Isolierung und Identifizierung von endophytischen Bakterien, Optimierung der Fermentationsbedingungen und Hemmung des Erregers der Baumwollwelke in Shidoulan
Endophytische Bakterien in Pflanzen beziehen sich auf Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze und Actinomyceten, die in lebenden Geweben und Organen von Pflanzen parasitieren. Fast jede Pflanze enthält reichlich mikrobielles Material, und endophytische Bakterien gehen durch langfristige Evolution allmählich eine symbiotische Beziehung mit dem Wirt ein, ohne offensichtliche äußere Infektionssymptome bei der Wirtspflanze zu verursachen. Die Forschung hat gezeigt, dass Sekundärmetaboliten endophytischer Bakterien nicht nur pathogene Mikroorganismen hemmen können, sondern auch das Immunsystem der Wirtspflanze aktivieren, das Expressionsprofil von Genen, die mit der Pflanzenabwehr zusammenhängen, verbessern und eine wichtige Quelle der Naturmedizin darstellen. Mikrobielle Pestizide haben sich im 21. Jahrhundert zu einer neuen Pestizidindustrie entwickelt, da sie die Umwelt schonen und die Qualität der landwirtschaftlichen Nebenprodukte nur minimal beeinträchtigen, was eine neue Richtung im Pflanzenschutz darstellt. Orchideenpflanzen weisen in ihrem Lebensraum eine große Anzahl endophytischer Bakterien auf. Chen et al. isolierten 241 endophytische Bakterien aus fünf Heilpflanzen der Orchideenfamilie (Paeonia lactiflora, Panax ginseng, Dendrobium nobile, Dendrobium chrysotoxum und Dendrobium chrysotoxum). Der Autor stellte bei der In-vitro-Kultur von Bulbophyllum sp. fest, dass sein Gewebe reich an endophytischen Bakterien war und einige Bakterien mit dem In-vitro-Gewebe des Wirts symbiotisch koexistieren konnten. Die Welkekrankheit ist eine weit verbreitete Krankheit während der Baumwollanbauzeit, die in den großen Baumwollanbaugebieten des Landes weit verbreitet ist und schwere Schäden verursacht. Man schätzt, dass jedes Jahr 100 Millionen Kilogramm Baumwolle durch die Welkekrankheit verloren gehen. Die Fusariumwelke wird durch Fusarium oxysporum verursacht, das aufgrund seiner Wirtsspezifität in verschiedene Spezialisierungstypen eingeteilt wird, z. B. Baumwollspezialisierung, Gurkenspezialisierung, Bananenspezialisierung usw. Einige Spezialisierungstypen werden auf der Grundlage der Wirtssorten weiter in verschiedene physiologische Ethnien unterteilt, die sich von anderen Ländern unterscheiden. Die durch verschiedene spezialisierte Typen und physiologische Ethnien verursachte Welkekrankheit erfordert unterschiedliche Präventions- und Bekämpfungsmethoden, so dass es besonders wichtig ist, die biologischen Bekämpfungsmittel für verschiedene spezialisierte Typen und physiologische Ethnien von Fusarium oxysporum zu identifizieren. In diesem Versuch wurde die Spezialisierung von Fusarium oxysporum auf die Baumwollwelke als Indikatorbakterium verwendet und nach Biokontrollbakterien mit hemmender Wirkung aus endophytischen Bakterien von Pflanzen der Gattung Solanum gesucht. Die Fermentationsbedingungen wurden optimiert, und die wichtigsten antibakteriellen Substanzen, die Lipopeptide, wurden unter dem Elektronenmikroskop auf ihre Auswirkungen auf die Morphologie der pathogenen Bakterien untersucht. Dieser Versuch bildet eine praktische Grundlage für die Herstellung von antibakteriellen Substanzen und die biologische Bekämpfung der Baumwollwelkekrankheit.

Fusarium oxysporum kann Pflanzenwurzelfäule, Welke und Vergilbungskrankheiten verursachen. Zu den wichtigsten Biokontrollbakterien, die gegen die Baumwollwelke eingesetzt werden, gehören Trichoderma harzianum TH1, Trichoderma viride GY20, Marine Streptomyces ZW-1, Streptomyces spectacular SC11, Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens SN06, Bacillus cereus YUPP-10 usw. Da es verschiedene spezialisierte Typen und physiologische Ethnien von Fusarium oxysporum gibt, wurde der in dieser Studie verwendete Erreger aus erkrankten Baumwollpflanzen auf dem Versuchsfeld unserer Schule isoliert, die zum spezialisierten Typ der Baumwollwelke gehören. Ziel des Screenings war es, die antagonistischen Bakterien dieses Erregers zu hemmen. Ein Bakterium mit guter hemmender Wirkung wurde aus Pflanzen der Gattung Cymbidium ausgewählt und BBs-27 genannt. Die molekulare Identifizierung ergab die größte Ähnlichkeit mit einer Unterart von Bacillus subtilis. Viele Bacillus-Arten haben ein breites antibakterielles Wirkungsspektrum, darunter Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Bacillus cereus, Bacillus amyloliquefaciens und Bacillus cereus.
Die Fermentierung antibakterieller Substanzen wird in hohem Maße durch das Kulturmedium und Umweltfaktoren beeinflusst. Durch die Optimierung der Zusammensetzung des Nährmediums und der Fermentationsbedingungen kann die Ausbeute an antibakteriellen Substanzen erhöht werden. Liu et al. fermentierten Mohewei J7 mit einem optimierten Medium, und die Ausbeute an antibakteriellen Substanzen stieg um 38,89%. Chen et al. optimierten das Fermentationsmedium des Stammes Bacillus amyloliquefaciens SC1150, und der Durchmesser der antibakteriellen Zone gegen die physiologische Ethnie 4 der Bananenwelkekrankheit stieg von 23,31 auf 28,33. Mit Ausnahme des Mediums mit 2,5% bis 3,0% Xylose, das keine antibakteriellen Substanzen produzierte, konnten in dieser Studie alle anderen Zuckerzusätze die Produktion von antibakteriellen Substanzen fördern; LB enthält nur organischen Stickstoff, und die Zugabe von 0,05% anorganischer Stickstoffquelle (NH4) 2HPO4 kann die antibakterielle Aktivität verbessern. Nach der Optimierung stieg die antibakterielle Rate von 51,57% auf 88,06%, und die Ausbeute an Lipopeptiden betrug 0,6 g (Trockengewicht)/L, was höher war als die von Bacillus subtilis HS-A38 und dem mutierten Stamm. Zhang et al. Die Bedingungen für die Produktion von Lipopeptiden in Subtilis ATCC2133 wurden optimiert, und der Gehalt wurde mit HPLC auf 4,885 g/L bestimmt, was möglicherweise mit dem Stamm und der Nachweismethode zusammenhängt.
Es gibt verschiedene Mikroorganismen, die antimikrobielle Lipopeptide produzieren, z. B. Bakterien, Actinomyceten, Pilze usw. Unter ihnen ist Bacillus die Gattung, die nachweislich die meisten Lipopeptide produziert. Verschiedene Mikroorganismen produzieren Lipopeptide mit unterschiedlichen Strukturen, Eigenschaften und antibakteriellen Wirkungen. Die von BBs-27 produzierten antibakteriellen Substanzen, die in dieser Studie verwendet wurden, weisen eine gewisse Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen und eine gewisse Deaktivierung bei hohen Temperaturen auf, was darauf hindeutet, dass es mehrere Arten von antibakteriellen Substanzen gibt, aber die wichtigste antibakterielle Substanz ist gegenüber einer Hochtemperaturbehandlung bei 121 ℃ beständig. Aufgrund der physikochemischen Eigenschaften von Lipopeptiden und der antibakteriellen Wirkung von Lipopeptiden in diesem Experiment wird vermutet, dass die von BBs-27 produzierte antibakterielle Substanz hauptsächlich aus Lipopeptiden besteht. Ein anderer Teil der durchgeführten Untersuchungen deutet darauf hin, dass es sich bei anderen bei hohen Temperaturen inaktivierten antibakteriellen Substanzen um Proteine handeln könnte, und weitere Untersuchungen über antibakterielle Proteine und Peptidstrukturen sind erforderlich.