解淀粉芽胞杆菌抗菌机制的研究进展.pdf

中国兽医杂志():解淀粉芽胞杆菌抗菌机制的研究进展王文迪 赵婷婷 马红霞 么乃全 徐凤宇 高云航(吉林农业大学动物医学院 吉林 长春 动物生产及产品质量安全教育部重点实验室 吉林 长春)摘要:病原性细菌和真菌给动植物健康和食品安全带来严重危害在“限抗”背景下寻求有效的、环境友好的防治措施迫在眉睫 解淀粉芽胞杆菌作为一种益生菌已广泛应用于生物防治领域其代谢产物可作用于细菌的细胞壁、细胞膜、核酸等结构抑制真菌生长和孢子萌发增强宿主的抗感染能力等在植物、畜禽疾病的防治和食品保鲜中发挥着重要作用 本文综述了解淀粉芽胞杆菌的抗菌机制以期为采用解淀粉芽胞杆菌作为生物防治剂提供科学参考关键词:解淀粉芽胞杆菌 抗菌 机制中图分类号:文献标志码:文章编号:()():.:.收稿日期:基 金 项 目:国 家 重 点 研 发 计 划 专 项()吉林省科技发展计划项目()国家现代农业产业技术体系建设专 项()吉 林 省 大 学 生 创 新 创 业 训 练 计 划 项 目()作者简介:王文迪()男硕士生主要从事动物微生态学研究:赵婷婷()女本科生就读于动物医学专业:注:赵婷婷与王文迪对本文具有同等贡献通信作者:徐凤宇:高云航:有害细菌和真菌严重危害着动植物的健康给动植物生产造成巨大的经济损失也降低了食品的保质期 人类一直在寻求高效、环保的技术开发新的药物和寻找有效的方法来控制病原菌的危害减少食物链中的腐败和致病菌 解淀粉芽胞杆菌()不仅对重要的动植物病原菌有拮抗活性还可增强宿主的抗感染能力能够在一定程度上防控动植物传染病为生物防治提供了一种有效且有应用前景的方法 本文就解淀粉芽胞杆菌的抗菌机制展开论述以期为促进解淀粉芽胞杆菌在动植物生产和食品行业中的应用提供科学参考 解淀粉芽胞杆菌的代谢产物对病原性细菌的拮抗机制 解淀粉芽胞杆菌可产生脂肽等多种代谢产物通过破坏细菌的细胞膜、作用于细菌的核酸、抑制细菌蛋白质的合成等方式拮抗细菌(表)破坏细菌的细胞膜解淀粉芽胞杆菌产生的一些代谢产物如糖胺类、脂肽、硫肽等可破坏细菌的细胞膜抑制细菌生长甚至导致细菌死亡 等分离纯化获得 的活性成分海藻糖胺发现其可抑制金黄色葡萄球菌、多杀性巴氏杆菌等的生长推测其可能破坏细菌的膜结构导致菌体死亡 等用 进行体外 期王文迪等:解淀粉芽胞杆菌抗菌机制的研究进展抑菌试验通过扫描电镜观察发现该菌产生的脂肽可破坏艰难梭菌细胞膜的完整性碘化丙啶()染色也证明 可进入脂肽作用后的艰难梭菌与其基因组 结合 等从 培养物中纯化出枯草杆菌素(属于硫肽类)发现其可能通过扰乱单核细胞增生李斯特菌的细胞膜脂质双分子层而引起细胞损伤最终导致细胞死亡 对细菌核酸的调节作用 有些 的代谢产物可作用于细菌的核酸抑制细菌繁殖 等研究发现 对嗜水气单胞菌有抑菌作用主要抑菌物质为 的胞外产物可上调嗜水气单胞菌的核糖体基因抑制其呼吸 阻止细菌蛋白质的合成 等分离到与海藻共生的 株从中鉴定出 种反式酰基转移酶聚酮合酶衍生抗生素均属于 的类似物其对引起医院感染的多种细菌有抑制作用其中化合物(六氢羟基大环黄素乙酸酯)能很好地拮抗病原菌与金黄色葡萄球菌的肽脱甲酰基酶()结合阻碍细菌蛋白质的合成表 解淀粉芽胞杆菌的代谢产物直接拮抗细菌的机制 菌株名称 抗菌谱 抗菌机制 参考文献 金黄色葡萄球菌、藤黄微球菌、大肠杆菌、鸡白痢沙门菌、鸡沙门菌、多杀性巴氏杆菌和肠炎沙门菌摧毁病原菌的膜结构并导致病原菌死亡 艰难梭菌破坏艰难梭菌细胞膜的完整性李斯特菌扰乱细胞膜的脂质双分子层导致细胞内损伤最终导致细胞死亡 嗜水气单胞菌上调嗜水气单胞菌的核糖体基因 耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、耐万古霉素粪肠球菌、肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌六氢羟基黄素乙酸酯与细菌肽脱甲酰基酶结合阻碍细菌蛋白质合成过程中的脱甲酰基化抑制细菌生长 解淀粉芽胞杆菌对病原性真菌的拮抗机制解淀粉芽胞杆菌可通过菌体本身或其代谢产物抑制真菌生长和孢子萌发破坏真菌结构(表)抑制真菌生长和孢子萌发 被认为是生物防治剂中最具竞争力的菌种之一其重要的作用方式是抑制多种病原性真菌生长和孢子萌发 通过定殖抑制真菌生长 等用绿色荧光蛋白标记研究 在玉米根际和玉米组织中的定殖模式发现 主要在主根、根毛和根间接头处的伸长区定殖然后其发酵悬浮液进入茎叶直接抑制病原真菌生长从而降低玉米南叶枯病的严重程度 等研究发现 的定殖是抑制枇杷果实上真菌生长的重要原因其抑菌物质主要是粗酶液提取物 抑制真菌菌丝生长和孢子萌发 等研究发现 株发酵液可抑制人参真菌菌丝生长和孢子萌发有效防治人参苗期病害和灰霉病 等研究发现 株胞外代谢产物苯二甲酸和苯乙酸羟基甲酯对镰刀菌菌丝生长和孢子萌发有较强的抑制作用导致菌丝发生不规则肿胀、萎缩、破裂和胞浆渗漏 等研究发现 株培养滤液中存在的抗枯萎病化合物芬介素()、和 亚型可在体外或体内通过影响孢子和菌丝的生长直接阻碍疾病的发生 等研究发现从 中纯化的重组 葡聚糖酶()对人参球菌和灰葡萄球菌的菌丝生长和孢子萌发有显著抑制作用显微镜下观察可见人参球菌菌丝出现变形、肿胀并包含泡状结构细胞壁发生降解菌丝内容物外泄灰葡萄球菌菌丝也出现变形、弯曲和肿胀细胞壁被裂解和侵蚀 等将液相色谱质谱联用分析与基因敲除法结合发现 产生的芽胞杆菌素 可抑制白粉病菌的孢子萌发有效防治烟草白粉病 等研究发现 产生的环脂肽()混合物可使炭疽病菌菌丝形态发生显著变化诱导菌丝活性氧积累导致细胞凋亡 破坏真菌结构 产生的环肽对多种植物病原性真菌具有很强的拮抗活性其分泌的抗真菌肽也可破坏真菌结构从而达到抑菌效果 等利用 四 极 杆飞 行 时 间 质 谱()分析确定了 文 献 综 述 卷 抗赤霉病菌()的成分为脂肽类伊枯草菌素 其可抑制赤霉病菌的菌丝生长和孢子萌发并诱导真菌细胞膜通透性增加 芽胞杆菌素 是由 产生的一种天然的 脂肽 等通过电子显微镜、各种荧光技术和凝胶阻滞试验发现 的抗真菌活性不仅是改变真菌细胞膜通透性的结果而且与其同细胞内靶点的相互作用有关 等从 中分离到一种新型环状肽 其处理尖孢镰刀菌可引起细胞形态改变细胞结构被破坏表 解淀粉芽胞杆菌拮抗真菌机制 菌株名称 目标病原菌或疾病 抗菌机制 参考文献 南叶枯病抑制真菌病原体的生长 尖孢镰刀菌葡萄球菌属炭疽病菌抑制真菌病原体的生长 人参苗期病害和灰霉病抑制真菌菌丝生长和孢子萌发 镰刀菌抑制真菌菌丝生长和孢子萌发 尖孢镰刀菌抑制真菌菌丝生长和孢子萌发 人参苗期病害和灰霉病抑制真菌菌丝生长和孢子萌发 烟草白粉病抑制孢子萌发 截尾芽菌改变菌丝形态 赤霉病菌诱导真菌细胞细胞膜通透性增加番茄红素菌改变真菌膜的通透性并与细胞内靶点相互作用 尖孢镰刀菌改变细胞形态破坏细胞结构 解淀粉芽胞杆菌增强宿主的抗感染能力解淀粉芽胞杆菌通过影响抗病物质的含量和抗病基因的表达诱导宿主产生系统抗性抵御病原菌入侵机体(表)等研究发现烟草接种 后可能激活植物茉莉酸/乙烯信号通路增强植物抗逆性从而诱导对烟草白粉病的抗性 等研究发现 通过产生抗真菌代谢产物抵抗茄病镰刀菌对甘薯的侵染代谢产物通过激活水杨酸()反应性植物的病程相关蛋白()基因的表达提高宿主体内的 含量减少过氧化氢()含量以抵抗茄病菌 等研究发现 可能通过增加柑橘的光合作用和增强防御相关基因的表达来提高柑橘的免疫力抵抗柑橘黄龙病()等研究发现 可增加草鱼肝脏和肾脏中补体()和白细胞介素()的表达以增强机体免疫力 等研究发现 可缓解肠出血性大肠杆菌()感染引起的小鼠体重减轻并缓解 感染的小鼠血清和肠组织中促炎因子(、和)含量的增加和抗炎因子 含量的减少还具有改善肠道形态和屏障功能等作用有效保护小鼠免受 型肠出血性大肠杆菌的感染表 解淀粉芽胞杆菌增强宿主抗感染能力机制 菌株名称 目标病原菌或疾病 增强宿主抗感染能力机制 参考文献 烟草白粉病诱导植物茉莉酸/乙烯信号通路 番茄枯萎病促进抗病基因表达 柑橘黄龙病增加柑橘光合作用和增强抗性相关基因表达 草鱼气单胞菌增加肝脏和肾脏中 和 的表达:型肠出血性大肠杆菌减轻炎症反应、改善肠道屏障功能 期王文迪等:解淀粉芽胞杆菌抗菌机制的研究进展 结语与展望解淀粉芽胞杆菌属于芽胞杆菌科芽胞杆菌属是一种多功能微生物 它普遍存在于食物、植物、动物、土壤和不同的环境中表现出多种抗真菌机制包括抗真菌脂肽和挥发性有机化合物的产生、抗病性的诱导 然而在提高其功效和宿主范围方面仍然需要深入地探讨 作为一种优良的生物肥料和农业生物防治剂解淀粉芽胞杆菌的促进生长机制已被广泛研究但其促进植物生长作用与抑菌作用是否具有关联性仍少有报道这可能会影响解淀粉芽胞杆菌菌株的潜在抑菌机制的研究以及其在农业和其他领域的应用 因此有必要对解淀粉芽胞杆菌促进植物生长机制与其抑菌机制联系起来进行深入地探讨解淀粉芽胞杆菌可产生大量具有广泛抗菌活性的次级代谢产物包括聚酮化合物(如:杆菌烯、聚酮化合物、大环内酯类化合物)和脂肽化合物(如:表面活性素、伊枯草菌素、芬介素)作为一种有效的生物防治策略它在动物养殖方面具有巨大的潜力 通过补充益生菌来改善动物体内微生物群落被认为是预防疾病的有前景的方法因为它可以作为传统抗生素的替代品 在此基础上可以深入研究解淀粉芽胞杆菌与饲料混合、与不同菌株联合的抑菌作用以及应用时机和应用方式使其更好地发挥作用效果解淀粉芽胞杆菌作为生物防治菌其抑菌机制逐渐被了解并被广泛用于动植物生产其可通过产生拮抗性次级代谢物抵抗细菌和真菌病原或增强宿主抵抗能力的方式践行“限抗”的新发展理念 随着蛋白质组学和基因组学在微生物领域的应用解淀粉芽胞杆菌所产生抑菌蛋白的分离纯化、鉴定及其抑菌机理的研究将更加明了这势必能为“解淀粉芽胞杆菌动植物病原菌”三者之间“互作”关系的揭示提供更多的证据和数据能使解淀粉芽胞杆菌在动植物病虫害、生物转化和生物肥等领域的应用潜力得到更好的发挥并为农业、畜牧业、食品和医药等重要行业的开发和应用提供科学依据 今后应继续从解淀粉芽胞杆菌的发酵液中提取或纯化生物活性化合物尤其是新物质深入开展解淀粉芽胞杆菌抗菌机理和应用效果研究参考文献:.().:.():.():.:.():.:.:.:.:.():.:.:.:.文 献 综 述 卷 .:.().():.:.()():.()():.:.(.).).:.():.:.:.():.:.():.():.