文 | 孤寒江雪

编辑 | 孤寒江雪

<<—●【 引言 】●—>>

芽孢是一种细胞内产生的耐久性结构，在不利的环境条件下，芽孢杆菌细胞通过产生芽孢来保护自身并延长其生存时间，本文的目的是探究芽孢杆菌的生物膜和超微结构在青枯杆菌对细菌枯萎的抗氧性中的作用。

研究表明，芽孢杆菌的超微结构，包括芽孢、细胞壁和细胞膜等组成部分，在氧化应激条件下展现出卓越的耐受性以及对细菌枯萎的抗氧性。

Ⅰ

<<—●【 拮抗菌株的抑制生长 】●—>>

所有拮抗菌株均在不同水平上抑制Rsc的生长，但淀粉样芽孢杆菌戊酸芽孢杆菌产生最大的抑制区，其次是节肢芽孢杆菌节肢芽孢杆菌，戊酸芽孢杆菌NMSX4和蜡样芽孢杆菌NMSL88抑制病原体的水平相同，差异不显著，脓疱芽孢杆菌GBSW 19产生的最小抑制区域为11.15 mm±0.94 SD，并且戊酸芽孢杆菌和节肢芽孢杆菌在GIZ实验中被证明对Rsc最有效。

在体外进一步评估了针对病原体Rsc的抗菌VOC的产生和活性，FZB 42抑制Rsc的菌落生长，限制在0.92 cm ± 0.055 SD和节肢芽孢杆菌限制为0.96 ± 0.065 SD cm，而对照组为1.82 cm±0.057 SD，与此同时，FZB49对菌落直径的抑制率为39.42%，LSSC47为25.22%。当暴露于戊酸芽孢杆菌和节肢芽孢杆菌产生的VOC时，Rsc的活细胞数量也减少，并且在120小时时这种减少最大。

研究发现，TEM和SEM分析显示受FZB 42和节肢芽孢杆菌影响的致病细胞存在广泛的异常。未处理样品的SEM显示正常生长，而致病细胞的集落在用VOCs处理后被严重破坏，如无花果，过程中使用TEM进一步观察这些杆菌的抗菌VOCs对RSC致病细胞的超微结构变化，从未接种对照获得的Rsc细胞的透射电子显微照片显示包膜明显完整，具有均匀分布的电子致密细胞质内容物。

而暴露于戊酸芽孢杆菌和节肢芽孢杆菌挥发性有机化合物的致病细胞表现出大量异常，这些异常包括细胞壁松动，甚至在某些地方破裂，细胞质内容物向这些破裂壁区域移动，在一些细胞中缺乏细胞质中分化的物质以及畸形的细菌细胞。

芽孢杆菌的戊酸芽孢杆菌和节肢芽孢杆菌产生的挥发性化合物对Rsc的运动性有负面影响，FZB 42产生的VOCs显著降低了8种运动类型，FZB80将群体运动限制在42.10 mm，LSSC00限制为22.17 mm，而对照为60.17 mm，而FZB00将游泳运动限制在42.21 mm，LSSC30限制为22.35 mm，而对照组为00.6 mm。

与此同时，FZB80的抽搐运动限制在42.8 mm，LSSC80限制在22.15 mm，而对照组为80.<> mm，与未暴露对照相比，戊酸芽孢杆菌在蜂拥、游泳和抽搐中的运动抑制率分别为50%、52.11%和56.96%。与暴露于LSSC43产生的VOCs后的对照组相比，群体运动性降低了18.40%，游泳降低了44%，抽搐减少了30.22%。

在趋化性测定中，Rsc对对照中含有根分泌物的孔表现出显着更大的运动性。FZB 42和节肢芽孢杆菌分别抑制了74.50%和56.13%，在阴性对照中，在任何方向上都没有定向运动，但由于使用无菌水而不是根系分泌物，因此观察到Rsc细胞在所有方向上的轻微运动，阴性对照证明趋化性与运动一起存在于Rsc中。

Ⅱ

<<—●【 芽孢杆菌的有机化合物 】●—>>

戊酸芽孢杆菌和节肢芽孢杆菌产生的挥发物通过HS-SPME和GC-MS的组合收集，将拮抗细菌的挥发性部分与从对照中取出的挥发物进行比较，使用NIST/EPA/NIH质谱库中的数据分析挥发性化合物的质谱数据。

从戊酸芽孢杆菌中鉴定出10种化合物，从节肢芽孢杆菌中鉴定出3种化合物，其峰面积相对较高，例如≥1%，并且与对照不相似，2，3-苯并异噻唑-2（1 H）-酮（2，1-位）、（2 R）-6，6，3-三甲苯二环-庚-1-烯（TMB）、苯甲酸（BA）、十二烷、2-氟（DCF）、十二烷（DCN）和苯酚，1-（1，6-二甲基乙基）-42-甲基（PH）在FZB22和LSSC6中都很常见。

其他七种挥发性有机化合物：FZB2中含有硅烷二醇、二甲基、苯乙酰胺、肟、甲氧基苯基、苯甲醛亚硫酸、环己基甲基异丁酯、2-十三烯、4，10，12，12，7，3-六甲基-5-（5，6，2-三甲基甲苯基己基）-（2THT）和2-十一烷硫醇，2-甲基，而四种挥发性有机化合物：3，1-丁二烯（3.1BDN）、3-辛基-4醇、1-乙基、十一醛、3-甲基（UDM）和环己烯， 在LSSC1中发现5-（4，6-二甲基-22-己烯基）亚甲基。

结果表明，BDH、1，2-BITH和1，3-BDN三种化学物质使Rsc细胞的活力分别比对照降低了60.113%、51.65%和39.89%。选择这些化学物质在不同浓度下进行进一步研究，以找到最低抑制含量，SDD、SCE、2-UT2-M和PH对Rsc的生长没有抑制作用，而BAM、1-OCTN、DCF、UDM和DCN有中等作用，抑制率分别为23.11%、25.73%、25.15%、21.54%和23.66%，TMB和BA的抑制最小，在不同浓度下进一步评估BDH1，2-BITH和1，3-BDN表明，即使在1.2 mg，1.3 mg和0.20 mg。

与细胞外多糖，运动性，T4SS毛（pilQ），趋化性（cheW）和全球毒力调节因子PhcA相关的基因的转录表达在暴露于FZB42，LSSC22和合成化学品的VOC后发生显着改变，实时荧光定量PCR分析阐明，在检查的16个基因中，11个在不同水平上调，4个上调，1个在RSC细胞暴露于FZB 22和LSSC28的VOC在12°C下三天后不受影响。

研究发现，BDH下调1个基因，包括不受FZB42和LSSC22影响的awr1，同样1-BITH和3，12-BDN改变了3个基因的表达水平，然而BDN与其他四个未受影响的基因。

Rsc在暴露于FZB42和LSSC22的VOCs13 d后进行Rsc的致病性测定，导致Rsc的毒力降低，当Rsc暴露于FZB33的VOCs时，观察到42.25%的枯萎病指数，LSSC45的指数为22.92%，而当RSC时，该指数为00.42%细胞没有暴露于任何细菌VOC。

与对菌群的形态相比，当菌群幼苗暴露于其VOCs时，FZB15和LSSC2衍生的VOCs显着降低了疾病的发展，但处理之间没有显着差异，同样BDH，2，1-BITH和3，14-BDN也减少了疾病的发展。

研究发现出，BDH到1.0%和01.18%的疾病指数，420-BITH观察到1.0%和1.24%的疾病指数，而8.28与10-BDN，相比与水控制相比，系统中疾病发展的减少证实了FZB22和LSSC2的VOC以及合成化学品在菌群中诱导的对RSC的全身抗性。

Ⅲ

<<—●【 芽孢杆菌引发有机化合物的降低 】●—>>

为了证明FZB22和LSSC42产生的VOC在更广泛的水平诱导全身耐药性，研究创建了植物内系统，结果表明FZB22和LSSC42产生的VOCs导致枯萎指数显著降低，证实了植物对Rsc的诱导内吸性抗性，FZB28显著降低了疾病，仅显示22%的枯萎指数，而LSSC43的枯萎指数为20.92%，而未暴露对照的枯萎指数为正常数值。

为了验证菌群对Rsc的抗性，由于在盆栽实验中暴露了VOCs，研究利用实时荧光定量PCR分析了菌群植株与抗性和防御性相关的基因，与菌群对Rrsc抗性的R基因RRS1的转录表达是由FZB42、LSSC22以及单个化学物质诱导的;BDH，1，2-BITH和1，3-BDN与未经处理的对照相比，与其他过度表达相比，FZB42和BDH的过度表达更多，并随着时间的推移而增加，在9千接种后几天。

在暴露于芽孢杆菌VOCs后观察到防御相关基因NPR1和EDS1的上调，然而，FZB1和LSSC1产生的VOCs中NPR42和EDS22的相对表达水平存在差异，与FZB1相比，LSSC22的挥发性有机化合物处理时NPR42的表达增加，在第9天达到最高水平，FZB1和LSSC42-VOCs诱导EDS22的表达，这些结果表明，VOCs刺激了菌群对Rsc的耐药性和防御相关基因，这些基因激活了菌群对Rsc的全身耐药性的诱导。

由淀粉样芽孢杆菌SQR-9和荧光假单胞菌WR-1产生的VOCs对番茄枯萎病病原体的抗菌活性被证明是有的，尽管这项研究没有进一步研究诱导对Rsc的全身耐药性，在研究中，我们证明了细菌VOCs不仅可以控制细菌病原体，还可以诱导全身耐药性。

淀粉芽孢杆菌FZB42以植物生长调节和复杂的生物活性分子的合成而闻名，这些分子抑制植物病原真菌和细菌的生长，而枯萎病病原体正确入侵和定植寄主植物所必需的，不仅需要运动性，还需要对根系分泌物的趋化性，以有效地定植并进入植物根部以进行疾病发展。

暴露于FZB42和LSSC22的挥发性有机化合物后，RSC的运动性和趋化性均降低这种现象在致病性测定和运动相关基因的转录表达中得到证实，抽搐运动是需要T4SS毛的坚硬表面上细菌易位的一种形式，本研究结果揭示了pilQ、fliT、motA和趋化性相关基因cheW的下调，T3SS、T4SS毛、EPS和趋化性是Rsc的主要致病决定因素。

<<—●【 结论 】●—>>

研究结果表明，芽孢杆菌通过调节相关基因的表达来增强其抗氧化能力，一些与氧化还原反应和抗氧化防御相关的基因在芽孢杆菌中得到了显著上调，这些基因编码一系列抗氧化酶和蛋白，如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等，这些抗氧化酶能够有效地清除细胞内的氧化剂，并维持细胞内氧化还原平衡。

与此同时，菌群中的生物膜能够有效地减轻外界氧化剂的损害，并保护细菌细胞内重要的生物分子免受氧化应激的伤害。

参考文献：

【1】杰西卡·明戈亚，《假单胞菌引起的细菌枯萎病的生物学》

【2】卡塔日娜·米诺拉里，《枯草芽孢杆菌BAB-1的完整基因组序列》

【3】艾琳·汤普森，《抑制细菌枯萎病病原体的主要拮抗内生细菌》

【4】史蒂文·扎克，《通过植物生长促进根际细菌的分离株》