植物病害是世界粮食安全的主要威胁,其中大约70%是由不同种类的真菌引起的。众所周知,镰孢属真菌可以引起多种植物病害,如赤霉病(FHB),它是小麦和大麦的一种破坏性病害。赤霉病的病原菌是禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum),除了小麦、大麦,它也能感染其他谷类作物,如玉米、燕麦和水稻。在利于发病的条件下,禾谷镰孢菌通过降低籽粒质量和数量,造成产量损失,小麦穗在开花期最易受其感染。禾谷镰孢菌除了造成产量损失外,还产生脱氧雪腐镰孢烯醇(DON)和雪腐镰孢醇等毒性次生代谢产物,它们是致病性的重要因素和真核生物蛋白质合成的有效抑制剂,对人和动物有害。目前研究发现DON毒素合成酶主要由TRI基因簇所编码。镰孢属真菌能产生多种挥发性有机化合物(VOC),对长距离信号交流具有重要意义,也能使寄主或其他微生物在侵染或竞争中变弱。防治镰孢菌病害的方法有很多,如农业防治、化学防治和生物防治等。芽胞杆菌被认为是最有效的生防制剂(BCA),它通过产生脂肽、胞外酶或释放挥发性有机化合物(VOC)等方式对植物病原菌发挥防治作用。在本研究中,我们首先通过离体培养和温室实验分析了真菌对植物的不良影响,研究了植物病原真菌镰孢禾谷镰孢菌株PH-1产生的挥发性有机化合物(VOC)对小麦种子萌发和生长的影响。在禾谷镰孢菌挥发性有机化合物作用下,植物种子萌发和植株生长均显著受到抑制。采用固相微量提取(SPME)连接气相色谱-质谱法(GC-MS)对挥发性有机化合物进行了鉴定。使用NIST/EPA/NIH质谱库中的数据分析挥发性化合物的质谱数据。从禾谷镰孢菌中鉴定出26种挥发性化合物,包括醇类和酸类,1种酯类(苯甲酸,3,5-二氟苯基酯),以及醚类和酚类。选择4种能够购买到的纯合成化学品(DL-2-氨基己二酸、1,3-二甲基-5-N-癸环己烷、苯酚、2,4-双(1,1-二甲基乙基)-邻苯二甲酸二异辛酯)进行影响种子的发芽试验。这些合成的化学物质和灭菌种子分别放置分隔培养皿两侧进行实验。结果表明,只有2,4-二叔丁基苯酚对种子萌发有抑制作用,对根系形态参数有不利影响。在这种化学物质的影响下,小麦植株的生长也受到了相似的影响。为了评估细菌化合物的生防潜力,使用由解淀粉芽胞杆菌FZB42构建的两种突变体,即只产生泛革素fengycin的AK1S和只产生杆菌霉素bacillomycinD和表明活性素surfactin的AK2突变体,用于抑制小麦赤霉病菌实验。这些突变体产生的脂肽粗提物具有显著的抑制禾谷镰孢菌菌活性。用高效液相色谱法从粗提物中分离纯化出泛革素,并用MALDI-TOF-MS进行进一步鉴定。扫描电镜观察发现,泛革素可以导致真菌菌丝结构变形。同时,发现泛革素具有抑制病原菌生长繁殖的能力,并增强植物抵抗病害发生的能力,泛革素还通过下调禾谷镰孢菌毒素合成来降低DON的产生。为了探讨真菌VOC对芽胞杆菌的作用,选择3种芽胞杆菌(解淀粉芽胞杆菌FZB42、枯草芽胞杆菌OKB105、SYST-2)进行实验。结果表明,禾谷镰孢菌菌产生的VOCs显著抑制了芽胞杆菌的菌落生长速度、细胞活力、生物膜的形成、根的定殖能力和生防细菌的运动能力。在气相色谱-质谱法检测到的26种挥发性有机物中,2,4-二叔丁基苯酚、二庚基醚和dl-2-氨基己二酸显著降低了芽胞杆菌的菌落生长速度和能力。真菌VOC对植物种子萌发和根系也有不利影响。此外,负责生物膜形成的细菌基因如yuaB、epsO和负责运动性的细菌基因如fli和swrA的表达下调。研究表明,真菌VOC对芽胞杆菌生长与适合度有不利影响。本研究的第4部分阐述了禾谷镰孢菌菌VOCs对芽胞杆菌胞外酶和脂肽等生防因子产生的影响。研究结果表明,禾谷镰孢菌产生的挥发性有机化合物可以刺激胞外酶的产生。与对照相比,纤维素酶、蛋白酶和淀粉酶(Egls,ClpP和AmyE)等胞外酶的表达增强。同时,芽胞杆菌产生的脂肽也受禾谷镰孢菌挥发性有机化合物的影响:与对照相比,经处理的样品中的脂肽浓度更高。据我们所知,这项研究首先报告,病原体产生的挥发性有机化合物可以增加抗菌细胞外酶的合成。