限制，科学研究者不得不寻求更加安全有效的防治果实采后病害的新方法。生物防治以其对环境和人类健康不造成危害的优点而逐渐受到人们的青睐。然而，由于生物防治是以活菌为基础，有其局限性和时效性，单独使用拮抗菌很难达到化学药剂完全控制果实采后病害的效果，因此，提高拮抗菌的生防效力成为当今生物防治领域的研究重点。本文主要研究了拮抗菌与不同外源物质配合使用的抑病效果及协同抑病机理;拮抗菌对采前田间和采后贮藏环境条件的适应能力;以及采前应用拮抗菌对果实采后贮藏期间病害的生物防治效力。研究结果表明： 　　1、酵母拮抗菌Cryptococcus laurentii与低浓度化学杀菌剂imazalil（25g/ml）和kresoxim-methyl（50g/ml）配合使用可以显著提高对冬枣果实采后黑霉病（Alternaria alternata）和褐腐病（Monilinia fructicola）的防治效果，杀菌剂并不影响拮抗菌在冬枣果实伤口的生长动态。 　　2、酵母拮抗菌Pichia membranefaciens和C. laurentii 与钼酸铵（NH4-Mo，5 mmol/L）和碳酸氢钠（NaHCO3，2%）配合能够显著提高对甜樱桃果实采后褐腐病（M. fructicola）的抑病能力。通过in vitro和扫描电镜观察结果表明，NH4-Mo和NaHCO3能够显著地抑制病原菌M. fructicola在培养基和果实伤口的生长，具有杀菌作用。 　　3、酵母拮抗菌C. laurentii和Rhodotorula glutinis与硅酸钠（Na2SiO3）配合使用对甜樱桃果实采后青霉病（Penicillium expansum）和褐腐病（M. fructicola）以及对冬枣果实青霉病（P. expansum）和黑霉病（A. alternata）的防治效果更好。经in vitro和扫描电镜观察表明，Na2SiO3对病原菌在培养基和果实伤口的生长有明显的抑制作用。同时，Na2SiO3还能诱导果实苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）等抗性相关酶活性的提高。 　　4、酵母拮抗菌R. glutinis与水杨酸（SA，0.5mmol/L）配合可显著提高对甜樱桃果实采后青霉病（P. expansum）和黑霉病（A. alternata）的抑病能力。SA不影响拮抗菌在果实伤口的生长，in vitro实验中低浓度的SA对病原菌孢子萌发和芽管伸长也没有抑制作用。SA可能是通过诱导果实产生抗性来协同提高拮抗菌的抑病效果，而不是直接抑制病原菌生长。 　　5、酵母拮抗菌C. laurentii和R. glutinis在气调（Controlled atmospheres, CA）贮藏条件下对樱桃果实采后青霉病（P. expansum）和黑霉病（A. alternata）的防治效果显著提高。气调贮藏不抑制拮抗菌在甜樱桃果实伤口的生长。 　　6、采前应用酵母拮抗菌C. laurentii 和R. glutinis能够显著抑制甜樱桃果实在采后不同贮藏环境下的发病率。拮抗菌能够在田间果实表面生长并一直保持较高的数量。在试验的三种酵母拮抗菌中，C. laurentii的防病效果最好，该菌不仅能在果实表面迅速生长，也能适应低温和CA贮藏环境。"

酵母拮抗菌的抑病效力、规模化培养及相关机理研究

我们实验室从果实表面分离获得的酵母拮抗菌已经证明能有效防治各种果实采后主要病害，为了加快生物拮抗菌的商业化应用，本文在完善拮抗菌抑病机理的基础上，重点研究了拮抗菌规模化培养条件，生物菌剂制品的稳定性，以及拮抗菌对环境胁迫的生理反应。主要研究内容包括：（1）分析酵母菌拮抗菌、病原菌与果实之间的互作效应及其影响因子;（2）筛选酵母拮抗菌规模化培养的最佳营养配方及培养条件;（3）优化酵母拮抗菌干粉与液体剂型的制备方式;（4）研究酵母拮抗菌在不同剂型中生活力下降的可能机理;（5）探讨酵母拮抗菌次生代谢产物的抑菌效果。研究结果如下： 1、单独接种Monilinia fructicola或同时接种M. fructicola和Cryptococcus laurentii均能诱导甜樱桃果实SOD、CAT和POD等抗氧化酶活性升高并加速脂质过氧化，同时伴有PPO同工酶新酶带出现。病原菌M. fructicola和Penicillum expansum在接种初期均显著促进拮抗菌C. laurentii在桃果实伤口处的生长。C. laurentii在接种24h内显著抑制桃果实LOX活性、O2•-产生与H2O2积累。单独接种病原菌能显著诱导桃果实LOX活性升高，促进O2•-产生，但抑制H2O2积累。病菌侵染后果实中 O2•-增加，以及H2O2的降低可能是桃果实对病原菌侵染的一种生理应答方式。 2、抗坏血酸钠能显著提高C. laurentii对甜樱桃果实褐腐病的防治效果，较低浓度的拮抗菌（ 1×107 cells mL-1）与200mM抗坏血酸配合使用可以达到较高浓度拮抗菌（1×108 cells mL-1）单独使用对M. fructicola的防治效果。抗坏血酸钠的协同抑病机理可能是在抑制病原菌生长的同时，也抑制了果实的抗氧化酶活性，从而加速了脂质过氧化过程。 3、酵母菌产业化培养条件的筛选结果表明，不同拮抗菌对培养基中营养物质的需求不一样，培养所需的温度有差异。在120L发酵罐的中试实验表明两种拮抗菌采用筛选出的最佳培养条件均得到浓度大于1× 109 CFU mL-1的菌悬液。 4、保护剂种类是影响Rhodotorula glutinis 和 C. laurentii两种酵母拮抗菌冷冻干燥效果的最主要因素，但保护剂效果的发挥依赖于其浓度与酵母菌生长阶段。无菌水和PBS（100mM, pH5.8）可以作为拮抗菌C. laurentii液体剂型的有效保护剂，而柠檬酸钠（100mM, pH5.8）则诱导拮抗菌C. laurentii的生活力快速丧失。 5、酵母菌拮抗菌冻干制品的研究表明，在胁迫环境下酵母菌生活力快速丧失与大量产生活性氧有关，这暗示活性氧的产生可能是导致酵母菌细胞死亡的主要因素。柠檬酸钠（100mM, pH5.8）对C. laurntii死亡的诱导效应受柠檬酸根浓度和介质酸度的双重影响。活性氧在柠檬酸钠诱导酵母菌生活力快速丧失中大量产生并发挥重要作用。 6、酵母拮抗菌能够产生某些对果实采后病原真菌具有抑制效果的挥发性和不挥发性物质。同一种酵母菌产生的物质对不同病原菌有不同的拮抗效果，而不同酵母菌对同一种病原菌的拮抗效果也不完全相同。但是，不同类型的培养基对拮抗菌产生的抑菌物质有明显的影响。

海藻糖提高酵母拮抗菌生活力和生防效力的作用机制

近年来，利用酵母拮抗菌进行果实采后病害的生物防治已经成为果实采后领域的研究热点。但是，在实际应用中生物拮抗菌制剂的防病效果远不如化学药剂稳定。由于生物拮抗菌是活体，生活力和生防效力易受诸多因素影响。在商品化制剂的剂型加工、销售、以及使用过程中的环境条件往往影响酵母拮抗菌的生活力和抑病能力，成为酵母拮抗菌产业化生产和商品化应用过程中的一个主要障碍。将酵母拮抗菌和其它化学物质配合使用可以提高拮抗菌的生防效力。另外，增加酵母拮抗菌对逆境条件的耐受力也是增加或稳定其防治效果的有效途径。本文研究了海藻糖与酵母拮抗菌生活力和生防效力的关系，通过生理手段提高了酵母拮抗菌内源海藻糖的含量，同时探讨了在多种逆境条件下内源海藻糖含量对酵母拮抗菌生活力和生防效力的影响及其作用机制。主要研究结果如下： 1. 以1 %海藻糖作为碳源培养酵母拮抗菌Cryptococcus laurentii可以提高其内源海藻糖含量。在in vitro试验中，提高内源海藻糖含量可以提高C. laurentii在低温（1 ºC）、气调（1 ºC，5 % O2，5 % CO2）条件下的生活力;在in vivo试验中，提高C. laurentii内源海藻糖含量可以提高其在苹果果实伤口上的种群密度和对苹果青霉病的防治效果。内源海藻糖的积累还能提高C. laurentii冷冻干燥后的生活力，海藻糖对酵母细胞质膜的保护作用可能是一个主要原因。 2. 以1 %海藻糖作为碳源能提高酵母拮抗菌Rhodotorula glutinis的内源海藻糖含量。内源海藻糖含量的增加可以提高C. laurentii和R. glutinis在慢速冷冻处理中的生活力。同时，海藻糖作为外源保护剂可以明显提高两种酵母拮抗菌在冷冻干燥处理后的生活力。在快速冷冻、慢速冷冻和冷冻干燥处理中，提高酵母拮抗菌的内源海藻糖含量并使用海藻糖作为外源保护剂可以获得更高的生活力。同时，这种内、外源保护因子的综合作用也可以提高两种拮抗菌在苹果果实伤口上的种群密度和对苹果青霉病的防治效果。 3. 脱脂牛奶和糖（葡萄糖，半乳糖，蔗糖，海藻糖）作为保护剂可以提高C. laurentii冷冻干燥后在常温（25 ºC）和低温（4 ºC）保存过程中的生活力。脱脂牛奶和糖保护剂的复合使用对C. laurentii的保护效果高于其单独使用的效果。通过对几种常用的碳源进行筛选，发现柠檬酸作为碳源对C. laurentii内源海藻糖的积累有明显的诱导作用。当使用相同的保护剂或保护剂组合时，高内源海藻糖含量的酵母拮抗菌生活力更强。当冷冻干燥前使用半乳糖 + 脱脂牛奶作为保护剂时，高内源海藻糖含量的C. laurentii在4 ºC保存90 天后对苹果青霉病的防治效果和与新鲜培养的酵母拮抗菌相当。 4. 酵母拮抗菌C. laurentii冷冻干燥后在常温(25 ºC)保存期间，细胞生活力下降，细胞膜的完整性降低，胞内活性氧水平增加，同时与抗氧化相关的超氧化物歧化酶（SOD）活性也增加，而过氧化氢酶（CAT）活性则下降。提高内源海藻糖含量和/或使用外源保护剂（5 %脱脂牛奶 + 10 %葡萄糖）可以减缓上述指标下降或上升的速度。内、外源因子的共同作用有利于提高对拮抗菌细胞的保护作用。 5. 利用褐藻酸钠制成的含酵母拮抗菌的胶球在干燥后能有效的保持C. laurentii的生活力。在3种不同粘度的褐藻酸钠中，0.5 % 3500 cp的褐藻酸钠表现出较好的保护效果。内源海藻糖的积累可以提高干胶球中C. laurentii的生活力，作为外源保护剂的4种糖（葡萄糖、半乳糖、蔗糖、海藻糖）中只有海藻糖在低温条件下可以提高C. laurentii的生活力，其它3种糖反而降低了C. laurentii的生活力。

外源物质对酵母拮抗菌生活力的影响

　　近年来，酵母拮抗菌在水果采后病害防治中展示了良好的应用前景。然而，在实际应用中,酵母拮抗菌在逆境条件下会因为发生凋亡或细胞损伤而引起生活力的下降，最终导致拮抗菌抑病能力降低。研究酵母拮抗菌生活力下降的规律，提高酵母拮抗菌的生产效率，减少剂型加工过程中的细胞损伤，增强其对逆境条件的耐受力是增加或稳定生防制剂防治效果的有效途径。本文主要研究酵母拮抗菌正常培养过程中生活力下降的规律，筛选剂型加工过程中对酵母拮抗菌具有保护作用的化学物质，并对酵母拮抗菌的培养条件进行了优化。主要研究结果如下： 　　1. 在正常培养过程中，酵母拮抗菌Rhodotorula glutinis和Cryptococcus laurentii中细胞染色质凝集或细胞膜破损的发生一般在6天以后。外源加入的N-乙酰半胱氨酸及硅酸钠等物质在超过一定浓度时会加速酵母菌的死亡。 　　2. 在不同的液体悬浮制剂中，对R. glutinis而言，使用磷酸缓冲液（PBS）悬浮时保护效果最好；而C. laurentii悬浮在NYDB培养基中或海藻糖、乳糖溶液中时的生活力最高。 　　3. 以10 %葡萄糖 + 5 %脱脂牛奶作保护剂，可以有效地保持酵母拮抗菌C. laurentii冻干制剂的生活力，配合使用的保护效果高于它们单独使用时的保护效果。添加1 mM N-乙酰半胱氨酸能更好地保持拮抗菌制剂在常温保存过程中的生活力，这可能与这种还原性物质缓解了细胞内活性氧的积累有关。 　　4. 不同酵母拮抗菌对不同碳、氮源的利用能力有明显差异。在9种不同的碳源和10种不同的氮源中，Pichia membranefaciens能够最有效利用的碳、氮源是葡萄糖、果糖和多价胨，而Candida guilliermondii的最佳碳源和氮源分别是果糖和肉蛋白胨。

酵母拮抗菌和外源水杨酸对核果类果实抗病相关基因的诱导表达

在果实采后贮藏过程中，病原真菌的侵染会引起果实腐烂，造成巨大的经济损失。利用生物和非生物因子诱导果实抗病性，已经成为采后病害防治领域的一个研究热点。本文主要利用RT-PCR和RACE技术克隆果实抗病相关基因，通过分子杂交和蛋白羰基化免疫检测技术，研究了外源SA和酵母拮抗菌诱导果实抗病性机理，结果表明： 1. 通过优化RNA提取方法，能从含有多糖的冬枣、葡萄、甜樱桃、桃、番茄等果实中提取到质量较好的RNA，用于RT-PCR和Northern杂交。 2. 采用RT-PCR和RACE方法，从甜樱桃果实克隆了两个抗氧化相关基因CAT2（Genbank：EF165590）和GPX（Genbank：EF165591）和两个PR基因GLU-1（Genbank：EF177487）和GLU-3（Genbank：EF177488)。其中CAT2全长cDNA序列为1479 bp，编码492个氨基酸；GPX全长cDNA序列为513 bp，编码170个氨基酸；GLU-1全长cDNA序列为1050 bp，编码349个氨基酸；GLU-3部分cDNA序列为454 bp，编码141个氨基酸。 3. 酵母拮抗菌Pichia membranaefaciens处理不同成熟度的甜樱桃果实，能显著降低果实贮藏期间青霉病（Penicillium expansum）的发生，并且对低成熟度果实的病害防治效果更为明显。酵母拮抗菌的抑病机理与减轻了甜樱桃果实蛋白羰基化程度，诱导了果实抗氧化酶基因（CAT和GPX）和PR基因（GLU-1）的表达和提高了抗氧化酶（CAT和GPX）和β-1,3-葡聚糖酶的活性有关。 4. 四种酵母拮抗菌P. membranaefaciens, Cryptococcus laurentii, Candida guilliermondii和Rhodotorula glutinis处理桃果实，可显著降低贮藏期间的褐腐病（Monilinia fructicola）。这是由于酵母拮抗菌能抑制病原菌侵染造成的氧化胁迫和蛋白羰基化。此外，酵母拮抗菌处理还能显著诱导CAT、POD、几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶活性及相应基因的表达。 5. 水杨酸（SA，2 mM）处理采后不同成熟度的甜樱桃果实，能显著降低青霉病的危害。其抑病机理与SA处理能减轻P. expansum侵染引起的果实蛋白羰基化程度，显著提高CAT、GPX和β-1,3-葡聚糖酶基因的表达和相关的酶的活性有关。而2 mM的SA处理对P. expansum的生长没有直接抑制作用。 6. 水杨酸（SA，2 mM）与P. membranaefaciens（1×108 CFU/ml）配合处理能显著降低低温贮藏期间桃果实的褐腐病，并能提高几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶和POD的活性和相关基因的表达。另外，2 mM的SA对拮抗菌P. membranaefaciens的生长没有影响，但能够抑制病原菌M. fructicola的孢子萌发和菌丝扩展。

Photoregulated or energy dependent process of hormogonia differentiation in Nostoc sphaeroides Kutzing (Cyanobacterium)

Hormogonium, which was thought to play an important role in the dispersal and survival of these microorganisms in their natural habitats, is a distinguishable developmental stage of heterocystous cyanobacteria. The present study examined the effects of different light conditions and sugars on the differentiation of Nostoc sphaeroides Kutzing to the hormogonia stage. Results showed that differentiation of hormogonia was light dependent in the absence of sugar, but that close to 100% of cyanobacteria differentiated to hormogonia in the presence of glucose or sucrose, irrespective of the light conditions. This differentiation was inhibited, even in the presence of sugars, upon application of an inhibitor of respiration. Following the testing of different sugars, the effects of different lights were examined. It was found that 5 10 μ mol.m(-2)• s(-1) photon flux density was optimal for hormogonia differentiation. One hundred percent differentiation was obtained with white light irradiation, in contrast with irradiation with green light (80% differentiation) and red light (0-10% differentiation). Although they showed different efficiencies in inducing hormogonia differentiation in N. sphaeroides, the green and red radiation did not display antagonistic effects. When the additional aspect of time dependence was investigated through the application of different light radiations and an inhibitor of protein synthesis, it was found that the initial 6 h of the differentiation process was crucial for hormogonia differentiation. Taken together, these results show that hormogonia differentiation in N. sphaeroides is either a photoregulated or an energy dependent process.

Comparative study of estrogenic potencies of estradiol, tamoxifen, bisphenol-A and resveratrol with two in vitro bioassays

This study was undertaken to compare the sensitivity of two in vitro screening test methods and to determine the accuracy of predicted response to spiked laboratory water samples. A newly developed enzyme-linked receptor assay (ELRA) and a widely used yeast estrogen screen (YES) assay were selected to evaluate the estrogenic responses. Four natural, pharmaceutical, xenobiotic or phytobiotic chemicals: 17beta-estradiol (E2), tamoxifen, bisphenol-A and resveratrol were examined, and 17beta-E2 was used as a positive control. 17beta-E2 can strongly induce estrogenic response in both test systems, however, ELRA was found to be more sensitive to 17beta-E2 with a detection limit of 0.07 mug/l compared to 0.88 mug/l in YES assay. Similar results were obtained for bisphenol-A and resveratrol, and their estrogen potencies relative to E2 (100%) determined by ELRA were at least 5.6 times greater than produced by YES assay. ELRA was unable to distinguish the anti-estrogen tamoxifen and YES assay is also poor at distinguishing. Comparison of response to spiked laboratory water samples show that ELRA can give accurate determination to all four chemicals with recoveries among 70-120%, while YES can only give accurate determination to 17beta-E2 and bisphenol-A with recoveries among 69-112%. The comparative results provide evidence that ELRA is more suitable for rapid screening estrogenic potency of the environmental samples. Combination of ELRA and mammalian cellular assay will constitute an advantageous test to specify agonistic or antagonistic effects. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

杉木连栽致害真菌拮抗菌Bacillus subtilis3728的研究

杉木是我国重要的速生丰产树种，分布在北纬21°41′到33°41′，东经102°到122°的广大地区，杉木人工林面积约占我国人工林总面积的1/4，随着连栽代数的增加，土壤中毒和生产力下降程度日趋严重。 本论文以分离自与红树林、珍珠贝、海兔子、海绵、软珊瑚等与海洋动、植物共栖或共生存的106株海洋微生物(54株放线菌，52株细菌)为资源，以杉木连栽致害真菌尖孢镰刀菌萎蔫专化型(Fusarium oxysporum f.sp.vasinfectum)菌株SF2为靶菌，通过平板对峙试验和土壤原位定殖试验，筛选到一株分离自红树林木榄(Bruguiera gymnorrhizo)根际土壤的海洋细菌3728菌株；该菌对SF2具有很强抑菌活性，能够高密度在杉木根际土壤中定殖，对杉木幼苗的生长有一定的促进作用。采用传统的细菌学和分子生物学的鉴定方法对其进行了菌种鉴定，为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。 通过对抗菌谱的研究，发现海洋细菌3728除了对杉木连栽主要致害真菌尖孢镰刀菌萎蔫专化型菌株SF2有很强的抑菌活性外，对大豆连作致害菌 (Penicillium purpurogenum)，棉花枯萎病菌(Fusarium oxysporum)，棉花立枯病菌(Rhizoctonia solani)，大豆根腐病菌(Fusarium solani)以及小麦赤霉病菌(Fusarium graminerum)等也有较强的抑制作用。室内模拟试验还表明，在土壤中接种海洋细菌3728后，能够明显增加土壤中氨化细菌和氨化真菌的数量，能够增加土壤中功能性微生物——纤维素分解细菌和纤维素分解真菌的数量和种类，增强了纤维素分解能力。再添加C/N比较低的白三叶草凋落物，土壤中氨化细菌、氨化真菌的数量继续增加，土壤纤维素分解能力更显著提高。这为进一步开展对杉木连栽障碍的生物调控试验，提供了一定的科学依据。