濒危植物崖柏(Thuja sutchuenensis)内生真菌的分离鉴定及其抑菌活性研究

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植物内生真菌是自然界中真菌多样性的重要组成部分,在生态系统中有重要作用,可能存在或产生与其宿主植物次级代谢物相同或相近的活性物质。柏科植物富含大量的精油、萜类、酚类、黄酮类等多种具有不同生物活性的化合物,崖柏精油及其植物体内也含有多种类似的次级代谢物,其中最关键的萜类化合物具有较好的抑菌效果,也具有某些药理作用,如清热解毒、抗肿消炎等。崖柏为柏科(Cupressaceae)崖柏属(Thuja)常绿乔木或灌木,为我国特有珍稀濒危裸子植物和白垩纪孑遗植物,也是重庆市极小种群野生保护植物,主要分布在海拔900-2200 m的山脊、断崖等危险地段。残余野生崖柏种群和个体数量较少,分布范围狭窄,生境险恶,生存状况严酷。有研究指出,宿主植物对生物胁迫的耐受性与真菌天然产物相关。所以从理论上推测,崖柏内生真菌富含结构多样、具有药用活性的、新颖的次级代谢物。本研究以濒危植物崖柏内生真菌为研究对象,在对其进行形态学观察和分子生物鉴定的基础上,探讨其群落组成、分布规律及遗传多样性,并通过对植物病原真菌、动物病原细菌以及发酵液提取物的抑菌实验评价了其抑菌活性,筛选出具有较强广谱抑菌活性的菌株,并进行了发酵条件优化、发酵产物的萜类代谢组学分析等后续实验探究,主要结论如下:(1)采用常规组织分离方法,对崖柏根、茎、叶使用不同的消毒时长共分离得到内生真菌112株,经分子生物学结合形态学鉴定,崖柏可培养内生真菌主要由子囊菌(74.1%)和担子菌组成(25.0%),分属于5纲、13目、18科、29属,呈现出丰富的物种多样性,且根、茎、叶器官之间在数量、分布和种群结构方面存在明显差异,表现出明显的组织特异性;其中根部分离出28株,优势菌属为镰刀菌属(Fusarium);茎部分离出39株,优势菌属为拟盘多毛孢属(Pestalotiopsis);叶部分离出45株,优势菌属为黑孢属(Nigrospora)。(2)内生真菌抑菌活性筛选表明,27.7%的崖柏内生真菌对至少一种被测植物病原真菌具有不同程度的抑菌效果,活性菌株数占比25.0%;大多数活性菌株对三种以上被测植物病原真菌具有抑菌活性,其中对油菜菌核病菌的抑菌效果最好。有44株崖柏内生真菌对动物病原细菌具有抑菌活性,活性菌株数占比39.29%;但总体广谱抑菌性较差,多数活性菌株只对某一种或两种动物病原细菌具有抑菌作用。通过发酵液乙酸乙酯提取物抑菌活性的复筛,发现菌株TSY-27的整体抑菌效果较强;经鉴定,该菌株为球黑孢霉(Nigrospora sphaerica)。(3)单因素实验结果表明:最佳基础培养基为PDB培养基、最佳碳源为玉米粉、最佳玉米粉浓度为25g/L、最佳氮源为胰蛋白胨,最佳胰蛋白胨浓度为14 g/L、最佳发酵液初始p H值为7、最佳发酵时间为9 d、最佳接种量为12%、最佳培养温度为28℃、最佳摇床转速为140 r/min、最佳装液量为130 m L。PB实验表明,温度为极显著性因素,p H、装液量为显著性因素,其他因素影响不显著。响应面试验结果表明,各因素的较佳水平值,分别为发酵液初始p H 6.44、温度29.72℃、装液量为136.68 m L。采用优化培养基配方,菌株TSY-27对枯草芽孢杆菌的抑菌圈直径为20.03 mm,和原始发酵培养基相比抑菌圈直径增长了27.74%,与回归模型的预测值Y=20.85 mm接近。(4)通过超高效液相-三重四级杆串联质谱仪(UPLC-MS/MS)对菌株TSY-27发酵产物进行萜类代谢组学分析,共检测出10种萜类化合物,分别为桧木醇(Hinokitiol)、十氢三甲萘并呋喃酮((-)-drimenin)、heptaketide、松柏油A(conocenolide A)、脱落酸(Abscisic acid)、白桦脂醇(Betulin)、乌索酸(Ursonic acid)、白桦脂酸(Betulinic acid)、坡模酸(Pomolic acid)、3,24-二羟基-17,21-半缩醛基-12(13)齐墩果(3,24-Dihydroxy-17,21-(13)oleanolic fruit)。可培养内生真菌的分离鉴定结果表明,崖柏植株体内蕴藏着丰富的内生真菌资源。抑菌活性筛选结果表明崖柏内生真菌具有一定的抑菌活性,这为抗菌物质的筛选提供了候选菌株。此外,对广谱活性菌株球黑孢霉Nigrospora sphaerica TSY-27的萜类次级代谢产物研究结果显示,内生真菌TSY-27具有丰富的萜类化合物,为天然活性物提供了宝贵的真菌可持续资源,为后续研究奠定了基础。
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