玉米内生芽胞杆菌的抗菌活性物质及其拮抗玉米大斑病菌机理的初步研究

为了研究生防菌株对玉米大斑病菌的抑菌作用,深化对生防菌抗菌机制的认识,本研究从玉米(Zea mays)植株体内分离拮抗玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)的内生细菌,对其抗菌物质及其抑菌机理进行初步研究。结果表明,所分离的内生菌株YY1经形态学观察、生理生化测定及16SrDNA序列分析,鉴定为枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)。菌株YY1发酵液的硫酸铵沉淀物具有抑菌活性,且在硫酸铵50%饱和度时抑菌活性最强,说明YY1菌株产生的抗菌活性物质可能是蛋白类物质。该菌株及其蛋白粗提液均对禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)、苹果轮纹病菌(Botryosphaeria dothidea)、灰霉病菌(Botrytis cinerea)、玉米弯孢霉叶斑病菌(Curvularia lunata)等7种植物病原真菌有较强的拮抗作用。用蛋白粗提液处理菌丝、分生孢子、原生质体后经显微观察发现,大斑病菌的基内菌丝由丝状畸变为串珠状,当蛋白粗提液浓度为0.78μg/μL时,可完全抑制分生孢子萌发,并导致原生质体裂解。通过抑制孢子萌发过程中信号途径相关基因的半定量RT-PCR分析和玉米大斑病菌不同信号途径相关基因突变体的抑制率统计,初步判定该抑菌过程主要通过cAMP信号转导途径发挥作用。本研究为寻找玉米大斑病菌新的防治方法和途径提供基础资料。     

玉米大斑病菌的胞外黑色素种类及影响其产量的因素

【目的】对玉米大斑病菌胞外黑色素的种类进行确定,探索影响玉米大斑病菌野生型菌株胞外黑色素产量的因素。【方法】利用酸碱沉淀法提取玉米大斑病菌01-23（野生型）菌株和1,3,8-三羟基萘还原酶（3HNR）基因缺失突变菌株ΔSt3hnr-3的胞外黑色素,采用红外光谱分析确定黑色素的种类。通过在培养基中添加不同的物质,确定影响胞外黑色素产量的因素。【结果】玉米大斑病菌胞外黑色素不同于DHN黑色素,2种黑色素的理化性质相似,溶解于热碱溶液,且与FeCl3反应产生沉淀。在振荡培养条件下,加入酪氨酸和三环唑分别使胞外黑色素的产量提高了2倍和1.5倍,而Cu2+浓度低于0.5 μmol•L-1利于胞外黑色素的合成,反之则表现抑制作用;pH值为6时较利于对胞外黑色素分泌。【结论】玉米大斑病菌胞外黑色素为DOPA黑色素类型,酪氨酸和三环唑对胞外黑色素的产生具有明显促进作用。     

储粮害虫大黑粉盗Cynaeus angustus(LeConte)发生初报

在河北顺平县首次发现和报道粮食仓储害虫——大黑粉盗[Cynaeus angustus(LeConte)]。对大黑粉盗成虫的_形态特征、为害特点、发生分布规律进行了调查。发现该虫喜好在储粮场所、加工车间、晾晒的玉米穗、农户窗前及门槛角落聚集;主要以成虫排泄物、尸体影响仓储粮食质量,使其产生霉变。另外,大量成虫聚集于农户室内,严重干扰居民生活。针对其为害,提出了综合防治建议。     

大斑刚毛座腔菌高产漆酶条件的响应面优化及酶学特性

【目的】优化大斑刚毛座腔菌（Setosphaeria turcica）高产漆酶的最佳发酵条件,确定其酶学性质,为进一步开发应用奠定基础。【方法】以大斑刚毛座腔菌为出发菌株,首先采用单因素试验确定影响菌株产漆酶的碳源、氮源及铜离子的种类及范围,并在单因素试验的基础上,以漆酶酶活力为响应值,采用central composite design（CCD）响应面设计试验,利用Design Expert软件对响应值进行3因素3水平下的多元二次回归拟合分析,优化大斑刚毛座腔菌产漆酶的发酵培养基成分;初步分离大斑刚毛座腔菌发酵液中的漆酶,以ABTS为反应底物,设置不同温度及pH,测定漆酶的最适反应温度、pH及热稳定性、pH稳定性,进一步测定其反应动力学常数Km值、Vm值,确定其酶学特性。【结果】建立了以漆酶酶活力为响应值的多元二次回归模型,模型差异显著（P=0.0001）,可以用该模型来拟合试验;响应面分析结果表明,各因素对漆酶活力的影响大小依次为Cu²⁺>葡萄糖>尿素,而葡萄糖和尿素交互作用极显著;通过拟合求出模型极值点,对应的大斑刚毛座腔菌产漆酶的最佳培养条件为：葡萄糖50.05 g?L^-1,KH₂PO₄ 1 g?L^-1,尿素1.46 g?L^-1,MgSO₄ 0.5 g?L^-1,蛋白胨2 g?L^-1,玉米浆0.5 g?L^-1,CuSO₄ 0.07 g?L^-1,Tween80 3 mL?L^-1,28℃,150 r/min振荡培养7 d;在此条件下漆酶活力最高达（40.00±1.20）U?mL^-1。对大斑刚毛座腔菌漆酶发酵液初步分离,经SDS-PAGE检测其漆酶相对分子量约为80 kD;以ABTS为底物时,最适反应温度为50℃,最适pH为4.2,在温度较高且弱酸性条件下活性较高,并且具有良好的温度稳定性和pH稳定性,常温下pH为4.2保持14 h后酶活力基本不变,50℃保温14 h后漆酶活力仍保持在60%以上;进一步在常温、pH为4.2时测定其米氏常数Km值为0.036 mmol?·L^-1,最大反应速率Vm为28.63 mmol?L^-1?min^-1。【结论】利用大斑刚毛座腔菌液体发酵产漆酶并研究其酶学特性,表明作为玉米致病菌的大斑刚毛座腔菌产漆酶具有发酵周期短、活性高、稳定性好等特性,可进一步研究开发应用。     

玉米大斑病菌黑色素合成酶基因的全基因组定位及表达模式分析

【目的】确定玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）黑色素合成酶基因StPKS、St3HNR、St4HNR、StSCD、StLAC1、StLAC2在基因组中的位置和基因结构,分析黑色素合成途径中6个合成酶基因在玉米大斑病菌侵染过程中从分生孢子萌发至穿透不同时期及菌丝生长时期的表达模式,明确6个基因与病菌发育和致病的关系。【方法】利用玉米大斑病菌基因组数据库,通过Blastp相似性搜索,鉴定6个基因在基因组中的定位,解析在基因组中的串联分布情况;收集玉米大斑病菌从分生孢子萌发到侵染的不同时期及菌丝生长时期的菌体材料,提取总RNA,以β-tubulin作为内参基因,根据黑色素合成6个关键酶基因序列设计引物,采用qRT-PCR技术检测基因的表达模式,对比病菌在营养生长和生殖生长时期的表达情况。【结果】在基因组数据库中,玉米大斑病菌黑色素合成酶基因StPKS、St3HNR分别位于scaffold_12的正链和负链上,St4HNR、StLAC2位于scaffold_11的负链上,StSCD位于scaffold_1正链上,StLAC1位于scaffold_7正链上,且StPKS和St3HNR在基因组中串联分布在26.9 kb范围内;6个基因的相对表达量在分生孢子诱导萌发到穿透过程的5个时期中呈上调-下调-上调或上调-下调-上调-下调两种模式;分生孢子时期,StLAC2表达量最高,明显高于其他基因,差异极显著;菌丝生长时期,St3HNR、StSCD表达量最高,明显高于其他基因,差异极显著。【结论】玉米大斑病菌6个黑色素合成酶基因中StPKS和St3HNR在基因组中位置邻近,串联在26.9 kb范围内;6个基因从分生孢子萌发至侵染的5个时期均有表达,表达量存在显著差异,但各基因的表达模式相似,说明6个基因参与了玉米大斑病菌的侵染过程,在玉米大斑病菌的致病方面具有重要作用;同时在菌丝生长时期St3HNR和StSCD发挥的作用更明显,分生孢子时期StLAC2更活跃。     

农大高诱1号在不同遗传基础和生态环境下的诱导率

为了明确玉米单倍体诱导系农大高诱1号(CAUHO1-1)在不同遗传基础和生态环境下的诱导率,利用CAUHO1-1为父本,郑单958、石玉9号、石玉7号、先玉335共4个F1代杂交种和郑58、海55、昌7-2、W3146、140-3、PH4CV共6个自交系分别为母本,进行了玉米单倍体诱导率的研究。结果表明:诱导系CAUHO1-1对不同遗传基础材料诱导率不同,杂交种先玉335(4.93%)和石玉7号(4.84%)为母本诱导率最高,石玉9号(3.54%)次之,郑单958(3.03%)最低;自交系中的兰卡系PH4CV(6.06%)和140-3(4.51%)诱导率较高,其中PH4CV显著高于其他非兰卡血缘自交系;不同生态环境下玉米诱导系CAUHO1-1的诱导效果差异明显,石家庄春播诱导率最高,三亚冬播次之,石家庄夏播最低。可见,CAUHO1-1在石家庄春播生态区对兰卡系材料的诱导率最高。     

我国部分常用玉米种质资源对镰孢菌病害的抗性评价

【目的】玉米穗腐病、茎腐病和鞘腐病是我国玉米产区普遍发生的三大镰孢菌（Fusarium spp.）病害,近年来有严重混和发生的趋势,三大病害主要致病菌分别为拟轮枝镰孢（F. verticillioides）、禾谷镰孢（F. graminearum）和层出镰孢（F. proliferatum）。种植抗病品种是控制该类病害最经济有效的方法,本研究旨在筛选出单抗或兼抗穗腐病、茎腐病和鞘腐病的玉米种质,为玉米品种的科学选育和合理布局提供参考。【方法】选取我国玉米种质B73、B37、郑58、昌7-2、齐319等16个常用育种自交系,将玉米穗腐病主要病原菌拟轮枝镰孢、茎腐病主要病原菌禾谷镰孢及鞘腐病主要病原菌层出镰孢分别接种于玉米果穗、茎秆及叶鞘,具体方法为待整株长到吐丝期用连动注射器将拟轮枝镰孢孢子悬浮液沿花丝通道注射到健康玉米果穗;将健康玉米地上第一节的茎部用针扎孔后向其中注射禾谷镰孢孢子悬浮液;将层出镰孢孢子悬浮液沿健康玉米植株叶基部接种到地上2—5节间的叶鞘内。以上各种接种方式均使用无菌水作为对照。在2016年和2018年度进行人工田间接种试验,通过评价穗腐病、鞘腐病的病情指数以及茎腐病发病面积,评估所选自交系对以上镰孢菌引起的穗腐病、茎腐病和鞘腐病的抗性级别。【结果】供试自交系中吉853、OH43和X178对穗腐病表现为中抗,B73、B37、PH6WC、掖478、郑58、9058、昌7-2、浚928、Mo17、A619、PH4CV、齐319和13-1077共13份材料为感病或高感;齐319、PH4CV、Mo17、9058、B37、B73、昌7-2和13-1077共8份材料对茎腐病表现为中抗或高抗,郑58、掖478、PH6WC、浚928、吉853、A619和OH43共7份材料表现为感病或高感;B73、B37、郑58、掖478、PH6WC、9058、昌7-2、吉853、浚928、Mo17、A619、PH4CV、OH43、齐319和13-1077共15份材料对鞘腐病表现为中抗或抗病。从16个自交系所在种群来看,瑞德群对穗腐病表现为感病,兰卡斯特群和唐四平头群对鞘腐病表现为抗病,其他群对3种镰孢菌病害抗性水平的离散程度较大,无明显规律。【结论】供试自交系吉853和OH43对鞘腐病和穗腐病表现为中抗或抗性,齐319、PH4CV、Mo17、9058、B37、B73、昌7-2和13-1077共8份材料对鞘腐病和茎腐病表现为中抗、抗性或高抗,但尚未筛选到对3种病害均有较好抗性的材料,有待于进一步筛选其他种质资源。     

百合病毒检测芯片的杂交条件优化

分别以感染百合无症病毒、黄瓜花叶病毒和百合斑驳病毒的百合及感染烟草花叶病毒和马铃薯病毒Y的烟草为试材,根据5种植物病毒外壳蛋白基因保守序列设计引物和寡核苷酸探针,并制备基因芯片。用Trizol试剂盒提取感染病毒的植物总RNA,荧光RT-PCR产物与芯片杂交,研究PCR产物是否进行变性处理、杂交时间、杂交温度、杂交液组分SSC和SDS浓度及PCR体系中非荧光引物和荧光引物比例对芯片杂交的影响。结果表明:杂交适宜条件为6×SSC、0.2%SDS的杂交液、42℃杂交60min,PCR体系中非荧光与荧光引物比例为1∶10,PCR产物要进行变性处理。经过整体条件优化后的基因芯片在杂交检测上具有较高的特异性,适于检测百合病毒病。     

不同寄主植物对柳蓝叶甲生长发育的影响

为明确不同寄主植物对柳蓝叶甲生长发育产生的影响,本研究在室内条件下[(27±1.0)℃,12D:12L],以杨树、柳树和桑树叶片饲养柳蓝叶甲,结果表明,不同寄主植物对柳蓝叶甲幼虫的发育历期和雌成虫的产卵行为有影响。取食柳树叶的柳蓝叶甲幼虫发育历期长于取食杨树叶的处理,卵孵化率和羽化率也较高;雌成虫在杨树叶上的产卵时间长于柳树叶,但相同条件下雌成虫产卵优先选择柳树叶;试验条件下柳蓝叶甲成虫、幼虫均不取食桑叶;无论取食何种寄主植物,雌成虫大都将卵成块产于幼嫩叶片背面。     

玉米大斑病菌GPCRs超家族的基因鉴定及其在孢子发育过程中的转录模式

G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors,GPCRs)广泛存在于动物、植物以及微生物中,是最大的涉及信号转导的膜受体家族.本研究通过基于隐马尔科夫模型的HMMER 3.0软件搜索玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)基因组数据库,鉴定并获得GPCRs超家族基因及其基因组定位;采用MEGA 6.0软件进行系统进化分析;通过通用样品数据系统(generalized sample data system,GSDS)工具进行基因结构分析;利用InterPro和SMART工具分析GPCRs的保守结构域.进一步利用qRT-PCR技术,对所确定的GPCR基因在分生孢子发育形成侵染结构的过程中不同阶段的相对表达量进行分析.结果表明,在玉米大斑病菌基因组中至少有9个典型的GPCR,其中3个属氮源感应因子类,信息素受体和碳源感应因子类各2个,类环磷酸腺苷受体和真菌视蛋白类各1个.这些基因散布在玉米大斑病菌基因组中,且结构复杂多样,但所有成员编码产物均由N端、7个跨膜结构域、3个胞内环、3个胞外环及C端组成.每个跨膜结构域包含20～25个氨基酸.以分生孢子为对照,所有基因在附着胞成熟时期接种后12 h(12 hours post inoculation,12 hpi)均显著下调(P＜0.05);除基因StRtc1和Stfdd123以外,全部基因整体变化趋势均呈现上调/持平(3 hpi)-上调(6 hpi)-下调(12 hpi)-上调(24 hpi)的规律,尤其在侵入丝形成时期(24 hpi)显著上调(P＜0.05).在附着胞形成时期(6 hpi),仅StSte2p和StRtc2表达显著上调.St Rtc1和Stfdd123在各阶段中的表达量与对照差异不显著或显著降低.本研究为深入解析植物病原真菌GPCR超家族的功能提供了理论依据.