96孔板高通量筛选多杀菌素高产菌株的研究

考察了刺糖多孢菌在96孔板固体培养基和液体培养基中的生长情况,建立了96孔板高通量筛选多杀菌素高产菌株的方法。结果表明：96孔板三明治盖能同时满足过滤杂菌和刺糖多孢菌生长耗氧所需,刺糖多孢菌在96孔板固体培养基中的生长情况与传统斜面培养相当,种子培养最适种龄为60 h,每孔发酵培养基装液量为0.4 mL。与传统摇瓶发酵筛选平台相比,该方法能显著提高多杀菌素高产菌株的筛选效率。     

刺糖多孢菌鼠李糖和福乐糖胺合成基因的克隆和组装

鼠李糖和福乐糖胺是多杀菌素生物合成必需的2个脱氧糖结构单元,负责其合成的4种酶的基因(gtt、epi、gdh、kre)与多杀菌素生物合成基因簇并不在一起,而是分散分布在染色体的3个位点上。为克隆到完整的多杀菌素生物合成基因簇,采用构建基因组文库、PCR扩增等手段从刺糖多孢菌NRRL18395染色体分别克隆gtt、epi、gdh和kre基因,并将其克隆组装在同一整合型载体上,以便于构建用于表达多杀菌素糖单元合成基因的表达载体。     

多杀菌素发酵培养基的研究

【目的】以刺糖多孢菌C4-10-8B为试验菌株,对多杀菌素发酵培养基进行优化,以提高刺糖多孢菌的多杀菌素发酵产量。【方法】采用单因素和多因素试验,分别考察了不同碳源、氮源、前体、无机盐和微量元素对多杀菌素生物合成的影响,最后通过正交试验综合考察发酵培养基中各组分对多杀菌素产量的影响。【结果】葡萄糖是较优碳源,最佳质量浓度为40.0 g/L,当葡萄糖与糊精(质量比5∶2)复配时,多杀菌素产量较对照培养基提高18.35%;棉籽蛋白为最优氮源,25.0 g/L棉籽蛋白与15.0 g/L玉米蛋白胨或0.6 g/L硫酸铵复配时,多杀菌素产量分别较对照提高40.0%和45.3%;乙酸钠和谷氨酰胺质量浓度为1.0 g/L时,均能使多杀菌素产量较对照提高21.5%;K2HPO4对多杀菌素合成有明显的促进作用,在其质量浓度为2.5 g/L时,多杀菌素产量较对照提高24.5%;ZnCl2对多杀菌素合成也有促进作用,而MgSO4和CoCl2则显著抑制多杀菌素合成;通过2次正交试验获得最优发酵培养基,利用该培养基时多杀菌素产量可达395.54μg/mL,比对照提高了62.5%。【结论】多杀菌素生物合成的最优发酵培养基为:葡萄糖50.0 g/L,棉籽蛋白25.0 g/L,玉米蛋白胨20.0 g/L,(NH4)2SO40.8 g/L,谷氨酰胺1.25 g/L,乙酸钠0.8 g/L,NaCl 3.0 g/L,K2HPO42.5 g/L,FeSO450.0 mg/L,ZnCl225.0 mg/L,CaCO31.0 g/L。     

多杀菌素产生菌株航天育种效果研究

[目的]探索多杀菌素诱变育种的有效途径。[方法]对多杀菌素经"实践八号"育种卫星搭载后的菌株进行稀释涂布分离并对分离后的菌株进行筛选和发酵测定,计算多杀菌素总效价。[结果]搭载后的刺糖多孢菌SP1,经大量筛选得到2株高产且遗传性状相对稳定的菌株HY463和HY466,多杀菌素总效价分别达到147.51μg/ml和95.33μg/ml,产量分别比出发菌株SP1提高288%和151%。对搭载后的菌株进行稀释涂布分离发现,菌落形态各异,有草帽状、中间凹状、放射线状和宝塔状,并且以草帽状的菌落居多,且不同形态的突变菌株发酵水平也参差不齐。[结论]与UV6、0Co等其他诱变方法相比,空间搭载诱变更能使刺糖多孢菌的产素能力得到较大的提高,是选育多杀菌素高产菌株的有效方法。     

糖多孢菌属菌株的体内转座诱变系统

为实现糖多孢菌的体内转座诱变,采用刺糖多孢菌的强启动子促进Tn5转座酶基因tnp(5)的表达,优化链霉菌高效转座质粒pHL734,构建了转座质粒pJTn1、pJTn2、pJTn3、pJTn4、pJTn5、pJTn6。结果显示:pJTn1～pJTn6系列转座质粒均可在红色糖多孢菌中高效转座;pJTn1和pJTn5可在刺糖多孢菌中进行转座,获得31个刺糖多孢菌转座突变株;其中30个菌株的基因组中检测到标准的Tn5转座,8个突变株的多杀菌素产量显著降低。表明pJTn系列转座质粒可作为糖多孢菌的体内转座诱变工具,为抗生素的产量调控研究和高产育种靶标基因筛选提供理论依据。     

拟无枝酸菌宿主构建及次级代谢基因簇异源表达

为将生长快、发酵时间短、遗传操作便捷的稀有放线菌拟无枝酸菌TNS106开发成异源表达宿主,通过同源重组将内源的瑞斯托霉素生物合成关键基因rpsA替换为ΦC31和ΦBT1噬菌体细菌附着位点attB,清除代谢背景并引入整合位点,得到菌株HXR1;将含有来自天蓝色链霉菌的放线紫红素基因簇或来自刺糖多孢菌的多杀菌素基因簇的质粒转到HXR1进行异源表达,检测发酵产物。结果显示,HXR1成功表达放线紫红素和多杀菌素;与红色糖多孢菌宿主LJ161相比,放线紫红素的产生提前1 d,产量提高1.3倍。拟无枝酸菌异源表达宿主HXR1可为从链霉菌和稀有放线菌中发现新的次级代谢产物提供有用的平台。     

利用离子注入技术选育多杀菌素高产菌株

多杀菌素是由刺糖多孢菌（Saccharopolyspora spinosa）发酵产生的大环内酯类化合物,是一种应用前景广阔的生物农药。采用氮离子注入方法并结合前体和自身代谢物抗性来选育多杀菌素高产菌株。结果显示利用氮离子注入诱变刺糖多孢菌,其致死率曲线呈典型的马鞍形,并确定30 s×2.6×1013 ions/cm2的注入剂量用于进一步诱变筛选。通过前体及自身代谢物抗性筛选,最终得到5株多杀菌素高产菌株,其多杀菌素的最高产量比选育前提高了44%。表明该技术对多杀菌素高产菌株的选育是一种行之有效的方法。     

刺糖多孢菌分批发酵动力学研究

利用摇瓶培养试验研究了刺糖多孢菌Saccharopolyspora spinosa的分批培养过程中生物量、培养液pH、葡萄糖消长、多杀菌素含量等因素的变化规律。利用MATLAB软件对试验数据进行非线性回归，拟合出了细胞生长动力学模型、基质消耗动力学模型和产物生成动力学模型，得到了细胞生长量、残糖量、多杀菌素产量在发酵过程中随时间变化的规律，相关系数分别为0．98934、0．99266和0．98635．拟合曲线95％置信度区间分析的结果表明，该模型能够很好的反映出刺糖多孢菌分批发酵的过程．     

多杀菌素高产菌株的选育

根据多杀菌素的生物合成途径对多杀菌素产生菌株刺糖多孢菌(Saccharopolyspora spinosa)进行选育,并获得了高产菌种。首先对出发菌株S-203进行了自然选育,获得效价为643μg.mL-1的菌株S-306;在紫外线诱变的基础上,筛选丙酸钠耐性变株,得到菌株S-466,摇瓶发酵单位为871 mg·L-1,比自然选育获得的出发菌株提高了35%。其传代实验表明菌株S-466的高产遗传特性稳定,为应用于发酵罐进行工业化生产奠定了基础。     

利用抗生素抗性筛选技术和基因组重排技术选育刺糖多孢菌提高多杀菌素产量

以刺糖多孢菌(5accharopolyspora spinosa)ATCC49460为出发菌株,通过抗生素抗性筛选技木和基因组重排技术,提高次生代谢产物多杀菌素的产量。结果表明:通过抗生素抗性筛选技术获得的链霉素抗性菌株(Str-70)多杀菌素产量提高3.3倍,庆大霉素抗性菌株(Gen-139)多杀菌素产量提高2.9倍。将以上两种菌株再次作为出发菌株进行四轮基因组重排,获得的同时具有两种抗性的菌株(SG4-34)多杀菌素产量提高6倍。     

1株桉大毛虫病原真菌的分离鉴定及其寄主范围测定

【目的】明确1株从桉大毛虫上分离得到的虫生真菌的分类地位和生防潜力,为丰富虫生真菌资源及桉树林害虫的生物防治提供理论依据。【方法】采用常规组织分离法从自然感染死亡的桉大毛虫上分离病原菌,经致病性鉴定后,通过菌株形态学特征观察及rDNA-ITS、 EF1-α、 β-tublin基因序列联合构建系统发育进化树确定病原菌的分类地位;以不同环境条件下菌丝生长与产孢量为指标测定病原菌的生物学特性;用病原菌孢子液喷洒供试虫体测定其寄主范围;将病原菌孢子配制成不同浓度梯度的孢子悬浮液处理东亚飞蝗、红火蚁和马尾松毛虫进行毒力测定;使用病原菌生产的菌粉进行大田防治试验,调查防治效果。【结果】从罹病桉大毛虫上分离到1株虫生真菌菌株DMC01,经致病性鉴定确定其为桉大毛虫致死病原菌;经形态学特性分析和分子鉴定确定菌株DMC01为爪哇棒束孢（Isariajavanica）,全光照 （24 L∶0 D）、温度26 ℃、 pH 7、碳源为蔗糖、氮源为牛肉膏和酵母浸粉条件下最有利于其菌丝生长和产孢;菌株DMC01寄主范围初步测定其可寄生5目15种害虫,在1×108孢子/mL处理6~10 d后, 4龄东亚飞蝗、红火蚁和4龄马尾松毛虫的校正死亡率均达100.00%。2020年菌株DMC01菌粉对桉树林所有害虫的平均防效为51.9%,2021年平均防效达79.1%。【结论】从自然感染死亡的桉大毛虫上分离获得1株爪哇棒束孢菌株DMC01,该菌株对桉树林害虫具有高致病力,具有作为生防菌剂的潜力。     

高羊茅叶绿体表达载体构建及绿色荧光蛋白基因瞬时表达检测

 【目的】验证高羊茅叶绿体表达载体在高羊茅叶绿体中的瞬时表达情况,为今后在高羊茅叶绿体中稳定表达该载体,获得耐旱高羊茅的叶绿体转基因株系奠定基础。【方法】首先从高羊茅草叶绿体基因组中克隆16S/trnI-trnA/23S片段,作为定点整合同源片段。然后将耐旱相关基因酵母海藻糖合酶基因tps1与水稻叶绿体16S rRNA基因的强启动子Prrn、烟草叶绿体基因psbA的终止子构建表达盒（Prrn-tps1-TpsbA-ter）,连同草丁膦抗性基因bar表达盒、卡那霉素抗性基因nptII和绿色荧光蛋白基因gfp构建的融和基因表达盒一起克隆到定点整合同源片段之间,构建高羊茅叶绿体的稳定表达载体gTKGB。通过基因枪轰击法将gTKGB转化到高羊茅幼嫩叶片中,用激光共聚焦扫描显微镜对GFP的表达情况进行检测分析。【结果】克隆的高羊茅叶绿体基因16S-trnI-trnA-23S在NCBI登录号为：DQ490947－DQ490950。构建的叶绿体表达载体gTKGB转化高羊茅幼嫩叶片,在叶绿体中有很好的GFP表达。【结论】高羊茅叶绿体表达载体gTKGB可用于高羊茅叶绿体转化。     

玉米大斑病菌STK1原核表达载体的构建及其表达

【目的】构建玉米大斑病菌STK1原核表达载体并进行表达,以期得到带有His标签的目的蛋白。【方法】根据GenBank中STK1(AY849317)的cDNA序列及原核表达载体pET28a(+)中的多克隆位点设计引物,进行STK1的克隆和原核表达载体的构建。将重组载体在原核表达体系中进行表达。通过SDS-PAGE电泳鉴定蛋白的表达,并利用Western blot技术验证该蛋白是否为目的蛋白。【结果】STK1在大肠杆菌中的表达主要以包涵体形式存在;蛋白的分子量约为40.8kD;经1mmol·L-1 IPTG在37℃下诱导,9h后蛋白产量达到最高;经Western blot检测该表达产物具有His-6抗原性。【结论】玉米大斑病菌MAPK信号转导途径中的STK1在大肠杆菌中获得了表达,为今后STK1蛋白的多克隆抗体制备及功能研究奠定基础。     

玉米大斑病菌聚酮体合成酶基因 StPKS 功能分析

 【目的】利用RNA干扰技术初步探讨玉米大斑病菌聚酮体合成酶基因（StPKS）的功能。【方法】本试验将玉米大斑病菌StPKS基因片段连接到pSilent-1载体中,构建StPKS基因的RNA干扰载体pSilent-StPKS1-2。通过聚乙二醇介导的方法转入玉米大斑病菌野生型菌株01-23的原生质体,利用潮霉素筛选得到转化子,采用半定量RT-PCR方法分析转化子StPKS基因的表达情况,显微观察转化子与野生型菌丝形态的差异。【结果】本研究构建的StPKS基因RNA干扰载体对沉默该基因表达是有效的,经潮霉素抗性筛选,得到了30株阳性转化子,对其中5株黑色素积累下降、菌落颜色变浅的转化子进行了半定量PCR分析发现,5株转化子的StPKS基因表达量均有所下降;显微观察发现5株转化子的菌丝形态很不规则,发生了膨大、变形、分枝等现象。【结论】StPKS基因在DHN黑色素合成途径中起作用,其表达量下降会减少黑色素的产生,试验同时发现该基因与菌丝形态密切相关。     

南瓜及刺山柑多糖对小鼠免疫功能的影响

[目的]研究南瓜和刺山柑多糖对正常小鼠免疫功能调节作用的影响.[方法]利用超声提取法得到80;的乙醇粗提物,并绘制葡萄糖标准曲线.实验小鼠分为2组,将南瓜和刺山柑多糖配成(50mg/kg·d),分别经胃灌注南瓜及刺山柑多糖,每天1次连续7 d,对照组小鼠用等量蒸馏水代替.于实验第8 d进行小鼠体内免疫功能测试.[结果]南瓜和刺山柑多糖含量分别为67.30;和37.39;,南瓜多糖能提高小鼠免疫器官重量、巨噬细胞的吞噬功能,刺山柑多糖作用不明显.[结论]南瓜多糖具有免疫调节活性作用.     

樱桃叶斑病生防菌株萎缩芽孢杆菌菌株QH-588的筛选鉴定

【目的】从枸杞根际土壤中分离可拮抗樱桃叶斑病菌的细菌菌株,为樱桃叶斑病防治提供生防资源。【方法】利用稀释平板法从枸杞根际土壤中分离可培养细菌,以平板对峙法测定分离菌株对樱桃叶斑病菌杨柳刺盘孢菌（Colletotrichum salicis）、链格孢菌（Alternaria alternaria）和细极链格孢菌（A. tenuissima）的拮抗效果,结合形态学、生理生化特性和基于16S rDNA、GyrA和GyrB基因序列的系统发育分析对拮抗菌株进行鉴定;通过显微镜观察拮抗菌株对靶标病原菌菌丝形态和孢子萌发的影响,选用樱桃离体叶片培养测定其对樱桃叶斑病的预防和防治效果。【结果】从枸杞根际土壤中共分离获得660株细菌,有10株细菌对供试靶标病原菌具有较强的拮抗效果,其中有4株细菌（QH-588、QH-668、QH-667和QH-664）的发酵液对靶标病原菌的抑制率超过50.00%,经鉴定,菌株QH-588为萎缩芽孢杆菌（Bacillus atrophaeus）,菌株QH-664、QH-667和QH-668为枯草芽孢杆菌（B. subtilis）。通过显微观察发现,萎缩芽孢杆菌菌株QH-588可明显抑制靶标病原菌的菌丝生长和孢子萌发;生防效果测定结果表明,菌株QH-588发酵液在樱桃离体叶片上对靶标病原菌具有预防和防治作用。【结论】萎缩芽孢杆菌菌株QH-588具有防治樱桃叶斑病的生防潜力。     

小檗内生放线菌H21的鉴定及抑菌活性成分分析

【目的】从药用植物小檗（Berberis thunbergii）中筛选抗菌活性内生放线菌,对活性菌株的分类地位及抑菌活性进行研究,分离并鉴定候选菌株发酵液中活性成分的化学结构及其抑菌活性,为农用杀菌剂的创制提供依据。【方法】采用选择性培养基从小檗叶片分离内生放线菌,16S rDNA法进行菌株鉴定;采用管碟法测定发酵液对烟草青枯病菌 （Ralstonia solanacearum）等7种供试菌的抗细菌活性,采用抑制菌丝生长速率法测定发酵液对番茄灰霉病菌（Botrytis cinerea）等7种植物致病菌的抗真菌活性;依次采用大孔树脂吸附、硅胶柱层析及反相高效液相色谱（HPLC）等技术分离纯化活性组分;采用核磁共振波谱（NMR）和质谱（MS）技术对分离到的活性成分进行结构鉴定;采用微量肉汤稀释法测定化合物对烟草青枯病菌等7种细菌的最低抑菌浓度,抑制孢子萌发法和菌丝生长速率法测定化合物对番茄灰霉病菌的抗菌活性。【结果】分离到一株活性菌株H21,该菌株经16S rDNA序列分析鉴定为链霉菌（Streptomyces sp.）;除铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）外,H21菌株发酵液对烟草青枯病菌、猕猴桃溃疡病菌（Pseudomonas syringae pv. actinidiae）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、大肠埃希氏菌（Escherichia coli）等多种病原细菌有明显的抑菌活性;H21发酵液对番茄灰霉病菌表现出较强的抑制菌丝生长作用,对其他供试病原真菌无明显的抑菌活性;从H21菌株发酵液中分离鉴定了3个化合物,分别为N-乙酰基-2-(4-羟苯基)乙胺、环-（L-亮氨酸-L-精氨酸）和二硫吡咯类抗生素-全霉素;全霉素为广谱抗生素,其对烟草青枯病菌、猕猴桃溃疡病菌、蜡状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、大肠埃希氏菌和金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度（MIC）分别为0.156、0.313、0.078、0.313、0.156和0.313 µg·mL^-1;对番茄灰霉病菌菌丝生长和孢子萌发的抑菌中浓度（IC₅₀）分别为13.56和7.89 µg·mL^-1。【结论】小檗内生菌放线菌H21可能是一种新的全霉素产生菌,其对植物致病细菌烟草青枯病菌和猕猴桃溃疡病菌有抗菌活性,全霉素对于开发针对致病细菌的农用杀菌剂具有重要的参考价值。     

农杆菌介导瞬时沉默小麦HCP1的研究

【目的】建立农杆菌介导的瞬时沉默小麦HCP1的方法,为简便、快速、高效地研究小麦基因功能提供一种可靠的技术支持。研究HCP1在叶锈菌侵染过程中对H₂O₂的清除作用,为阐明小麦抗叶锈菌侵染中信号转导机制奠定理论基础。【方法】采用农杆菌注射法,将携带有peGFP载体的农杆菌注射到小麦叶片中,观察叶片中荧光强度及分布,分析外源质粒在小麦叶片中的表达情况。通过注射EHA105、LBA4404和C58C1 3种不同的农杆菌菌株,将HCP1的RNAi载体导入小麦叶片细胞中,利用半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR检测HCP1瞬时沉默效率,并结合Rohringer染色分析,明确不同农杆菌对寄主叶片侵染能力的强弱,从而筛选出最适的试验菌株。在瞬时沉默的小麦叶片上,接种不亲和叶锈菌小种260,利用DAB染色,观察接种叶锈菌后叶片中H2O2的变化,分析HCP1在小麦与叶锈菌互作过程中的功能。【结果】叶片GFP荧光观察结果说明,在注射农杆菌48 h后GFP开始出现较高表达。RT-PCR和qRT-PCR结果表明,注射C58C1菌株的叶片12 h后,HCP1的表达量开始降低,并持续保持较低的表达量。注射EHA105菌株的叶片,在注射后72-96 h,HCP1的表达量迅速降低。而注射LBA4404菌株的叶片中HCP1的表达量基本没有变化。所以在3种不同农杆菌菌株介导的HCP1 RNAi转化中,沉默效率依次为：C58C1≥EHA105＞LBA4404。注射不同农杆菌菌株叶片的Rohringer染色结果发现,EHA105侵染后引起的HR反应较其他两种菌株明显,说明EHA105对小麦叶片具有较高毒性,会引起叶片产生防卫反应,C58C1菌株在具有较高的沉默效率同时,对叶片的毒性较小,因此选取C58C1作为最适的试验菌株;沉默HCP1的小麦叶片接种叶锈菌小种260后,通过DAB染色发现,接种24 h和48 h后叶锈菌侵染诱发的小麦叶片H₂O₂的分布及积累量均多于对照组。【结论】建立了农杆菌介导的瞬时基因沉默体系,选用C58C1农杆菌菌株作为试验菌株,在处理后72 h可达到沉默目的基因的效果。确定HCP1参与了小麦与叶锈菌互作过程中H₂O₂的清除途径。     

鱼腥草炭疽病病原鉴定及室内药剂筛选

【目的】明确鱼腥草炭疽病病原菌种类,筛选出有效的防治药剂,为鱼腥草炭疽病大田防治提供参考。【方法】采用组织分离法对湖北省宜昌市当阳市两河镇鱼腥草炭疽病病原菌进行分离,基于柯赫氏法则进行病原菌致病性测定,并对病原菌的ITS、GAPDH、TUB2、ACT和CAL基因序列进行扩增,结合多基因序列分析和形态学特征对病原菌进行种类鉴定,利用菌丝生长速率法测定病原菌生物学特性和5种常用杀菌剂对病原菌的室内毒力。【结果】从病叶样本中共分离获得6株菌株,选取具有代表性的菌株YXC26进行形态特征和致病性测定。致病性测定结果显示菌株YXC26为鱼腥草炭疽病致病菌。结合菌株YXC26形态观察和多基因序列分析结果,确定菌株YXC26为胶孢炭疽菌（Colletotrichum gloeosporioides）。菌株YXC26生物学特性测定结果显示,菌株YXC26菌丝生长的最适pH为6,最佳碳源为麦芽糖和葡萄糖,最佳氮源为酵母提取物和牛肉浸粉,菌丝致死温度为53℃处理10 min。5种供试杀菌剂中,50%多菌灵可湿性粉剂对菌株YXC26菌丝生长的抑制效果最好,其抑制中浓度（EC₅₀）为0.04 mg/L;其次为25%吡唑醚菌酯悬浮剂,其EC₅₀为0.14 mg/L;62%嘧环·咯菌腈水分散粒剂的EC₅₀为1.16 mg/L,抑制效果也较好;30%甲霜噁霉灵水剂和250 g/L嘧菌酯悬浮剂的EC₅₀均超过30.00 mg/L,抑制效果较差。【结论】湖北省宜昌市当阳市两河镇鱼腥草炭疽病病原菌为胶孢炭疽菌。50%多菌灵可湿性粉剂、25%吡唑醚菌酯悬浮剂和62%嘧环·咯菌腈水分散粒剂对鱼腥草炭疽病菌菌丝生长均有较好的抑制作用,可作为鱼腥草炭疽病田间防治的候选药剂。