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Enhanced bio-control activity of Trichoderma viride against wheat sheath blight (Rhizoctonia cerealis) through chromosomal integration of Bacillus megaterium β-1,4-glucanase gene glu14

通过染色体整合β-1,4-葡聚糖酶基因glu14提高绿色木霉对小麦纹枯病的防治效果



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  43(4): 393 ̄400(2013)
收稿日期: 2012 ̄06 ̄06ꎻ 修回日期: 2013 ̄03 ̄14
基金项目: 国家高技术研究发展计划(“863”计划) (2011AA10A205)
通讯作者: 杨合同ꎬ研究员ꎬ主要研究方向为农业微生物ꎻ Tel:0531 ̄82605386ꎬ E ̄mail: yanght@keylab. net
共同第一作者: 李纪顺ꎬ男ꎬ山东省沂水县人ꎬ高级工程师ꎬ学士ꎬ主要研究方向为农业微生物ꎻ E ̄mail: yewu2@keylab. netꎻ
陈 凯ꎬ女ꎬ山东省昌邑市人ꎬ助理研究员ꎬ学士ꎬ主要研究方向为农业微生物ꎻ E ̄mail:chenkai19960917@yahoo. com. cnꎮ
通过染色体整合 β ̄1ꎬ4 ̄葡聚糖酶基因 glu14 提高
绿色木霉对小麦纹枯病的防治效果
李纪顺#ꎬ 陈 凯#ꎬ 李红梅ꎬ 扈进冬ꎬ 魏艳丽ꎬ 杨合同∗
(山东省科学院中日友好生物技术研究中心ꎬ 山东省应用微生物重点实验室ꎬ 济南 250014)
摘要:绿色木霉 LTR ̄2 是生物防治菌株ꎮ 利用来自巨大芽胞杆菌 Ap25 的 β ̄1ꎬ4 ̄葡聚糖酶基因 glu14 构建木霉表达载体
pSilent / glu14ꎬ利用限制性内切酶介导法(REMI)转化绿色木霉 LTR ̄2ꎮ PCR 扩增及 Southern 杂交证实目的基因已插入木
霉转化子的染色体 DNA上ꎮ 转化子的 β ̄1ꎬ4 ̄葡聚糖酶水解活性ꎬ对小麦纹枯病菌的平板抑制作用及温室防治效果较原始
菌株 LTR ̄2 明显提高(P <0. 01)ꎬ其中转化子 L ̄10 的效果最好ꎬ平板抑制率比 LTR ̄2 提高了 27. 0% ꎬ温室防治效果比
LTR ̄2 提高了 26. 7% ꎮ 本试验表明ꎬ利用 REMI技术ꎬ将 β ̄1ꎬ4 ̄葡聚糖酶基因重组到木霉染色体 DNA上ꎬ是获得高效木霉
工程菌株的有效手段ꎮ
关键词: 绿色木霉ꎻ REMIꎻ β ̄1ꎬ4 ̄葡聚糖酶基因ꎻ 小麦纹枯病菌
Enhanced bio ̄control activity of Trichoderma viride against wheat sheath blight
(Rhizoctonia cerealis) through chromosomal integration of Bacillus megaterium β ̄
1ꎬ4 ̄glucanase gene glu14   LI Ji ̄shunꎬ CHEN Kaiꎬ LI Hong ̄meiꎬ HU Jin ̄dongꎬ WEI Yan ̄liꎬ
YANG He ̄tong  (Biotechnology Center of Shandong Academy of Sciencesꎬ Shandong Provincial Key Laboratory of Applied
Microbiologyꎬ Jinan 250014ꎬ China)
Abstract: Trichoderma viride LTR ̄2 is a plant disease suppressive fungus. The β ̄1ꎬ4 ̄glucanase gene from Ba ̄
cillus megaterium strain Ap25 was cloned to form the expression vector pSilent / glu14ꎬ and used to transform
LTR ̄2 by restriction enzyme mediated integration (REMI) . Chromosomal integration was confirmed by PCR
and DNA hybridization. In comparison with wild type LTR ̄2ꎬ all glu14 recombinant strains expressed higher
glucanse activity and in vitro growth inhibition of the plant pathogenic fungus Rhizoctonia cerealis. The recom ̄
binant L ̄10 significantly showed the highest disease suppressive efficacyꎬ and had increased disease suppression
by 27. 0% in vitro growth of R. cerealis and 26. 7% in planta severity of wheat sheath blight disease(P <
0􀆰 01) . The results indicated that Trichoderma recombinant strains with enhanced bio ̄control efficiency could be
effectively constructed by inserting β ̄1ꎬ4 ̄glucanase gene into chromosome DNA with REMI method.
Key words: Trichoderma virideꎻ REMIꎻ β ̄1ꎬ4 ̄glucanase geneꎻ Rhizoctonia cerealis
中图分类号: Q78          文献标识码: A          文章编号: 0412 ̄0914(2013)04 ̄0393 ̄08
    木霉(Trichoderma)属于半知菌亚门、丝孢纲、
丝孢目、粘孢菌类ꎬ菌丝有隔ꎬ能产生分生孢子ꎬ细
胞为单核结构ꎬ有性态为肉座菌(Hyporcrea) [1]ꎬ但
尚无可实现诱发有性结构的报道ꎮ 木霉是自然界
广泛分布的生防真菌ꎬ至少对 18 个属 20 余种病原
真菌和多种病原细菌有拮抗作用ꎬ目前国际上有
 
植物病理学报 43 卷
60 多个国家使用 100 多种含有木霉菌成分的生物
制剂产品[2 ~ 4]ꎮ
随着分子生物学实验技术的发展ꎬ利用生物
技术对木霉进行基因改造及功能基因的研发已
逐渐趋于成熟ꎬ由于多种转化方法对染色体的插
入是随机的ꎬ受影响的表型也是多种多样的ꎮ
如ꎬ菌丝生长速率、水解酶活性、菌落形态、对温
度的耐受性、对某些病菌的抑制能力等ꎬ这些因
素对解析生物防治菌拮抗机理、筛选生物防治新
菌株、探索生物防治菌株新功能、提供病害防治
新途径等将可提供有利的依据ꎬ对解决现有木霉
菌剂的应用瓶颈ꎬ促进其在生物防治中的应用具
有重要意义[5ꎬ 6] ꎮ
木霉能够产生多种降解植物病原真菌细胞壁
的酶类物质ꎬ其中的葡聚糖酶是目前研究的热点ꎬ
也是公认的影响生防真菌重寄生能力的重要因子
之一[7 ~ 9]ꎮ 葡聚糖酶能够水解植物病原真菌细胞
壁最外层覆盖的葡聚糖层ꎬ导致细胞壁骨架受损ꎬ
细胞因此而受到杀伤ꎬ体外抑菌试验表明ꎬ葡聚糖
酶对多种真菌菌丝生长有抑制作用ꎬ葡聚糖酶广泛
存在于动植物、藻类、细菌和真菌体内ꎬ在植物病害
生物防治领域具有良好的应用前景ꎮ 但自然来源
的木霉菌株产生的葡聚糖酶活性偏低ꎮ 为了提高
木霉的生防效果ꎬ本试验利用细菌来源的 β ̄1ꎬ4 ̄葡
聚糖酶基因 glu14 构建真菌表达载体ꎬ并利用限制
性内切酶介导法(REMI)转化绿色木霉(T. viride)
LTR ̄2ꎬ获得可高效表达葡聚糖酶的木霉工程菌
株ꎬ为防治植物真菌病害提供新的策略ꎮ
1  材料与方法
1. 1  菌株与质粒
大肠杆菌(Escherichia coli) Top10ꎬ绿色木霉
(T. viride)LTR ̄2ꎬ巨大芽胞杆菌(Bacillus megate ̄
rium)Ap25ꎬ均由本室保存ꎬ载体 pSilent ̄1 由山东
大学汪天虹教授惠赠ꎮ
1. 2  试剂与培养基
各种限制性内切酶、T4 DNA ligase、Taq DNA
聚合酶购自 TaKaRa Biotech 公司ꎻ试验用抗生素、
DNA片段回收试剂盒购自上海生物工程技术服务
有限公司ꎻLysing Enzymes、蜗牛酶、纤维素酶购自
Sigma公司ꎮ
渗透压稳定剂:0. 6 mol / L NaClꎬ0. 2 mol / L
PBSꎬ pH 5. 8ꎮ
STC:0. 6 mol / L 山梨醇ꎬ10 mmol / L Trisꎬ10
mmol / L CaCl2ꎬ pH 7. 5ꎮ
PTC: 60% PEG 4000ꎬ 10 mmol / L Trisꎬ 10
mmol / L CaCl2ꎬ pH 7. 5ꎮ
再生培养基: PDA + 0. 3 mol / L KCl + 0. 3
mol / L肌醇ꎮ
1. 3  木霉表达载体的构建
基因片段的 PCR扩增ꎬ酶切、连接和重组质粒
的转化ꎬ重组克隆的筛选均按«精编分子生物学实
验指南»操作[10]ꎮ β ̄1ꎬ4 ̄葡聚糖酶基因 glu14 大小
约 1. 5 kbꎬ已登录 GenBankꎬ序列号为 HM130670ꎮ
利用 CTAB / NaCl法提取得到巨大芽胞杆菌 Ap25
的基因组 DNAꎬ以该基因组 DNA 为模板ꎬ根据
glu14 序 列 设 计 引 物 glu14 / F: 5′ ̄GCG ̄
CAAGCTTATGAAACGGTCAATCTCTAT ̄3′ 和
glu14 / R: 5′ ̄GCGCAGATCTCTAATTTGGTTCT ̄
GTTCC ̄3′进行 PCR 扩增 (下划线分别代表
Hind Ⅲ和 Bgl Ⅱ酶切位点)ꎬPCR 产物经纯化后ꎬ
用 Hind Ⅲ / Bgl Ⅱ双酶切ꎬ过胶纯化ꎮ 载体 pSilent ̄
1 同样用 Hind Ⅲ / Bgl Ⅱ双酶切ꎬ过胶纯化ꎮ 2 种
酶切产物用快速连接液 Solution Ⅰ于 16℃连接 2
hꎬ采用热激法转化 Top10 感受态细胞ꎬ涂布 LBA
平板(含 Amp100 μg / mL)ꎬ37℃过夜培养ꎬ挑取抗
性平板上生长的单菌落ꎬ以 glu14 / F 和 glu14 / R 为
引物进行菌落 PCRꎬ对疑似转化子提取质粒ꎬ利用
Hind Ⅲ / Bgl Ⅱ进一步酶切验证ꎮ
1. 4  绿色木霉 LTR ̄2 耐药性试验
配制不同浓度的潮霉素 B(Hyg 0 ~100 μg /
mL)的 PDA 平板ꎬ接种 LTR ̄2 分生孢子ꎬ28℃培
养 7 dꎬ观察菌株生长情况ꎮ
1. 5  REMI法转化绿色木霉 LTR ̄2
1. 5. 1  质粒酶切  根据重组表达载体上的酶切位
点ꎬ选用 SacⅠ进行酶切ꎬ酶切产物过胶纯化ꎮ
1. 5. 2  菌丝制备  从 PDA 平板上挑取绿色木霉
LTR ̄2 的幼嫩气生菌丝接种 PDB 液体培养基ꎬ
28℃振荡培养 13 hꎬ用 3 层无菌擦镜纸过滤ꎬ无菌
水冲洗 3 次ꎬ渗透压稳定剂冲洗 3 次ꎮ
1. 5. 3  裂解液制备  Lysing Enzymes /蜗牛酶 /纤
493
 
  4 期     李纪顺ꎬ等:通过染色体整合 β ̄1ꎬ4 ̄葡聚糖酶基因 glu14 提高绿色木霉对小麦纹枯病的防治效果
维素酶ꎬ各 5 mg / mLꎬ溶入渗透压稳定剂中ꎬ0. 22
μm微孔滤膜过滤除菌ꎮ
1. 5. 4  原生质体制备  用前期优化方法制备原生
质体(另文发表)ꎬ取适量菌丝悬浮于裂解液中ꎬ
30℃、50 r / min振荡ꎬ定期镜检ꎬ观察到有大量原生
质体形成后ꎬ用 3 层擦镜纸过滤菌丝ꎬ渗透压稳定
剂冲洗 2 次ꎬ4℃、7 000 r / minꎬ离心 10 minꎮ 沉淀
用 STC洗涤ꎬ4℃、7 000 r / minꎬ离心 10 minꎮ 沉淀
用少量 STC悬浮ꎬ调整原生质体量 107 个 / mLꎮ
1. 5. 5   原生质体再生  分别用 STC 和无菌水稀
释原生质体ꎬ不同梯度各取 1 mLꎬ混入 45℃的再
生培养基或 PDA中ꎬ28℃培养 3 dꎬ计数菌落个数ꎬ
计算再生率ꎮ
再生率(% ) = (高渗稀释液长出的菌落数 ̄无
菌水稀释长出的菌落数) /原生质体数
1. 5. 6   REMI 转化   线性质粒 30 μg、内切酶 4
μL、STC 150 μLꎬ混匀ꎬ冰浴ꎻ加原生质体(107 个 /
mL)150 μLꎬ混匀ꎬ冰浴 20 minꎻ缓慢滴加 PTC(预
冷)1. 5 mLꎬ混匀ꎬ冰浴 5 minꎬ室温 20 minꎻ加 STC
(预冷)5 mLꎬ混匀ꎬ4℃ꎬ7 000 r / min 离心 10 minꎻ
沉淀加入 3 mL 液体再生培养基ꎬ28℃ꎬ50 r / minꎬ
培养 12 hꎻ平板中预加入一薄层再生培养基ꎬ转化
液适量与 45℃左右的固体再生培养基混匀ꎬ倒平
板ꎬ28℃ꎬ培养 24 hꎻ覆盖 Hyg 200 μg / mL PDA 培
养基ꎬ28℃ꎬ培养 2 dꎬ挑取抗性菌落保存ꎮ
1. 6  木霉转化子的遗传稳定性及菌落形态观察
利用稀释平板法对抗性菌落进行单孢分离ꎬ挑
取单菌落转接入普通 PDA平板上ꎬ连续转接 6 次ꎬ
再接入 Hyg 200 μg / mL PDA 平板上培养ꎬ观察转
化子的生长速率、菌落形态和颜色、分生孢子产生
情况等ꎮ
1. 7  木霉转化子的 PCR 扩增及 Southern blot ̄
ting分析
利用 CTAB / NaCl 法提取木霉转化子的基因
组 DNAꎬPCR扩增目的片段ꎬ电泳检测ꎮ
利用限制性内切酶 HindⅢ酶切木霉转化子的基
因组 DNAꎬ进行琼脂糖凝胶电泳ꎬ以 β ̄1ꎬ4 ̄葡聚糖酶
基因 glu14的RCR产物为探针进行Southern blottingꎬ
检测 T ̄DNA 的插入拷贝数ꎬ试验步骤按 Biotin
DecaLabel DNA Labeling Kit 及 Biotin Chromogenic
Detection Kit (Fermentas公司)说明书进行ꎮ
1. 8  木霉转化子的水解酶活性检测
β ̄1ꎬ4 ̄葡聚糖酶活性检测见文献[11]ꎬ在羧甲
基纤维素钠(CMCNa)培养基上接种木霉转化子ꎬ
28℃培养 3 dꎬ平板用 1 mg / mL 刚果红染色ꎬ用
1 mol / L NaCl冲洗 2 次ꎬ观察水解圈大小ꎮ
1. 9  木霉转化子的抑菌活性
利用平板对峙培养试验检测木霉转化子对小
麦纹枯病菌(Rhizoctonia cerealis)的抑制作用ꎬ用
直径 5 mm打孔器分别打取木霉转化子、小麦纹枯
病菌菌落边缘的菌丝块ꎬ然后对接在 PDA 平板两
端ꎬ2 个菌块相距 60 mmꎬ对照用无菌琼脂块代替ꎮ
28℃培养ꎬ定期观察二者之间的拮抗情况ꎬ计算抑
制率(% )ꎮ 抑制率(% ) =100 × ( r20 - r2) / r20ꎬ其中
r0 为对照病菌生长半径ꎬr 为与木霉对峙培养的病
菌生长半径ꎮ
1. 10  木霉转化子的温室防治效果试验
温室试验用植物病原真菌为小麦纹枯病菌ꎬ
对照药剂为井冈霉素( Jinggangcymin)ꎮ 每处理
设 4 个重复ꎬ随机区组排列ꎮ 温室试验具体做法
见文献[12]ꎬ并参照方中达编著的植病研究方
法[13] ꎬ按 5 级分级标准进行病害调查ꎮ 数据采用
SPSS10. 0 统计软件中的 Duncan 方法进行分析ꎬ
同列数据后不同大写字母表示差异显著 ( P <
0􀆰 01ꎮ
2  结果与分析
2. 1  木霉表达载体的构建
挑取在 Amp抗性平板上生长的大肠杆菌的单
菌落ꎬ以 glu14 / F 和 glu14 / R 为引物进行菌落
PCRꎬ电泳检测结果见图 1ꎬ第 2 泳道的阳性对照和
第 4、6、7 泳道的疑似转化子 1#、3#、4#均得到清晰
的 glu14 目的片段ꎬ第 1 泳道的阴性对照无扩增片
段ꎬ第 3 泳道的载体 pSilent ̄1 及第 5、8、9 泳道的疑
似转化子 2#、5#、6#的扩增片段较弱ꎬPCR结果表明
1#、3#、4#可能是阳性转化子ꎮ
    提取部分疑似转化子的质粒ꎬ利用HindⅢ /
Bgl Ⅱ进行酶切验证ꎬ结果见图 2ꎮ 转化子 1#、3#、
4#的酶切结果正确ꎬ酶切产物大小分别约 1. 5 kb
和 7. 0 kbꎬ与理论值一致ꎬ而转化子 5#酶切后未得
593
 
植物病理学报 43 卷
Fig. 1   Agarose gel electrophoresis of gene
glu14 PCR products of pSilent / glu14
mutants
Lane 1: Negative controlꎻ Lane 2: Positive controlꎻ Lane 3:
pSilent ̄1ꎻ Lane 4: Mutant 1#ꎻ Lane 5: Mutant 2#ꎻ Lane 6:
Mutant 3#ꎻ Lane 7: Mutant 4#ꎻ Lane 8: Mutant 5#ꎻ Lane 9:
Mutant 6#ꎻ Lane M: D 2 000 Marker.
Fig. 2   Agarose gel electrophoresis of
pSilent / glu14 mutants digested
by Hind Ⅲ / Bgl Ⅱ
Lane 1: pSilent ̄1ꎻ Lane 2: Mutant 1#ꎻ Lane 3: Mutant 3#ꎻ
Lane 4: Mutant 4#ꎻ Lane 5: Mutant 5#ꎻ Lane M: 1 kb Marker.
到目的片段ꎮ
    综合菌落 PCR 和 Hind Ⅲ / Bgl Ⅱ酶切检测结
果ꎬ确定 1#、3#、4#为阳性转化子ꎮ 表达载体 pSi ̄
lent / glu14 图谱见图 3ꎬ基因 glu14 表达框以 PtrpC
为启动子ꎬTtrpC为终止子ꎮ
2. 2  绿色木霉 LTR ̄2 耐药性试验
绿色木霉 LTR ̄2 在不同浓度潮霉素平板上的
生长情况不同ꎬ无药培养基上培养 1 d 即可见菌丝
生长ꎮ 在潮霉素浓度 50 μg / mL时培养 3 d可见菌
丝生长ꎬ75 μg / mL时培养 5 d可见菌丝生长ꎬ超过
100 μg / mL时培养 7 d菌丝不生长ꎬ故潮霉素筛选
浓度应不低于 100 μg / mLꎬ试验定为 200 μg / mLꎮ
2. 3  REMI法转化绿色木霉 LTR ̄2
2. 3. 1  线性质粒制备  pSilent / glu14 用 SacⅠ酶切
后ꎬ产生一条带ꎬ大小约 8. 5 kbꎬ酶切图谱见图 4ꎮ
2. 3. 2  原生质体制备  由于不同菌株制备原生质
体的条件不同ꎬ通过前期工作已得到绿色木霉
LTR ̄2 原生质体制备的最佳条件:接种物为 LTR ̄2
的幼嫩气生菌丝ꎬ菌丝振荡培养时间为 13 hꎬ渗透
压稳定剂为 0. 6 mol / L NaClꎬ裂解温度为 30℃ꎬ裂
解时间为 3 hꎮ 绿色木霉 LTR ̄2 的幼嫩菌丝经裂
解酶处理后ꎬ酶解初期ꎬ顶端细胞壁裂解释放出原
生质体(图 5 ̄A)ꎻ酶解后期ꎬ菌丝裂解成菌丝段ꎬ在
菌丝段的一端或两端释放出原生质体ꎬ最后释放出
大量原生质体ꎬ产量大约为108个 / mL(图5  ̄B) ꎮ
Fig. 3  The structure map of expression
vector pSilent / glu14
Fig. 4   Agarose gel electrophoresis of pSi ̄
lent / glu14 digested by Sac Ⅰ
Lane M: 1 kb Markerꎻ Lane 1 ̄2: pSilent / glu14.
693
 
  4 期     李纪顺ꎬ等:通过染色体整合 β ̄1ꎬ4 ̄葡聚糖酶基因 glu14 提高绿色木霉对小麦纹枯病的防治效果
原生质体大多为圆形ꎬ大小不一ꎬ这与菌丝体间隔
大小不同有关ꎮ
2. 3. 3  原生质体再生  原生质体在再生培养基上
培养 3 dꎬ再生率为 14. 5% ꎮ
2. 3. 4  REMI转化   共转化后ꎬ在含潮霉素 PDA
培养基(Hyg 200 μg / mL)上培养 2 dꎬ将上层平板
上生长的木霉菌落转接到潮霉素 PDA(Hyg 200
μg / mL)平板上继续培养 4 ~ 5 dꎬ并进行单孢分
离ꎬ获得纯化的木霉转化子ꎬ转化率为 24 个 / μg
DNAꎮ
2. 4   木霉转化子的遗传稳定性检测及菌落形态
的观察
单孢分离得到的木霉转化子在普通 PDA平板
上连续转接 6 次后ꎬ重新接种 Hyg 200 μg / mL
PDA平板ꎬ28℃培养 3 dꎬ结果见图 6ꎮ 所有转化子
仍可继续生长(图中 L ̄1、L ̄4、L ̄8、L ̄10、L ̄20、L ̄
56)ꎬ而原始菌株 LTR ̄2 不生长(图中 LTR ̄2)ꎬ表
明木霉转化子对 Hyg具有遗传稳定性ꎮ
图 6 中 LTR ̄2 / PDA为 LTR ̄2 在 PDA 平板上
的菌落形态ꎬ与原始菌株相比ꎬ大多数转化子的菌
落形态发生了明显变化ꎮ 这些变化包括:菌丝生长
速度大小、菌丝层疏密程度、菌落颜色、分生孢子数
量等ꎬ其中以分生孢子产生数目和菌落颜色发生变
化的较多ꎮ 转化子 L ̄1、L ̄10、L ̄20 生长速度较原
始菌株明显提高ꎬ而转化子 L ̄10 的产孢能力也明
显增强(图 6)ꎮ
Fig. 5  The protoplasts of Trichoderma viride LTR ̄2
A: The protoplast form of initial stage enzymolysisꎻ B: The protoplast form of later stage enzymolysis.
Fig. 6  Colonial morphology of Trichoderma recombinant strains
LTR ̄2 / PDA: Colonial morphology of LTR ̄2 in PDAꎻ LTR ̄2: Colonial morphology of LTR ̄2 in PDA with
Hyg 200 μg / mLꎻL ̄1ꎬ L ̄4ꎬ L ̄8ꎬ L ̄10ꎬ L ̄20ꎬ L ̄56: Trichoderma recombinant strains in PDA with Hyg 200 μg / mL.
793
 
植物病理学报 43 卷
2. 5  木霉转化子的 PCR 检测及 Southern blot ̄
ting分析
利用 CTAB / NaCl 法提取得到木霉转化子的
基因组 DNAꎬ以该 DNA 为模板ꎬ用 glu14 引物进
行 PCR扩增ꎬ结果表明:阳性质粒对照和木霉转化
子中均得到大小 1. 5 kb 的目的片段ꎬ而阴性
ddH2O和 LTR ̄2 中无扩增条带ꎬ与预期结果一致ꎬ
表明 glu14 基因已转入木霉转化子的染色体 DNA
上(电泳图谱略)ꎮ
Southern blotting结果发现野生型 LTR ̄2(1#)
无杂交带ꎬ而阳性质粒 pSilent / glu14(2#)出现一条
杂交带ꎬ木霉转化子(3# ~ 7#)均出现一条杂交带ꎬ
说明 T ̄DNA 已插入木霉转化子的染色体 DNA
中ꎬ且为单拷贝插入(图 7)ꎮ
Fig. 7   Southern blotting analysis of Tri ̄
choderma recombinant strains
chromosome DNAs with the probe
of glu14 gene
Lane 1: LTR ̄2ꎻ Lane 2: Positive control of vector pSilent / glu14ꎻ
Lane 3: L ̄1ꎻ Lane 4: L ̄4ꎻ Lane 5: L ̄8ꎻ Lane 6: L ̄10ꎻ Lane 7:
L ̄20.
2. 6  木霉转化子的葡聚糖酶水解活性检测
在羧甲基纤维素钠(CMCNa)平板上 28℃培
养 3 dꎬ绿色木霉 LTR ̄2 可以生长ꎬ但没有明显的
水解圈ꎬ各转化子具有明显的水解活性ꎬ经刚果红
染色后产生黄色水解圈ꎬ不同转化子的水解圈大小
不同(图 8)ꎮ
2. 7  木霉转化子的抑菌活性检测
绿色木霉 LTR ̄2 对 R. cerealis 的平板抑制率
为 59. 7% ꎬ各转化子对 R. cerealis 的平板抑制率
比野生型均有显著提高(P < 0. 01)ꎬ其中 L ̄10 的
抑制效果最高ꎬ抑制率达 86. 7% ꎬ较原始菌株提高
27. 0% (表 1)ꎮ
Table 1  The antifungal activity of Trichoder ̄
ma recombinant strains against Rhi ̄
zoctonia cerealis
Recombinant
strain
Inhibition ratio against
R. cerealis / %
LTR ̄2 59. 7 A
L ̄1 74. 2 B
L ̄4 82. 3 C
L ̄8 84. 9 C
L ̄10 86. 7 C
L ̄20 70. 9 B
Duncan analysis of the data was made using the statis ̄
tical program SPSS10. 0 for Windowsꎬ Data followed
by different capital letters in the same column mean
significant difference at 0. 01 level.
2. 8  木霉转化子的温室防治效果试验
木霉转化子在温室条件下对小麦纹枯病有较
好的防治效果ꎬ与 LTR ̄2 及井冈霉素处理间存在
显著性差异(P <0. 01)ꎬ不同转化子之间也存在显
著性差异(P < 0. 01)ꎬ其中转化子 L ̄10 的防治效
果最高ꎬ为 83. 6% ꎬ较原始菌株提高了 26. 7%
(表 2)ꎮ
3  讨论
小麦纹枯病是分布范围甚广的病害之一ꎬ早
在 1934 年即有报道ꎮ 目前ꎬ该病在我国小麦产
区呈蔓延之势ꎬ危害也逐步加重ꎬ轻则减产 5% ~
10% ꎬ重则减产 20% ~ 40% ꎬ甚至造成枯孕穗、枯
白穗ꎬ颗粒无收ꎮ 小麦纹枯病的防治ꎬ越早越
好[15] ꎬ葡聚糖酶基因在小麦纹枯病防治上具有重
要作用ꎮ
893
 
  4 期     李纪顺ꎬ等:通过染色体整合 β ̄1ꎬ4 ̄葡聚糖酶基因 glu14 提高绿色木霉对小麦纹枯病的防治效果
Fig. 8  β ̄1ꎬ4 ̄glucanase hydrolytic enzyme activity of Trichoderma recombinant strains
Table 2   The control efficiency of Trichoder ̄
ma recombinant strains against Rhi ̄
zoctonia cerealis in green house
Treatment
Disease
index
Control efficiency
/ %
CK 58. 0 A  ̄
Jinggangcymin 27. 0 B 53. 4
LTR ̄2 25. 0 B 56. 9
L ̄1 15. 3 CD 73. 6
L ̄4 14. 2 D 75. 6
L ̄8 10. 7 E 81. 6
L ̄10 9. 5 E 83. 6
L ̄20 17. 0 C 70. 7
Duncan analysis of the data was made using the statis ̄
tical program SPSS10. 0 for Windowsꎬ Data followed
by different capital letters in the same column mean
significant difference at 0. 01 level.
    对生防菌的遗传改良是获得优良菌株的有效
途径ꎬ尤其可以有目的地对菌株进行改造ꎬ使生防
菌获得兼治多种病害的功能ꎮ 近年来ꎬ已成功将
20 余种来自木霉菌本身和外源生物活性分子的编
码基因转入木霉菌中ꎬ明显提高了木霉菌的拮抗能
力[16]ꎬ但利用葡聚糖酶基因转化木霉获得高效工
程菌株的报道较少ꎬDjonovic′等[17]将 β ̄1ꎬ3 ̄葡聚糖
酶基因和 β ̄1ꎬ6 ̄葡聚糖酶基因转入绿木霉(T. vi ̄
rens)中ꎬ转化子 dOEs 对终极腐霉(Pythium ulti ̄
mum)和立枯丝核菌(R. solani)的抑制能力较原
始菌株有所增加ꎬ但其生长速度及产孢能力却明显
减低ꎬ不利于进一步推广应用ꎮ
本研究在前期工作基础上ꎬ将来自巨大芽胞杆
菌 Ap25 的 β ̄1ꎬ4 ̄葡聚糖酶编码基因 glu14 连入真
菌表达载体 pSilent ̄1ꎬ基因位于 PtrpC 启动子之
下ꎬ获得组成型表达载体 pSilent / glu14ꎮ 利用 RE ̄
MI转化绿色木霉 LTR ̄2 后ꎬ各转化子的 β ̄1ꎬ4 ̄葡
聚糖酶活性比原始菌株 LTR ̄2 明显提高ꎬ表明在
启动子 PtrpC启动下ꎬ来自细菌的外源基因 glu14
可在木霉中有效表达ꎮ
通过试验表明ꎬ表达载体 pSilent / glu14 转化绿
色木霉 LTR ̄2 后ꎬ各转化子的生物学性状既有相
同ꎬ又有不同ꎮ 相同之处在于各转化子对潮霉素都
具有遗传稳定性、其葡聚糖酶水解活性、对植物病
原真菌 R. cerealis的平板抑制能力和温室防治效
果均较原始菌株 LTR ̄2 有显著提高(P <0. 01)ꎬ说
明 hph基因和 glu14 基因在转化子中稳定遗传并
表达ꎮ 但不同转化子的菌落形态、生长速率、产孢
能力等各不相同ꎮ 在葡聚糖酶水解活性、对植物病
原真菌 R. cerealis的平板抑制能力和温室防治效
果方面ꎬ不同转化子间也存在显著性差异(P <
0. 01)ꎬ表明 REMI 转化的随机插入基因组 DNA
后造成了转化子某些生物学性状的改变ꎬ这些改变
可能影响菌株的生物防治效果ꎮ
综合试验结果ꎬ利用 REMI 技术ꎬ将 glu14 基
因重组到木霉染色体 DNA 上ꎬ是获得高效木霉生
物防治菌株的有效手段ꎬ为深入开展绿色木霉生物
学基础理论与工业化生产应用研究奠定了基础ꎮ
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植物病理学报 43 卷
由于各转化子的生物防治效果受多种因素的影响ꎬ
故需对得到的不同转化子进行进一步的筛选ꎬ以得
到各方面效果优良的工程菌株ꎬ为推广应用奠定基
础ꎮ 本试验中的工程菌株 L ̄10 生长速度加快、对
小麦纹枯病的防治效果较原始菌株显著提高ꎬ较以
往得到的转化子有更好的应用前景ꎮ
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责任编辑:于金枝
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