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苏云金杆菌在拟南芥中的定殖研究

彭艳  
【摘要】:苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,简称Bt)是一种杆状的革兰氏阳性菌,能够在形成芽孢的同时形成伴孢晶体,对多个目的昆虫有活性,是目前研究最深入,应用最广泛的微生物杀虫剂。然而,与化学农药相比,Bt的杀虫谱较窄,毒性及持效性相对较低是导致其应用成本较高的主要原因,严重影响了Bt生物制剂在全球范围内的进一步推广应用。而提高Bt在植物上的定殖能力是丰富植物抗虫机制的有效途径,只是目前对于Bt在植物上的定殖、迁移和传播机制仍知之甚少。基于以上思路,本研究从Bt在植物中的定殖、迁移和传播机制入手,研究Bt在植物上的生态定位: 将pCM20质粒电转化至Bt HD73~(Cry-)和LLP29中,并测定重组菌株的生物学特性,结果表明无选择压力下,HD73~(Cry-)重组菌株传50代稳定性为70%,LLP29重组菌株传33代稳定性为60%,且转化质粒并未明显改变菌株的生理特性,这为Bt的生态学和毒理学研究提供了良好的试验材料。 在无菌和无紫外光体系中,通过喷雾和浸泡2种方式将GFP标记的73~(Cry-)重组菌株接种于拟南芥,测定其在拟南芥根、茎和叶的动态分布。结果表明HD73~(Cry-)重组菌株可在拟南芥的根、茎和叶的内外稳定定殖20d以上,且在植物外部的标记菌株主要以营养体的形式存在,而在植物体内部的标记菌株主要以芽孢的形式存在。 利用荧光显微镜和激光共聚焦显微镜观察标记菌株在拟南芥中的分布,结果表明标记菌株不仅可在拟南芥的根和茎的表面大量定殖并形成生物膜,还可通过某种方式进入根、茎和叶表的内侧,在细胞间隙的纤维组织内定殖并繁殖,与分离计数的结果一致。有趣的是,试验过程中还观察到标记菌株在植物凋亡的组织上也存在大量繁殖的现象,表明Bt在自然环境的循环过程中,不仅可以利用虫尸进行繁殖和传播,还有可能通过植物凋亡的组织进行繁殖和传播。这有可能是Bt得以广泛分布的重要原因之一。 综合以上结果表明,在无菌和无紫外光条件下,HD73~(Cry-)能够在拟南芥的根、茎和叶的内外定殖,且能够在根和茎的表面形成生物膜。这不仅丰富了Bt的生态学背景,而且丰富了植物抗虫机理,还可为开发新型持效的Bt产品提供理论依据,对于Bt的进一步推广和应用具有深远的指导意义。


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