Endofita baktériumok izolálása és azonosítása, a fermentációs feltételek optimalizálása és a gyapot hervadásának kórokozójának gátlása shidoulanban
A növények endofita baktériumai olyan mikroorganizmusokra, például baktériumokra, gombákra és aktinomycétákra utalnak, amelyek a növények élő szöveteiben és szerveiben élősködnek. Szinte minden növény bőséges mikrobiális anyagot tartalmaz, és az endofita baktériumok a hosszú távú evolúció során fokozatosan szimbiózisban állnak a gazdanövénnyel anélkül, hogy a gazdanövényen nyilvánvaló külső fertőzési tüneteket okoznának. A kutatások kimutatták, hogy az endofita baktériumok másodlagos anyagcseretermékei nemcsak a patogén mikroorganizmusokat képesek gátolni, hanem aktiválják a gazdanövény immunválaszrendszerét, fokozzák a növényvédelemmel kapcsolatos gének expressziós profilját, és a természetes gyógyászat fontos forrását jelentik. A mikrobiális növényvédő szerek a 21. század új növényvédőszer-iparágává váltak a zöld környezetvédelem és a mezőgazdasági melléktermékek minőségére gyakorolt minimális hatásuk előnyei miatt, és a növényvédelem irányát képviselik. Az orchidea növények élőhelyén nagyobb mennyiségben találhatók endofita baktériumok. Chen és munkatársai 241 endofita baktériumot izoláltak öt orchidea családba tartozó gyógynövényből (Paeonia lactiflora, Panax ginseng, Dendrobium nobile, Dendrobium chrysotoxum és Dendrobium chrysotoxum). A szerző a Bulbophyllum sp. in vitro tenyésztése során megállapította, hogy szövetei gazdagok endofita baktériumokban, és egyes baktériumok képesek szimbiózisban együtt élni a gazdaszervezet in vitro szöveteivel. A hervadásos betegség a gyapotültetési időszakban gyakori betegség, amely az ország nagy gyapottermelő területein széles körben előfordul és komoly károkat okoz. Becslések szerint évente 100 millió kilogramm gyapot vész el a hervadásos betegség miatt. A Fusarium hervadást a Fusarium oxysporum okozza, amelyet a gazdaspecifikusság alapján különböző specializációs típusokba sorolnak, mint például a gyapot specializáció, uborka specializáció, banán specializáció, stb. Egyes specializációs típusok a gazdafajták alapján különböző fiziológiai fajokra oszlanak tovább, egyedi, más országoktól eltérő fiziológiai fajokat alkotva. A különböző specializált típusok és fiziológiai rasszok által okozott hervadásos betegség különböző megelőzési és védekezési módszereket igényel, ezért különösen fontos a Fusarium oxysporum különböző specializált típusaira és fiziológiai rasszaira vonatkozó biológiai védekező szerek azonosítása. Ebben a kísérletben a Fusarium oxysporum gyapot hervadásának specializációját használtuk indikátor baktériumként, és a Solanum nemzetséghez tartozó növények endofita baktériumaiból kerestünk gátló hatású biokontroll baktériumokat. A fermentációs körülményeket optimalizáltuk, és a fő antibakteriális anyagokat, a lipopeptideket elektronmikroszkópiával figyeltük meg a patogén baktériumok morfológiájára gyakorolt hatásuk szempontjából. Ez a kísérlet gyakorlati alapot teremt az antibakteriális anyagok előállításához és a gyapot hervadásos betegség biológiai ellenőrzéséhez.

A Fusarium oxysporum a növények gyökérrothadását, hervadását és sárguló betegségeket okozhat. A gyapot hervadásos betegség ellen használt fő biológiai védekező baktériumok közé tartozik a Trichoderma harzianum TH1, Trichoderma viride GY20, Marine Streptomyces ZW-1, Streptomyces spectacular SC11, Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens SN06, Bacillus cereus YUPP-10 stb. A Fusarium oxysporum különböző speciális típusainak és fiziológiai fajainak létezése miatt a jelen tanulmányban használt kórokozót iskolánk kísérleti területén lévő beteg gyapotnövényekből izoláltuk, amelyek a gyapot hervadására specializálódott típusba tartoznak. A szűrés célja e kórokozó antagonista baktériumainak gátlása volt. A Cymbidium nemzetséghez tartozó növényekből kiválasztottunk egy jó gátló hatású baktériumot, amelyet BBs-27-nek neveztünk el. A molekuláris azonosítás a Bacillus subtilis alfajjal mutatta a legnagyobb hasonlóságot. Számos Bacillus faj rendelkezik széles spektrumú antibakteriális aktivitással, köztük a Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Bacillus cereus, Bacillus amyloliquefaciens és Bacillus cereus.
Az antibakteriális anyagok fermentációját nagyban befolyásolja a táptalaj és a környezeti tényezők. A táptalaj összetételének és a fermentációs körülményeknek az optimalizálása növelheti az antibakteriális anyagok hozamát. Liu és munkatársai a Mohewei J7-et optimalizált közeggel fermentálták, és az antibakteriális anyagok hozama 38,89%-vel nőtt. Chen és munkatársai optimalizálták a Bacillus amyloliquefaciens SC1150 törzs fermentációs közegét, és a banán fonnyadás betegség 4. fiziológiai faja elleni antibakteriális zóna átmérője 23,31-ről 28,33-ra nőtt. Ebben a vizsgálatban a 2,5%-3,0% xilózt tartalmazó táptalaj kivételével, amely nem termelt antibakteriális anyagokat, az összes többi cukor hozzáadása képes volt elősegíteni az antibakteriális anyagok termelését; az LB csak szerves nitrogént tartalmaz, és 0,05% szervetlen nitrogénforrás (NH4) 2HPO4 hozzáadása javíthatja az antibakteriális aktivitást. Az optimalizálás után az antibakteriális ráta 51,57%-ről 88,06%-re nőtt, és a lipopeptidek hozama 0,6 g (száraz tömeg)/L volt, ami magasabb volt, mint a Bacillus subtilis HS-A38 és a mutáns törzsé. Zhang et al A Subtilis ATCC2133-ban a lipopeptidek előállításának feltételeit optimalizálták, és a HPLC-vel 4,885 g/l-t határoztak meg, ami összefüggésben lehet a törzzsel és a kimutatási módszerrel.
Különböző mikroorganizmusok termelnek antimikrobiális lipopeptideket, például baktériumok, aktinomiciták, gombák stb. Közülük a Bacillus az a nemzetség, amelyről megállapították, hogy a legtöbb lipopeptidet termel. A különböző mikroorganizmusok különböző szerkezetű, tulajdonságú és antibakteriális hatású lipopeptideket termelnek. Az ebben a tanulmányban használt BBs-27 által termelt antibakteriális anyagok némi magas hőmérsékletnek való ellenállással és némi magas hőmérsékleten történő deaktivációval rendelkeznek, ami azt jelzi, hogy többféle antibakteriális anyag létezik, de a fő antibakteriális anyag ellenáll a 121 ℃-os magas hőmérsékleten történő kezelésnek. A lipopeptidek fizikai-kémiai tulajdonságai és a lipopeptidek antibakteriális hatása alapján ebben a kísérletben feltételezhető, hogy a BBs-27 által termelt antibakteriális anyag elsősorban lipopeptidek. Az elvégzett kutatások egy másik része arra utal, hogy más, magas hőmérsékleten inaktivált antibakteriális anyagok fehérjék lehetnek, és az antibakteriális fehérjék és peptidszerkezetek további kutatására van szükség.