新疆极端环境放线菌多相分类及抑菌活性物质研究

发布时间：2017-04-14 08:02

  本文关键词：新疆极端环境放线菌多相分类及抑菌活性物质研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：新疆东部的吐鲁番盆地和南部的塔里木盆地由于长期干旱少雨,形成了戈壁、沙漠、盐湖等极端环境。前期微生物多样性研究发现这些极端环境中分布着丰富而独特的放线菌。本研究以分离自吐鲁番盆地和塔里木盆地极端环境中的放线菌为研究对象,对其中的放线菌新物种进行多相分类鉴定。以对新疆棉花生产具有严重威胁的棉花黄萎病菌(大丽轮枝菌)为指示菌,筛选获得了高抑菌活性的放线菌。对抑菌活性好的放线菌进行了代谢产物的分离鉴定和活性追踪,获得了高抑菌活性的单体化合物和新结构类型的化合物。通过优化发酵工艺大幅提高了活性化合物的产量,并开展了活性化合物对大丽轮枝菌抑菌机理的初步研究。具体研究结果包括:1.通过形态、系统发育、生理生化和化学分类特征的描述和比较,对3株分离自新疆极端环境中的放线菌进行了多相分类。放线菌TRM 46004为假诺卡氏菌科的新物种,命名为吐鲁番长丝菌(Longimycelium tulufanense),并建立了长丝菌属;嗜盐放线菌TRM 46074为假诺卡氏菌科的新物种,命名为艾丁湖链多孢菌(Streptopolyspora aydingkolensis),与近源菌株一起建立了链多孢菌属;放线菌TRM 155-22为链霉菌属的新物种,命名为阿拉尔链霉菌(Streptomyces alarensis)。2.以对新疆棉花生产具有严重威胁的棉花黄萎病菌(大丽轮枝菌)为指示菌,对分离自吐鲁番盆地和塔里木盆地的86株放线菌进行了抑菌活性筛选,获得了11株对大丽轮枝菌具有较强抑制活性的放线菌。在抑菌活性指导下对链霉菌新物种TRM 155-22进行了代谢产物的分离和鉴定,获得了对大丽轮枝菌有强抑菌活性的蒽酮类化合物氧蒽酮霉素和2个新结构化合物。经活性检测,氧蒽酮霉素还对尖孢镰刀菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌等多种动、植物病原菌具有强抑制作用。3.通过单因素实验、Plackett-Burman实验和响应面实验设计,对放线菌TRM155-22产氧蒽酮霉素的发酵工艺进行了优化。摸索出放线菌TRM 155-22产氧蒽酮霉素的最佳发酵培养基和发酵条件,使氧蒽酮霉素的产量提高了4.6倍,达到128.5 mg/L。使用蔗糖为碳源、大豆粉为氮源,降低了发酵成本,为氧蒽酮霉素的开发利用奠定了基础。4.开展了氧蒽酮霉素对大丽轮枝菌抑菌机理的初步研究。氧蒽酮霉素能够明显抑制大丽轮枝菌的孢子萌发、菌丝生长和生物量累积。经氧蒽酮霉素处理后,大丽轮枝菌的孢子和菌丝表面凹陷皱缩,内部细胞器被破坏。氧蒽酮霉素还能明显增加大丽轮枝菌细胞的通透性,造成线粒体膜电位的紊乱,并且能够抑制细胞膜的主要成分麦角固醇的合成。因此推断氧蒽酮霉素作用于细胞膜,导致细胞膜结构的损伤,使细胞内容物泄漏,从而表现出抑菌活性。研究结果表明,新疆极端环境不仅蕴含着大量放线菌新物种资源,很多菌株还具有较高的生物活性和丰富的次级代谢产物。极端环境放线菌新物种的多相分类增加了人们对极端环境微生物的认识,为研究放线菌对高盐极端环境的适应机制提供了新材料。极端环境放线菌活性筛选、代谢产物的分离鉴定以及活性菌株发酵工艺的优化促进了新疆放线菌资源的开发和利用,为农业病害的防治、新型生物农药的创制提供了高活性菌株和先导化合物。首次报道了氧蒽酮霉素对大丽轮枝菌的抑菌活性和作用机理,使人们对氧蒽酮霉素有了更全面的认识,为后续的开发应用奠定了基础。
【关键词】：新疆极端环境 放线菌 分类鉴定 代谢产物 氧蒽酮霉素 抑菌机理 发酵工艺优化
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S182
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 文献综述11-29
• 1.1 新疆极端环境放线菌资源11-15
• 1.2 微生物源生物农药15-20
• 1.3 放线菌产生的活性代谢产物20-24
• 1.4 抗真菌生物农药的抑菌机理24-27
• 1.5 研究目的和思路27-28
• 1.6 技术路线28-29
• 第二章 新疆3株放线菌新物种多相分类29-71
• 引言29
• 2.1 实验材料29-31
• 2.1.1 供试菌株29-30
• 2.1.2 相关培养基30
• 2.1.3 主要实验仪器30-31
• 2.2 实验方法31-39
• 2.2.1 系统发育分析31-32
• 2.2.2 形态特征描述32
• 2.2.3 生理生化特征32-36
• 2.2.4 细胞化学组分分析36-39
• 2.3 结果与分析39-69
• 2.3.1 放线菌新物种Longimycelium tulufanense TRM 46004 多相分类39-50
• 2.3.2 放线菌新物种Streptopolyspora aydingkolensis TRM 46074 多相分类50-60
• 2.3.3 放线菌新物种Streptomyces alarensis TRM 155-22 多相分类60-69
• 2.4 讨论69-71
• 第三章 棉花黄萎病拮抗菌筛选及其次级代谢产物分离鉴定71-97
• 引言71
• 3.1 实验材料71-75
• 3.1.1 供试菌株71-75
• 3.1.2 相关培养基75
• 3.1.3 主要实验仪器75
• 3.2 实验方法75-80
• 3.2.1 棉花黄萎病菌抑菌活性检测75-76
• 3.2.2 活性放线菌发酵培养76-77
• 3.2.3 发酵粗提物的获得77
• 3.2.4 发酵粗提物抑菌活性检测77
• 3.2.5 代谢产物的分离77-79
• 3.2.6 单体化合物结构鉴定79
• 3.2.7 单体化合物抑菌活性检测79-80
• 3.3 结果与分析80-96
• 3.3.1 棉花黄萎病菌拮抗放线菌筛选80-82
• 3.3.2 阿拉尔链霉菌TRM 155-22 代谢产物的分离82-86
• 3.3.3 阿拉尔链霉菌TRM 155-22 代谢产物的结构鉴定86-94
• 3.3.4 阿拉尔链霉菌TRM 155-22 单体化合物的抑菌活性94-96
• 3.4 讨论96-97
• 第四章 阿拉尔链霉菌TRM 155-22 产氧蒽酮霉素发酵条件优化97-119
• 引言97
• 4.1 实验材料97-98
• 4.1.1 供试菌株97
• 4.1.2 培养基97-98
• 4.1.3 主要实验仪器98
• 4.2 实验方法98-101
• 4.2.1 初始发酵条件98
• 4.2.2 氧蒽酮霉素的检测98-99
• 4.2.3 发酵培养基的优化99-100
• 4.2.4 发酵条件的优化100
• 4.2.5 影响氧蒽酮霉素产量关键因素的筛选100-101
• 4.2.6 最陡爬坡实验101
• 4.2.7 响应面试验设计101
• 4.2.8 验证实验101
• 4.3 结果与分析101-117
• 4.3.1 氧蒽酮霉素检测方法的确定101-104
• 4.3.2 发酵培养基的确定104-108
• 4.3.3 发酵条件优化108-111
• 4.3.4 Plackett-Burman试验筛选影响氧蒽酮霉素产量的关键因素111-114
• 4.3.5 最陡爬坡实验结果114
• 4.3.6 响应面试验设计结果114-117
• 4.3.7 验证实验117
• 4.4 讨论117-119
• 第五章 氧蒽酮霉素抗棉花黄萎病菌的作用机理119-133
• 引言119
• 5.1 实验材料119-120
• 5.1.1 供试材料和菌株119
• 5.1.2 培养基119
• 5.1.3 主要实验仪器119-120
• 5.2 实验方法120-123
• 5.2.1 氧蒽酮霉素对大丽轮枝菌生长的影响120-121
• 5.2.2 氧蒽酮霉素对大丽轮枝菌形态结构的影响121-122
• 5.2.3 氧蒽酮霉素对大丽轮枝菌作用方式的检测122-123
• 5.3 结果与分析123-131
• 5.3.1 氧蒽酮霉素对大丽轮枝菌生长的抑制123-126
• 5.3.2 氧蒽酮霉素对大丽轮枝菌形态的影响126-128
• 5.3.3 氧蒽酮霉素对大丽轮枝菌的作用方式128-131
• 5.4 讨论131-133
• 总结与展望133-135
• 主要结论133
• 创新点及意义133-134
• 展望134-135
• 参考文献135-146
• 附图：化合物MS和NMR谱图146-157
• 攻读博士学位期间发表的论文157-158
• 致谢158-159

【参考文献】

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本文编号：305533