破坏菌丝端部生长

2020-07-07 19:16

4微生物几丁质酶降解产物的应用

5展望

基于几丁质酶的特性,可将其应用于基因工程中。20世纪80年代以来,许多科学家致力于将外源微生物的几丁质酶基因导入植物以提高植物的抗病虫性和生防效果。烟草、马铃薯、水稻、番茄、苹果、葡萄等植物已经成功获得了转基因植株,表达了几丁质酶生物活性。与对照相比,转基因植物不仅可抗真菌,对线虫、昆虫和其它一些病原微生物也有一定的抗性。

许多细胞壁含几丁质的微生物能被微生物几丁质酶分解,可用于真菌原生质体的释放,产生菌体蛋白;几丁质部分水解产生的氨基糖寡糖素,在调节动植物细胞生命代谢活动中起着非常重要的作用;几丁质酶的降解产物可用于制药、食品、化妆品及动物饲料等行业,特别是对甲壳类水生动物废弃物的生物转换,对于环境保护和资源的再利用方面起到非常重要的作用,因此有着广阔的应用开发前景。

目前,国内外的研究主要侧重于不同来源的几丁质酶对不同底物的作用机理、遗传工程学和生态学意义等。随着分子生物学技术的迅速发展,人们展开了对几丁质酶的分子结构、同源性等研究,以解释其抑制真菌生长及杀虫的分子机理。其中研究较多的有:苏云金芽孢杆菌(bacillusthuringiensis,bt),其产生的几丁质酶对探讨该酶在bt杀虫中的作用、提高杀虫活性和扩大杀虫谱的研究具有重要意义;球孢白僵菌(beauveriabassiana)在以几丁质为基质的条件下,可被诱导产生大量胞外几丁质酶,其杀虫机理是其芽管新梢分泌的几丁质酶能将昆虫体表的几丁质分解,侵入昆虫体内后菌丝四处穿透并充满个体腔,最终昆虫新陈代谢紊乱、死亡呈现白色僵硬状;哈茨木霉(trichodermaharzianum)产生的胞外酶中,几丁质酶不仅出现时间早、生物活性高,在重寄生过程中具有重要的作用,可以用于防治植物病原体,而且其在消除甲壳类废料中具有工业价值。研究表明木霉g蛋白参与了几丁质酶的形成,并进行了不同抗真菌次生代谢产物分子机制的研究。

作者:侯金丽 单位:河南工业贸易职业学院

3微生物几丁质酶在其它植物病害防治中的应用

3.3在基因工程中的应用

几丁质是一种由n-乙酰-d-氨基葡萄糖以β-1,4键连接而成的多聚糖,是仅次于纤维素的第二大多糖类资源,也是甲壳类动物以及许多昆虫、真菌、线虫等病原物体壁结构的重要组成部分。几丁质酶是具有生物催化活性的水解酶,化学名称为(1,4)-β-乙酰基-n-聚葡糖胺酶,能特异性地将几丁质水解为寡聚糖和n-乙酰氨基葡萄糖,其水解产物具有抗菌、抗肿瘤等生物活性,在食品,药物以及植物病害防治等领域具有广泛的应用前景。几丁质酶广泛存在于自然界中的动物、植物、微生物等体内,是一类具有重要作用的酶类。许多微生物包括几乎所有的昆虫及线虫病原细菌、真菌均可产生胞内或胞外几丁质酶,在有害昆虫及线虫等的生物防治中发挥着重要的作用,因而引起人们越来越多的关注。本文对微生物几丁质酶研究概况及今后的工作展望进行了综述。

对于开发新的种质资源,发现新的几丁质酶高产菌的报道也开始增多,如从极端环境分离的热稳定性几丁质酶等;另外,由于海水的特殊环境,海洋微生物多数具有产生几丁质酶的能力,因此人们越来越把关注的目光投向产几丁质酶的海洋微生物的筛选;另外,有关酸性、中性几丁质酶的研究较多,而对碱性几丁质酶的研究较少,而海滩、盐碱地又是碱性几丁质酶产生菌的生长场所,因此,今后会有更多的工作要做,通过改善培养条件,寻找合适的发酵工艺,来提高产酶量。总之,微生物几丁质酶作为一种生物活性物质,在防治由真菌、昆虫及线虫等低等生物引起的植物病虫害中发挥着重要的作用。目前,微生物几丁质酶在分子生物学方面的研究不断深入,已克隆了多种微生物的几丁质酶基因。几丁质酶无论从几丁质资源的开发利用减轻污染、保护环境,还是发挥几丁质原料及几丁质酶系统在农业、工业、食品乃至药物中的作用,都展现出广阔的良好前景。因此,在未来的农业中,对微生物几丁质酶的结构修饰、作用机理及转基因研究将会更加深入,其将在人类生产生活中发挥更大的作用。

3.2在害虫防治中的增效作用

1微生物几丁质酶的研究现状

大多数植物病害是由真菌引起的,产几丁质酶微生物分解真菌细胞壁的多数植物病原真菌细胞壁的重要成分几丁质。几丁质酶可杀死病原真菌,用于农作物的生物防治中。horikoshi等研究发现,产生毒素的黄曲霉菌能被环状芽孢杆菌裂解,并且随着加入的几丁质酶浓度的提高,裂解效率也随之提高。mitchell等研究表明,只要能裂解真菌细胞壁的微生物菌株都含有几丁质酶。植物生长促生根际细菌荧光假单胞菌可在不同的基质上产胞外几丁质酶,可抑制菌丝生长,被用于抗真菌病害,其抑制真菌生长可能的机制:丝状真菌的菌丝顶端暴露的几丁质链会被几丁质酶所水解,细胞壁变薄,原生质膜破裂;同时菌丝末端新合成的几丁质也能被几丁质酶降解,使真菌孢子萌发,芽管伸长受阻,破坏菌丝端部生长。已有研究发现,几丁质酶对真菌孢子萌发的抑制作用有一定的特异性。哈茨木霉菌被广泛用于植物病害生物防治中,其可分泌产生细胞降解酶类,其中以几丁质酶尤为重要,几丁质酶的产生在木霉防治病原菌的机制中占重要地位。

内寄生真菌可产生几丁质酶,防治牛豆象甲,包括哈茨木霉可产生水解酶用于害虫生防。在害虫防治方面,微生物几丁质酶还具有增效作用。许多昆虫的中肠具有围食膜,主要成分是几丁质。围食膜是昆虫防止病原细菌或病毒传染的一道天然屏障,少量的昆虫病原真菌产几丁质酶可破坏角质层及几丁质屏障,利用蜡蚧轮枝菌孢子作为生物防治昆虫和害虫的手段受到极大的关注。微生物几丁质酶对苏云金芽孢杆菌制剂也有增效作用。对有些害虫,微生物几丁质酶不是水解围食膜的几丁质,而是提高杀虫制剂的杀蛋白活性,如果单独使用微生物几丁质酶无杀虫效果,因此其可作为杀虫制剂的增效剂。

3.1真菌病害的生物防治

2微生物几丁质酶在植物线虫病害生物防治中的应用

几丁质酶能酶解许多病原微生物细胞壁的重要结构成分几丁质,从而使病原微生物死亡。根据这一特性,其在植物病害的防治中有着极其广泛的用途和巨大的潜力。近年来,由于植物寄生线虫的危害日益严重,寻找高效低毒的线虫生物防治因子越来越引起人们的重视,而几丁质酶由于被证实可有效地作用于线虫,在线虫的生防中将发挥越来越重要的作用。如食线虫真菌所产几丁质酶等胞外酶,可作用于线虫体表角质层和卵壳的几丁质层,在侵染线虫的过程中起到关键作用;同时还发现几丁质酶本身也可作为侵染宿主的毒性因子发挥作用,它在侵染过程中作为水解酶的其它潜在功能也在研究中。用蜡蚧轮枝胞属的食线虫真菌培养滤液所产的几丁质酶处理globoderapallida线虫卵,扫描电镜观察显示可破坏卵表面的结构组成。另外,木霉菌、蜡蚧轮枝菌均可用来防治大豆胞囊线虫等植物寄生线虫。先接种am真菌后再接种scn的大豆根内几丁质酶和苯丙氨酸解氨酶(pal)活性显著提高,证明chibl和pal5基因表达可能是am真菌诱导植物抗大豆胞囊线虫病害防御反应的一种表现,推测这2个基因直接参与了am真菌诱导大豆抗胞囊线虫病害的防御反应。曾有报道2001年,在印度的喀拉啦省从香蕉病株的根部发现的线虫胞囊中分离出11种真菌,其中包括总状共头霉(syncephalastrumracemosum,sr.)菌株,这些真菌能够侵染胞囊线虫的卵及幼虫,从而破坏卵的孵化,对香蕉和水稻胞囊线虫来说,这些真菌具有潜在的生防能力。其侵染过程是否与产几丁质酶有关有待证实。线虫生防菌株sr18的代谢产物可以安全高效地防治植物寄生线虫,在研究其代谢产物杀线虫活性过程中,发现有线虫被消解的现象,这可能与产水解酶如几丁质酶有关。