摘""要:為探究具有群體感應淬滅活性的伯克霍爾德菌(Burkholdria)GXMZU-5生物防治的能力及其機制,通過對香蕉果實及盆栽苗細菌性軟腐病病菌Dickeya"zeae"GR-1的防治試驗驗證其生物防治效果,通過測定生物膜含量、胞外多糖清除能力、生物膜代謝活性抑制能力及QQ酶同源基因PCR擴增驗證其生物防治機制。結(jié)果表明:GXMZU-5可有效降解酰基高絲氨酸內(nèi)酯信號分子(acyl-homoserine"lactones,"AHLs),具有AHLs淬滅能力;在香蕉果實上進行的生物防治試驗中,GXMZU-5的混菌處理組果實表面相較于對照組更健康,未出現(xiàn)明顯黑斑和軟腐跡象,香蕉果實橫切和縱切結(jié)果表明,處理組的病斑擴散面積大幅度減少;盆栽防治試驗中,混菌處理組的香蕉假莖注射處無明顯腐爛跡象,自然株高相比病原菌組恢復了56%,表明GXMZU-5具有顯著抑制病原菌發(fā)病的作用。對其生物防治機制探究表明,混菌體系下的生物膜總含量、胞外多糖含量小于2種菌單獨培養(yǎng);MTT法測定生物膜代謝表明,GXMZU-5可有效地降低GR-1的生物膜代謝活動,且在混菌體系內(nèi)占主要優(yōu)勢位置。說明GXMZU-5可通過淬滅效應降低GR-1生物膜生物量及活力,從而獲得生物防治能力;對QQ酶同源基因進行擴增表明,GXMZU-5具有aiiA內(nèi)脂酶基因,可淬滅AHLs信號分子。本研究驗證了GXMZU-5的生物防治能力,并初步探究了其防治機制,為淬滅菌防治植物細菌性病害提供一定的參考依據(jù)。
關(guān)鍵詞:群體感應淬滅;伯克霍爾德菌;香蕉細菌性軟腐??;生物防治中圖分類號:S476.1;"S436.68""""""文獻標志碼:A
Biocontrol"of"Banana"Bacterial"Soft"Rot"by"Quorum"Quenching"Bacterium"GXMZU-5"and"Its"Mechanism"Study
QIN"Tianhan1,3,"YANG"Jinxin1,3,"WANG"Lu1,"DUAN"Yingze1,"WEI"Jing1,"LI"Jiahui1,"ZHU"Yingzhi1,2,3*,"LI"Zhanbiao2,4,5*
1."School"of"Marine"and"Biotechnology,"Guangxi"Minzu"University"/"Guangxi"Key"Laboratory"of"Polysaccharide"Materials"and"Modification,"Nanning,"Guangxi"530008,"China;"2."Guangxi"Key"Laboratory"of"Biology"for"Crop"Diseases"and"Insect"Pests,"Nanning,"Guangxi"530007,"China;"3."Key"Laboratory"of"International"Cooperation"for"Exploitation"and"Utilization"of"Marine"Bio-resources,"Nanning,"Guangxi"530008,"China;"4."Plant"Protection"Research"Institute,"Guangxi"Academy"of"Agricultural"Sciences,"Nanning,"Guangxi"530007,"China;"5."Key"Laboratory"of"Green"Prevention"and"Control"on"Fruits"and"Vegetables"in"South"China,"Ministry"of"Agriculture"and"Rural"Affairs,"Nanning,"Guangxi"530007,"China
Abstract:"In"order"to"investigate"the"biocontrol"ability"and"mechanism"of"Burkholderia"GXMZU-5"with"quorum"quenching"activity,"the"biocontrol"effect"was"verified"through"experiments"on"bacterial"soft"rot"of"banana"fruits"and"potted"seedlings"(Dickeya"zeae"GR-1),"and"the"biocontrol"mechanism"was"verified"by"measuring"the"content"of"biofilm,"the"ability"to"remove"extracellular"polysaccharides,"the"ability"to"inhibit"the"metabolic"activity"of"biofilm,"and"PCR"amplification"of"QQ"enzyme"homologous"genes."The"results"showed"that"GXMZU-5"could"effectively"degrade"acyl-"homoserine"lactone"(AHLs)"signal"molecules"and"had"AHLs"quenching"ability."In"the"biocontrol"experiment"on"banana"fruits,"the"surface"of"the"mixed"bacteria"experimental"group"was"healthier"than"that"of"the"control"group,"with"no"obvious"black"spots"or"soft"rot"signs."The"cross-section"and"longitudinal"section"results"of"banana"fruits"showed"that"the"lesion"area"of"the"treatment"group"was"significantly"reduced."In"the"potted"plant"control"experiment,"there"were"no"obvious"signs"of"rot"at"the"injection"site"of"the"mixed"bacteria"group,"and"the"natural"plant"height"recovered"by"56%"compared"with"the"pathogen"group,"indicating"that"GXMZU-5"had"a"significant"inhibitory"effect"on"the"disease"caused"by"Dickeya"zeae"GR-1."The"results"for"exploring"of"the"biocontrol"mechanism"showed"that"the"total"content"of"biofilm"and"the"content"of"extracellular"polysaccharides"in"the"mixed"bacteria"system"were"lower"than"those"of"the"two"bacteria"cultured"separately."The"MTT"method"for"measuring"biofilm"metabolism"indicated"that"GXMZU-5"could"effectively"reduce"the"biofilm"metabolic"activity"of"Dickeya"zeae"GR-1"and"occupied"a"dominant"position"in"the"mixed"bacteria"system."The"exploration"of"the"biocontrol"mechanism"indicated"that"GXMZU-5"could"reduce"the"biomass"and"vitality"of"Dickeya"zeae"GR-1"biofilm"through"quenching"effect,"thereby"obtaining"biocontrol"ability."The"amplification"of"QQ"enzyme"homologous"genes"showed"that"GXMZU-5"had"the"aiiA"lactonase"gene"and"could"quench"AHLs"signal"molecules."This"study"verified"the"biocontrol"ability"of"GXMZU-5"and"preliminarily"explored"its"biocontrol"mechanism,"providing"a"certain"reference"basis"for"the"use"of"quenching"bacteria"to"control"plant"bacterial"diseases.
Keywords:"quorum"quenching;"Burkholderia;"banana"bacterial"soft"rot;"biological"control
DOI:"10.3969/j.issn.1000-2561.2025.06.019
群體感應(quorum"sensing,"QS)是一種微生物間進行通信的機制,細菌通過自發(fā)產(chǎn)生并釋放信號分子到環(huán)境中[1],種群隨后根據(jù)信號分子的濃度來調(diào)控諸如生物發(fā)光、生物膜形成、酶的產(chǎn)生等生理活動[2]。QS信號分子有很多種類,如?;呓z氨酸內(nèi)酯(acyl-homoserine"lactones,"AHLs)[3]、順式-11-甲基-2-十二烯酸(diffusible"signaling"factor,"DSF)[4]、烷基喹啉分子(alkyl-quinolones,"AQ)[5]等,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),部分植物病原菌也通過利用群體感應完成侵染活動,例如胡蘿卜軟腐果膠桿菌(Pectobacterium"carotovorum"subsp."caro tovorum,"Pcc)通過感知AHLs,調(diào)控產(chǎn)生多聚半乳糖醛酸酶和果膠酸鹽裂解酶,從而破壞植物細胞壁完成侵染[6],野油菜黃單胞菌(Xanthomonas"campestris"pv."campestris,"Xcc)依賴DSF調(diào)控各種胞外多糖的產(chǎn)生及各類致病因子的產(chǎn)生[7]。
細菌性病害是植物主要病害之一,常引起巨大的經(jīng)濟損失[8],目前主要通過化學農(nóng)藥和微生物源農(nóng)藥進行防治,但過度使用農(nóng)藥可導致病原菌產(chǎn)生耐藥性[9-11]。群體感應淬滅(quorum"quenching,"QQ)是切斷微生物種群間交流的一種機制,通過形成信號分子類似物競爭性地與受體結(jié)合[12];或形成可特異性降解信號分子的酶[13]等形式切斷病原微生物的群體交流,使病原菌的毒力因子表達水平下降從而達到生物防治的效果[14]。KALIA等[15]研究發(fā)現(xiàn)二酮哌嗪(diketopiperazine,"DKP)作為一種競爭類似物,可通過競爭與AHLs受體結(jié)合,從而引起群體感應水平下降并減弱病原菌致病能力。ZHANG等[16]發(fā)現(xiàn)Acinetobacter"sp.對Pcc具有明顯的防治效果,GC-MS分析表明該菌可有效降解AHLs,從而干擾細菌的群體感應系統(tǒng),有效抑制病原菌的致病性。
香蕉細菌性軟腐病是我國香蕉主要病害之一,病原為Dickeyanbsp;zeae,主要引起香蕉葉片枯黃,球莖或球莖與假莖交界處出現(xiàn)黑褐色斑點,隨后迅速擴散至整株植株,并開始腐爛,直至植株死亡[17],我國香蕉每年均遭受細菌性軟腐病的大面積侵害,且侵害范圍不斷擴大,導致嚴重的經(jīng)濟損失。本研究以香蕉細菌性軟腐病菌為防治對象,探究一株具有群體感應淬滅活性的伯克霍爾德菌(Burkholdria)GXMZU-5對香蕉細菌性軟腐病的生物防治效果,以期為防治香蕉細菌性軟腐病提供一種新型防治方式,也為伯克霍爾德菌GXMZU-5在植物細菌性病害防治中的合理應用提供理論基礎(chǔ)。
1.1""材料
1.1.1""供試菌株""AHLs指示菌紫色桿菌CV026、伯克霍爾德菌(Burkholdria)GXMZU-5、大腸桿菌(Escherichia"coli)均由本課題組保存,Dickeya"zeae"GR-1(GR-1)由廣西農(nóng)業(yè)科學院付崗老師課題組饋贈。
1.1.2""供試藥劑""N-?;呓z氨酸內(nèi)酯信號分子(acyl-homoserine"lactones,"AHLs)CHL-6、5-(4,6-二氯三嗪基)氨基熒光素(5-DTAF)均購自上海麥克林生化科技股份有限公司。
1.1.3""植物材料""香蕉購自廣西海吉星農(nóng)產(chǎn)品國際物流水果批發(fā)市場,香蕉幼苗(威廉斯品種)采自廣西農(nóng)業(yè)科學院。
1.1.4""供試培養(yǎng)基與儀器""LB(Luria?Bertani)培養(yǎng)基、NB(nutrinet"broth)培養(yǎng)基、TSB(trypticase"soy"broth)培養(yǎng)基均購自青島海博生物科技有限公司。MSM(minimal"salt"medium)基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基:硫酸銨2"g,七水合硫酸鎂0.2"g,二水合氯化鈣0.01"g,七水合硫酸亞鐵0.001"g,十二水合磷酸氫二鈉1.5"g,磷酸二氫鉀1.5"g,蒸餾水1000"mL,pH"6.8。T100-PCR儀為美國伯樂公司生產(chǎn),正置熒光顯微鏡BX51TRF為奧林巴斯公司產(chǎn)品,Eproch酶標儀為美國伯騰公司生產(chǎn),其余均為常規(guī)試劑。
1.2""方法
1.2.1""群體感應淬滅能力驗證""取菌株GXMZU-"5、CV026于液體LB培養(yǎng)基中活化,在30"℃、200"r/min條件下培養(yǎng)24"h,培養(yǎng)結(jié)束后以此為種子液,按10%接種量將GXMZU-5接種至1"mL"MSM培養(yǎng)基中,并添加10"μL的CHL-6為唯一碳源。CV026接種至LB培養(yǎng)基中,在30"℃、200"r/min條件下培養(yǎng)24"h,培養(yǎng)結(jié)束后取1"mL"CV026均勻涂布于LB平板,晾干后取無菌2.5"cm圓形模具制作圓餅,再使用無菌200"μL槍頭倒扣在圓餅中央挖洞。取發(fā)酵GXMZU-5"MSM培養(yǎng)液,利用0.22"μm過濾器進行除菌過濾,取濾液進行點樣。設立空白MSM培養(yǎng)液+CHL-6,以及大腸桿菌+CHL-6為對照,每組均點樣10"μL,在30"℃條件下培養(yǎng)24"h,觀察平板內(nèi)CV026菌株產(chǎn)生的紫色色素情況。
1.2.2""GXMZU-5與Dickeya"zeae"GR-1平板對峙試驗""菌株GXMXU-5和GR-1在NB平板上進行活化,然后分別挑取單菌落接種至NB培養(yǎng)基中,在30"℃、200"r/min條件下培養(yǎng)24"h,調(diào)節(jié)其OD600值至1.0。然后將GR-1均勻涂布于整個平板,待其晾干后,于平板中央放置牛津杯,并向牛津杯中加入200"μL"GXMZU-5菌液,觀察平板上的拮抗情況。
1.2.3""GXMZU-5對GR-1的生物防治試驗""將培養(yǎng)24"h的GXMXU-5和GR-1菌液的OD600調(diào)節(jié)至1.0,然后選取健康、表皮無瑕疵且狀態(tài)一致的香蕉果實,使用1"mL無菌注射器穿透果肉表皮進行注射,試驗組注射1"mL"GXMZU-5+病原菌(1∶1等體積混合)混合液,對照注射1"mL空白培養(yǎng)液、病原菌,每個處理設3次重復。于28"℃保濕培養(yǎng)3"d,觀察果實發(fā)病情況。
1.2.4""GXMZU-5對GR-1的盆栽試驗""將培養(yǎng)24"h的GXMXU-5、GR-1菌液的OD600調(diào)節(jié)至1.0,選取長勢一致的健康香蕉苗,使用無菌注射器于假莖處進行注射,試驗組注射1"mL"GXMZU-5+病原菌(1∶1等體積混合)混合液,對照注射1"mL無菌培養(yǎng)液、病原菌,每個處理設3次重復,接種后的香蕉苗于網(wǎng)室內(nèi)自然條件下培養(yǎng)。持續(xù)10"d觀察植株發(fā)病情況,并在10"d后測量植株的自然株高。
1.2.5""PCR擴增GXMZU-5"QQ酶同源基因""參考KHALID等[18]的方法,合成AHLs內(nèi)脂酶(aiiA)基因的擴增引物,引物序列為F(5?-3?):GATGGCCTGGAGAATGAC;R(5?-3?):GCGTGTAGGGTATGAGCC,擴增片段大小為257"bp。擴增條件:95"℃預變性5"min,95"℃變性30nbsp;s,59.9"℃退火40"s,72"℃延伸1"min,30次循環(huán),然后在72"℃下延伸10"min。采用1%瓊脂糖凝膠電泳驗證條帶是否存在,同時判斷PCR產(chǎn)物大小。
1.2.6""結(jié)晶紫法測定GXMZU-5與GR-1混菌體系生物膜總含量""將GR-1與GXMZU-5設置單獨、混菌培養(yǎng),接種至5"mL"5%"NB培養(yǎng)基中,于30"℃下培養(yǎng)5"d,結(jié)束后棄培養(yǎng)基,加入無菌水清洗2遍后風干15"min,風干后滴加甲醇固定10"min,風干,后向管內(nèi)加入0.1%結(jié)晶紫染色20"min,然后用無菌水漂洗,風干10"min,加入33%冰醋酸沒過管壁溶解,于96孔板孔中加入200"μL溶解液,測定其OD595,以OD595表示生物膜含量。每組設置3個重復。
1.2.7""混菌體系的胞外多糖含量測定""取培養(yǎng)24"h的菌液作為種子液,按1%接種量將GXMZU-5、GR-1接種至無菌NB培養(yǎng)基中,設置單一菌接種對照組、1∶1混菌試驗組,于30"℃下培養(yǎng)30"h,培養(yǎng)結(jié)束后在5000"r/min條件下離心20"min,收集上清液,加入3倍無水乙醇于4"℃過夜,收集胞外多糖(EPS),收集結(jié)束后在8000"r/min條件下離心10"min,棄上清液后,置于烘箱中完全烘干后稱重,設置3次重復。
1.2.8""MTT法測定混菌體系的生物膜活性""參照齊龍升等[19]的方法,取培養(yǎng)24"h的菌液調(diào)整至對數(shù)期,然后按10%接種量接種至無菌5%"NB培養(yǎng)基中,充分混勻后轉(zhuǎn)接至96孔板內(nèi),設置GXMZU-5、GR-1單一培養(yǎng)組以及1∶1混菌試驗組,每孔200"μL。將96孔板置于25"℃下培養(yǎng),分別于培養(yǎng)1、2、3、4、5"d后去除孔內(nèi)懸浮細胞,用無菌磷酸緩沖液洗滌生物被膜2次,清除孔內(nèi)的浮游菌體,隨后采用MTT方法進行染色,利用酶標儀測定其OD595,設置3次重復。
1.2.9""混菌狀態(tài)的生物膜形成分析""參照齊龍升等[19]的方法進行制片,并利用正置熒光顯微鏡觀察,在6孔細胞培養(yǎng)板板內(nèi)放置無菌蓋玻片(14"mm×14"mm),然后將過夜培養(yǎng)的2種菌液稀釋至其OD600為0.5,每孔加入2"mL菌液,混菌組按1∶1進行混合,置于30"℃下培養(yǎng)48"h。吸去孔中懸浮菌液,用無菌生理鹽水沖洗玻片3次,避光條件下用4%多聚甲醛固定30"min,用無菌磷酸緩沖液沖洗3次,然后向玻片滴加5-(4,6-二氯三嗪基)氨基熒光素(5-DTAF)直至沒過玻片,避光下孵育2"h,然后用無菌磷酸緩沖液重復沖洗玻片,用錫紙將玻片包裹,防止玻片受光線照射,于正置熒光顯微鏡下觀察玻片。
2.1""群體感應淬滅能力驗證
CV026是一株人工突變菌株,主要用途為檢測環(huán)境內(nèi)是否存在AHLs分子,CV026自身不能產(chǎn)生AHLs,但當檢測到外源的AHLs時會啟動相關(guān)基因產(chǎn)生紫色色素。本研究中,經(jīng)添加外源CHL-6與GXMZU-5培養(yǎng)24"h后,菌板無紫色色素產(chǎn)生,對照則出現(xiàn)明顯的紫色,結(jié)果表明,GXMZU-5具有降解AHLs的能力(圖1)。
2.2""GXMZU-5與GR-1平板對峙試驗
經(jīng)24"h培養(yǎng)后,GXMZU-5與GR-1混合培養(yǎng)后無明顯抑菌圈,證明GXMZU-5不是通過拮抗作用對GR-1產(chǎn)生抑制作用,可以用于群體感應淬滅的后續(xù)研究(圖2)。
2.3""GXMZU-5對GR-1的生物防治試驗
香蕉經(jīng)保濕培養(yǎng)后,混菌處理的病斑面積比病原菌單一處理的大幅度減少(圖3A)。沿注射處橫切后,淬滅菌本身未引起香蕉產(chǎn)生腐爛癥狀,而混菌處理后可明顯減少果肉腐爛面積(圖3B)。將果肉沿注射處縱切后,混菌處理后發(fā)病擴散面積顯著減弱(圖3C)。結(jié)果表明,GXMZU-5對GR-1有較好的生物防治作用。
2.4""GXMZU-5對GR-1的盆栽試驗
香蕉盆栽經(jīng)持續(xù)澆水后,對葉片狀態(tài)、假莖注射處進行觀察,病原菌對照組出現(xiàn)葉片明顯發(fā)黃變黑、植株較矮,且注射處有明顯腐爛黑斑癥狀(圖4);混菌處理的發(fā)病癥狀明顯減弱,且自然株高高于病原菌單一處理(圖5);假莖注射處無明顯黑斑(圖6)。與2.3生物防治試驗結(jié)果吻合,表明GXMZU-5對GR-1在盆栽試驗中也呈現(xiàn)一定的生物防治效果。
2.5""PCR擴增GXMZU-5"QQ酶同源基因
內(nèi)脂酶是群體感應淬滅環(huán)節(jié)中一類重要的酶類,本研究選定aiiA酶基因作為研究目標,結(jié)果表明,在257"bp左右出現(xiàn)明顯且單一條帶(圖7),將單一條帶進行切膠回收并送至奧克生物科技有限公司進行測序,將測序結(jié)果與NCBI進行比對后,發(fā)現(xiàn)與aiiA基因高度近似,證實GXMZU-5代謝產(chǎn)物中至少包含內(nèi)脂酶,可以有效阻止病原菌的群體感應進程。
2.6""結(jié)晶紫法測定GXMZU-5與GR-1混菌體系生物膜總含量
生物膜是微生物的一種天然屏障,通過生物膜的形式,病原菌可以在生物膜內(nèi)更為穩(wěn)定地增殖并提高抗逆性從而更有利地侵染植物,生物膜的生成受群體感應的調(diào)控。本研究將GXMZU-5與GR-1單獨、混合培養(yǎng)5"d后,用結(jié)晶紫法對對照、混菌組的生物膜含量進行提取并測定其OD595,結(jié)果表明,混菌組的生物膜含量較兩菌單獨培養(yǎng)組低(圖8),表明GXMZU-5不僅具有清除病原菌生物膜的能力,還會降低其自身生物膜的產(chǎn)生水平。
2.7""混菌體系的胞外多糖含量
胞外多糖是生物膜組成的重要物質(zhì),為印證2.6中清除生物膜的結(jié)論,通過三倍醇沉法獲得胞外多糖進行稱重,GXMZU-5單獨處理的胞外多糖含量為0.0034"g,GR-1單獨處理的胞外多糖含量為0.0016"g,混菌處理的的胞外多糖含量為0.0018"g,總體低于兩菌單獨產(chǎn)量之和。證實在混菌體系下胞外多糖的產(chǎn)生量總體下降。此結(jié)論與2.6中生物膜總含量減少的結(jié)果一致,證明GXMZU-5對GR-1胞外多糖的產(chǎn)生有抑制作用。
2.8""MTT法測定混菌體系的生物膜活性
為反映混菌體系下2種菌的優(yōu)勢種群及其活性,本研究通過使用96孔板進行MTT染色。結(jié)果顯示在5%"NB培養(yǎng)基中,GXMZU-5在培養(yǎng)1"d時活性最好,其OD595值為1.436,其生物膜代謝活性較高,混菌體系的OD595值幾乎接近單獨培養(yǎng),而GR-1的代謝活性極低,其OD595僅為0.143,表明GXMZU-5在混菌初期為優(yōu)勢菌群;培養(yǎng)2"d時,GXMZU-5的生物膜代謝能力下降,但其活性仍高于GR-1;培養(yǎng)3~4"d時,GXMZU-5的生物膜代謝活性進一步降低,推測此時GXMZU-5的生物膜代謝暫時到達飽和,呈下降趨勢,但與混菌組OD595值相差不大,仍然處于代謝優(yōu)勢狀態(tài);培養(yǎng)5"d時,GXMZU-5的生物膜代謝重新開始,始終高于GR-1的生物膜代謝活性,而混菌組的生物膜代謝活性與第4天的相近,第4天的OD595值為1.017,第5天的OD595值為1.0275,而GR-1的生物膜代謝活性持續(xù)增加(圖9),證實GXMZU-5具有顯著的抑制生物膜代謝的能力,符合2.6中生物膜清除、2.7中胞外多糖代謝的結(jié)論。
2.9""混菌狀態(tài)的生物膜形成分析
使用正置熒光顯微鏡觀察GXMZU-5與GR-1在混合培養(yǎng)下的生物膜形成情況,由圖10可以看出,GXMZU-5與GR-1單獨培養(yǎng)時,均有明顯、大片的熒光,能觀察到大量的生物膜生成。而在混菌狀態(tài)下,產(chǎn)生的熒光強度、生物膜面積均比單獨培養(yǎng)時明顯減少,進一步驗證自身及GR-1的生物膜產(chǎn)生具有一定影響。
香蕉是我國重要的熱帶水果之一,深受大眾喜愛。廣西是我國香蕉主要種植區(qū),其地表溫度高、高溫多雨的環(huán)境易生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果,但相應地也促進各類病原菌發(fā)病。近年來,由Dickeya"zeae導致的香蕉細菌性軟腐病使廣西香蕉產(chǎn)量大幅下降,且發(fā)病面積逐年擴大,亟需尋找一種高效、綠色可持續(xù)發(fā)展的防治方式。研究發(fā)現(xiàn),部分化學藥劑可有效防治香蕉細菌性軟腐病,如王銅和噻菌銅在防治香蕉細菌性軟腐病方面表現(xiàn)出較好效果[20],但過度使用化學農(nóng)藥易導致土壤結(jié)構(gòu)遭受破壞。已有針對Dickeya"zeae導致的香蕉細菌性軟腐病開展了一定的防治研究,如番華彩等[21]通過篩選,將春雷霉素等藥劑應用于田間,防治效果達到90.1%,在多種作物上表現(xiàn)出顯著的防治效果。周佳暖等[22]針對Dickeya"zeae導致的香蕉細菌性軟腐病致病機理進行了詳細探究,表明致病性主要與胞外多糖、細胞壁降解酶等密切相關(guān)。群體感應淬滅作為一種新型防治方法,其毒性和危險性相對較低,但針對Dickeya"zeae的群體感應淬滅研究極少。因此,本研究篩選到一株具有強淬滅AHLs信號分子能力的菌株GXMZU-"5,在香蕉軟腐病防治中取得明顯的生物防治效果,為使用群體感應淬滅菌應用于香蕉細菌性軟腐病的防治提供了一定的思路與研究基礎(chǔ)。
本研究證實GXMZU-5對采用AHLs信號分子的病原細菌具有顯著的群體感應淬滅效應,并對由AHLs調(diào)控的生物膜相關(guān)的內(nèi)容進行了研究。結(jié)果表明,GXMZU-5可有效抑制Dickeya"zeae"GR-1的生物膜形成,此外胞外多糖的產(chǎn)量也大幅度下降。在混菌體系中,GXMZU-5的細胞活性占主導地位,表明該菌可能通過影響Dickeya"zeae"GR-1的生物膜代謝進程導致病原菌在自然環(huán)境中抗逆性減弱進而導致毒力下降。目前針對Dickeya"zeae的研究,還發(fā)現(xiàn)其具有一種控制菌體發(fā)揮毒力的新型信號通路Vfm[23]。本研究已證實GXMZU-5可有效降解群體感應信號分子AHLs,并在防治試驗中證實GXMZU-5可有效防治香蕉細菌性軟腐病,但GXMZU-5對Dickeya"zeae的Vfm信號分子是否具有淬滅作用的研究還在進行中,已有學者研究表明淬滅菌可能同時具備淬滅多種信號分子的能力,如陳少華等[24]發(fā)現(xiàn)了一株溶蛋白芽孢桿菌具有同時淬滅DSF、AHLs兩種信號分子的能力。因此,推測GXMZU-5也可能通過同時淬滅多種信號分子,總體降低病原菌的毒力,從而達到有效防治香蕉細菌性軟腐病的作用。今后將對GXMZU-5的生物防治機理進行深入探究,或?qū)ζ浯銣缧盘柗肿拥耐愤M一步拓寬探索,以期為群體感應淬滅應用于生物防治提供新的思路。
參考文獻
[1]"劉鵬,"張月娟,"趙廷昌."細菌群體感應系統(tǒng)的研究進展[J]."中國農(nóng)學通報,"2007(6):"467-472.LIU"P,"ZHANG"Y"J,"ZHAO"T"C."Research"progress"in"bacterial"quorum"sensing"systems[J]."Chinese"Agricultural"Science"Bulletin,"2007(6):"467-472."(in"Chinese)
[2]"程古月,"郝海紅,"戴夢紅,"劉振利,"袁宗輝."病原菌的群體感應及其抑制劑的研究進展[J]."科學通報,"2012,"57(21):"1964-1977.CHENG"G"Y,"HAO"H"H,"DAI"M"H,"LIU"Z"L,"YUAN"Z"H."Quorum"sensing"of"pathogenic"bacteria"and"quorum-sensing"inhibitors[J]."Chinese"Science"Bulletin,"2012,"57(21):"1964-1977."(in"Chinese)
[3]"張煉輝."微生物群體感應系統(tǒng)的研究進展[J]."華南農(nóng)業(yè)大學學報,"2019,"40(5):"50-58.ZHANG"L"H."Research"progress"of"microbial"quorum"sensing"systems[J]."Journal"of"South"China"Agricultural"University,"2019,"40(5):"50-58."(in"Chinese)
[4]"王立燕,"劉永生."細菌群體感應種類及其信號分子的研究進展[J]."中國預防獸醫(yī)學報,"2015,"37(4):"318-320.WANG"L"Y,"LIU"Y"S."Research"progress"of"bacterial"quorum"sensing"species"and"their"signaling"molecules[J]."Chinese"Journal"of"Preventive"Veterinary"Medicine,"2015,"37(4):"318-320."(in"Chinese)
[5]"郭冰怡,"董燕紅."細菌群體感應抑制劑研究進展[J]."農(nóng)藥學學報,"2018,"20(4):"408-424.""GUO"B"Y,"DONG"Y"H."Research"progress"on"inhibitors"toward"quorum"sensing"system[J]."Chinese"Journal"of"Pesticide"Science,"2018,"20(4):"408-424."(in"Chinese)
[6]"王巖,"于雅萌,"張靜靜,"張曉華."海洋微生物群體感應與群體感應淬滅的開發(fā)利用[J]."生物資源,"2017,"39(6):"413-422.""WANG"Y,"YU"Y"M,"ZHANG"J"J,"ZHANG"X"H."Exploitation"and"application"of"quorum"sensing"and"quorum"quenching"in"marine"microorganisms[J]."Biotic"Resources,"2017,"39(6):"413-422."(in"Chinese)
[7]"周蓮,"王杏雨,"何亞文."植物病原黃單胞菌DSF信號依賴的群體感應機制及調(diào)控網(wǎng)絡[J]."中國農(nóng)業(yè)科學,"2013,"46(14):"2910-2922.ZHOU"L,"WANG"X"Y,"HE"Y"W."DSF"signal-dependent"quorum"sensing"in"plant"pathogenic"bacteria"Xanthomonas[J]."Scientia"Agricultura"Sinica,"2013,"46(14):"2910-2922."(in"Chinese)
[8]"曹坳程,"劉曉漫,"郭美霞,"王秋霞,"李園,"歐陽燦彬,"顏冬冬."作物土傳病害的危害及防治技術(shù)[J]."植物保護,"2017,"43(2):"6-16.CAO"A"C,"LIU"X"M,"GUO"M"X,"WANG"Q"X,"LI"Y,"OUYANG"C"B,"YAN"D"D."Incidences"of"soil-borne"diseases"and"control"measures[J]."Plant"Protection,"2017,"43(2):"6-16."(in"Chinese)
[9]"王文橋,"馬志強,"張小風,"張文吉."植物病原菌對殺菌劑抗性風險評估[J]."農(nóng)藥學學報,"2001(1):"6-11.WANG"W"Q,"MA"Z"Q,"ZHANG"X"F,"ZHANG"W"J."Evaluation"of"risk"of"resistance"in"plant"pathogenous"fungi"to"fungicides[J]."Chinese"Journal"of"Pesticide"Science,"2001(1):"6-11."(in"Chinese)
[10]"邱德文."我國植物病害生物防治的現(xiàn)狀及發(fā)展策略[J]."植物保護,"2010,"36(4):"15-18,"35.QIU"D"W."Current"status"and"development"strategy"for"biological"control"of"plant"diseases"in"China[J]."Plant"Protection,"2010,"36(4):"15-18,"35."(in"Chinese)
[11]"陳菲菲,"王勇,"王以光,"赫衛(wèi)清."海洋微生物來源的天然產(chǎn)物開發(fā)研究進展[J]."應用與環(huán)境生物學報,"2011,"17(2):"287-294.CHEN"F"F,"WANG"Y,"WANG"Y"G,"HE"W"Q."Advance"in"research"and"development"of"natural"products"from"marine"microorganisms[J]."Chinese"Journal"of"Applied"and"Environmental"Biology,"2011,"17(2):"287-294."(in"Chinese)
[12]"MURUGAYAH"S"A,"GERTH"M"L."Engineering"quorum"quenching"enzymes:"progress"and"perspectives[J]."Biochemical"Society"Transactions,"2019,"47(3):"793-800.
[13]"PIEWNGAM"P,"CHIOU"J,"CHATTERJEE"P,"OTTO"M."Alternative"approaches"to"treat"bacterial"infections:"targeting"quorum-sensing[J]."Expert"Review"of"Anti-infective"Therapy,"2020,"18(6):"499-510.
[14]"RODRíGUEZ"M,"TORRES"M,"BLANCO"L,"BéJAR"V,"SAMPEDRO"I,"LLAMAS"I."Plant"growth-promoting"activity"and"quorum"quenching-mediated"biocontrol"of"bacterial"phytopathogens"by"Pseudomonas"segetis"strain"P6[J]."Scientific"Reports,"2020,"10(1):"4121.
[15]"KALIA"V"C,"PUROHIT"H"J."Quenching"the"quorum"sensing"system:"potential"antibacterial"drug"targets[J]."Critical"Reviews"in"Microbiology,"2011,"37(2):"121-140.
[16]"ZHANG"W"P,"LUO"Q"Q,"ZHANG"Y"Y,"FAN"X"H,"YE"T,"MISHRA"S,"BHATT"P,"ZHANG"L"H,"CHEN"S"H."Quorum"quenching"in"a"novel"Acinetobacter"sp."XN-10"bacterial"strain"against"Pectobacterium"carotovorum"subsp."caro tovorum[J]."Microorganisms,"2020,"8(8):"1100.
[17]"杜嬋娟,"楊迪,"付崗,"葉云峰,"潘連富,"張晉."廣西香蕉細菌性軟腐病病原鑒定及生物學特性研究[J]."植物保護,"2019,"45(5):"148-156."DU"C"J,"YANG"D,"FU"G,"YE"Y"F,"PAN"L"F,"ZHANG"J."Identification"and"biological"characteristics"of"the"pathogen"causing"banana"bacterial"soft"rot"disease"in"Guangxi[J]."Plant"Protection,"2019,"45(5):"148-156."(in"Chinese)
[18]"KHALID"S"J,"AIN"Q,"KHAN"S"J,"JALIL"A,"SIDDIQUI"M"F,"AHMAD"T,"BADSHAH"M,"ADNAN"F."Targeting"Acyl"Homoserine"Lactones"(AHLs)"by"the"quorum"quenching"bacterial"strains"to"control"biofilm"formation"in"Pseudomonas"aeruginosa[J]."Saudi"Journal"of"Biological"Sciences,"2022,"29(3):"1673-1682.
[19]"齊龍升,"孫博,"韓志東,"汪倫記."不同溫度單增李斯特菌和金黃色葡萄球菌混合培養(yǎng)生物被膜的形成[J]."農(nóng)產(chǎn)品加工,"2024(5):"75-78,"82.""QI"L"S,"SUN"B,"HAN"Z"D,"WANG"L"J."Biofilm"formation"by"mixed"culture"of"Listeria"monocytogenes"and"Staphylococcus"aureus"at"different"temperatures[J]."Farm"Products"Processing,"2024(5):"75-78,"82."(in"Chinese)
[20]"沈會芳,"蒲小明,"楊祁云,"張景欣,"孫大元,"林壁潤."香蕉細菌性軟腐病防治藥劑篩選試驗[J]."廣東農(nóng)業(yè)科學,"2020,"47(1):"98-104.""SHEN"H"F,"PU"X"M,"YANG"Q"Y,"ZHANG"J"X,"SUN"D"Y,"LIN"B"R."Selection"of"bactericides"for"controlling"bacterial"soft"rot"of"banana[J]."Guangdong"Agricultural"Sciences,"2020,"47(1):"98-104."(in"Chinese)
[21]"番華彩,"曾莉,"李衛(wèi)雁,"丁云秀,"郭志祥,"李舒,"徐勝濤,"鄭泗軍,"王永斌."香蕉細菌性軟腐病防控藥劑篩選及田間應用效果評價[J]."中國農(nóng)學通報,"2022,"38(31):"113-118.PAN"H"C,"ZENG"L,"LI"W"Y,"DING"Y"X,"GUO"Z"X,"LI"S,"XU"S"T,"ZHENG"S"J,"WANG"Y"B."Bactericides"screening"and"field"application"for"banana"bacterial"soft"rot[J]."Chinese"Agricultural"Science"Bulletin,"2022,"38(31):"113-118."(in"Chinese)
[22]"周佳暖,"姜子德,"張煉輝."細菌性軟腐病菌Dickeya致病機理的研究進展[J]."植物病理學報,"2015,"45(4):"337-349."ZHOU"J"N,"JIANG"Z"D,"ZHANG"L"H."Research"progress"in"the"pathogenic"mechanism"of"Dickeya"spp.[J]."Acta"Phyto pathologica"Sinica,"2015,"45(4):"337-349."(in"Chinese)
[23]"許佳晶."VFM信號—一種來自Dickeya"dadantii的新型群體感應信號的分離及性質(zhì)探討[D]."廣州:"華南農(nóng)業(yè)大學,"2017.XU"J"J."Solation,"properties"and"structural"characterization"of"VFM,"a"new"quorum"sensing"signal"of"Dickeya"dadantii[D]."Guangzhou:"South"China"Agricultural"University,"2017."(in"Chinese)
[24]"陳少華,"李綺婷,"范興輝,"葉田,"李欣,"梁梓僑."溶蛋白芽孢桿菌在防治依賴群體感應信號分子的致病菌及病害方面的應用:"201910843482[P]."2024-11-20.CHEN"S"H,"LI"Q"T,"FAN"X"H,"YE"T,"LI"X,"LIANG"Z"Q."Application"of"proteolytic"bacillus"in"the"control"of"pathogens"and"diseases"dependent"on"quorum"sensing"signaling"molecules:"201910843482[P]."2024-11-20."(in"Chinese)