农杆菌介导棘孢木霉转化系统优化及突变体分析

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木霉菌(Trichoderma spp.)是世界公知公认的植物真菌病害生防真菌。目前,木霉菌生防制剂是国际生物农药市场占有率最高的生防因子。然而,随着环境问题的加剧,在木霉菌剂施用于田间时,不可避免的会受到逆境因子的胁迫,影响其本身的生长及生理状态,导致其生防能力的降低。因此,建立木霉突变体库寻找更有利于生产且适用性强的木霉菌株,进而研究木霉菌与环境、植物、病原真菌间的作用机制,明确其抗逆特性具有重要的意义。本研究首先建立并优化了农杆菌AGL-1介导的棘孢木霉ACCC30536的转化体系:培养基中AS浓度为200μM;共培养培养基pH为5.0;诱导农杆菌的时间为6h;木霉分生孢子浓度约为106个/mL时转化效率最高,约为60个转化子/106木霉分生孢子。经遗传稳定性分析筛选,已获得经分子验证的突变菌株200株。初步建立了小范围的棘孢木霉T-DNA插入突变体库,为寻找更有利于生产且适用性强的木霉菌株奠定了基础。经对棘孢木霉突变株T1-T200的筛选,获得了 2株菌落生长速度明显增快的菌株T39和T45;1株耐盐能力增强的突变株T59;2株耐碱能力增强的突变株T3和T5以及1株对杨树叶枯病原菌发酵液耐受能力增强的突变株T39。其中,T59在不同浓度的NaCI中,对三种病原真菌的拮抗能力均增强,特别是它对杨树叶枯病原菌(A.alternate)的抑制率最高为52.00%;T3和T5在碱性条件下的拮抗能力基本相同,NaHC03基本不能抑制它们对杨树叶枯病原菌和立枯丝核菌(R.solani)的拮抗能力,但随着NaHCO3浓度的增加,它们对尖孢镰刀菌(F.oxysporum)的拮抗能力逐渐减弱。通过对峙实验发现菌落生长速度变快的两株突变株T39和T45的拮抗能力比野生型棘孢木霉(WT)强,特别是T45对立枯丝核菌的抑制率最大,可达到80.76%。利用WT和拮抗能力增强的T39和T45诱导山新杨组培苗发现,三种木霉均能促进植物生长、根系发育以及保护酶(SOD、POD、CAT)和防御酶(PAL)活性的增强,其中T45诱导组培苗的根系生长最旺盛、生长量增加最大为对照组的14.28%;保护酶及防御酶的活性的提高最大,分别为对照组的2.63、2.45、12和6.35倍。选取WT及其耐碱型突变株T3和T5在不同浓度NaHCO3下,进行它们增强山新杨组培苗耐盐能力的研究。结果发现0.2%以下的NaHCO3对组培苗的生长影响不大;0.2%的NaHCO3对组培苗的生长阻碍严重、组培苗呈缺水状态,其根部也出现严重的褐化现象;0.3%的NaHCO3胁迫下山新杨组培苗受害严重,培养3d便出现死亡。而通过与三种木霉互作,不同浓度的NaHCO3中山新杨组培苗叶片的保护酶的活性均有了显著提升,其对NaHCO3的耐受能力也明显增强。但是这三种木霉对组培苗叶片保护酶活性的影响基本无差异。本研究为制备对环境更具适应性且生防功能更加突出的木霉菌剂提供理论与物质基础,同时也为研究棘孢木霉抗逆特性相关基因的功能奠定了基础。
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