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产苦马豆素疯草内生真菌的分离鉴定及其遗传多态性研究

余永涛

  疯草是指含有苦马豆素的豆科黄芪属和棘豆属有毒植物,动物疯草中毒病是危害草原畜牧业最严重的问题之一。苦马豆素是疯草的主要毒性成分,它能抑制动物细胞α-甘露糖苷酶和甘露糖苷酶Ⅱ的活性,影响低聚糖的代谢和糖蛋白的加工,导致低聚糖蓄积和糖蛋白合成障碍。中毒动物表现为行为异常、瘫痪、不育、流产、体重下降,严重的发生死亡,造成巨大的经济损失。目前在疯草毒性成分、中毒机理、化学防除和脱毒利用等研究方面取得了一些成绩,但迄今还没有有效控制疯草中毒的方法,致使疯草中毒问题日趋严重,成为草原畜牧业发展的大患。近来的研究表明,美国疯草中的内生真菌能够合成苦马豆素,认为疯草毒素的产生和疯草内生真菌之间存在着必然联系。目前,我国还未见产苦马豆素内生真菌的报道,我国疯草中是否也存在参与疯草毒素合成的内生真菌还需进一步证实。疯草内生真菌的研究,将为我国动物疯草中毒研究开辟新的领域,为动物疯草中毒病的防治和疯草的利用提供新的科学依据。本文主要对中国疯草内生真菌的分离与鉴定、产苦马豆素内生真菌的筛选、ITS-5.8S rDNA序列及其遗传进化、遗传多态性、固体培养特性等方面进行研究。 1.疯草内生真菌的分离与初步鉴定 对中国的10种黄芪属、棘豆属植物进行了内生真菌分离和初步鉴定,共分离到42株真菌,主要为埃里格孢属、链格孢属、未知种属真菌3类。其中从变异黄芪、小花棘豆、毛瓣棘豆、冰川棘豆、甘肃棘豆、黄花棘豆、茎直黄芪等7种疯草中分离到11株埃里格孢属真菌;通过扫描电镜观察,进一步确定该11株埃里格孢属真菌为疯草内生真菌。此外还分离到14株链格孢属真菌和17株未知真菌。本研究为产苦马豆素内生真菌的筛选奠定了基础。 2.产苦马豆素内生真菌的筛选 对苦马豆素提取和分离方法进行比较,筛选出适于微量样品分析的苦马豆素提取和分离方法。利用该方法对植物样品和真菌菌丝进行处理,通过薄层色谱法、气相色谱法、气相色谱-质谱联用法,从42株真菌中筛选出11株含有苦马豆素的真菌,该类真菌均为埃里格孢属内生真菌,分别来自变异黄芪、小花棘豆、毛瓣棘豆、冰川棘豆、甘肃棘豆、黄花棘豆、茎直黄芪等7种疯草,其菌丝中苦马豆素的含量为10.83±1.31~571.11±7.79 mg/kg;在发酵培养试验中,进一步证实该类真菌能够在人工发酵培养的条件下产生苦马豆素,其发酵液中的苦马豆素含量为2~85 mg/L,具有液体发酵生产苦马豆素的潜能。本研究首次证实中国疯草中存在能够产生苦马豆素的内生真菌,将为从控制产苦马豆素内生真菌生长角度防治动物疯草中毒病提供依据。 3.产苦马豆素内生真菌的ITS-5.8S rDNA序列测定及其遗传进化分析 应用PCR法对11株分离自中国7种重要疯草的产苦马豆素内生真菌的ITS-5.8SrDNA序列进行了扩增,并测定了核苷酸序列,确定该类真菌的ITS-5.8S rDNA片段长度为600~602 bp,不同菌株间仅相差1~3个核苷酸位点,遗传进化分析表明该类真菌与Embellisia oxytropis OIB9、Embellisia oxytropis OsL12、Embellisia oxytropis DAOM237697、Embellisia sp.OY2.21等真菌遗传距离最近,根据形态学、遗传学分析结果和文献报道,确定该11株真菌均为棘豆埃里格孢菌(Embellisia oxytropis)。本研究对我国7种疯草的产苦马豆素内生真菌进行了种级划分和鉴定,为我国疯草内生真菌的研究奠定了真菌分类基础,为进一步深入研究疯草内生真菌的遗传多态性提供了依据。 4.产苦马豆素内生真菌的遗传多态性研究 应用RAPD和IGS-RFLP技术对11株产苦马豆素真菌的遗传多态性进行了研究。通过对20个随机引物的筛选,发现仅有OPA-1、OPA-18、OPA-20等3个引物扩增出的不同真菌的条带数量和长度出现了较小的差异,说明该11株真菌间的亲缘关系非常密切,通过本研究中使用的引物无法将其区分。不同菌株的IGS序列均具有DraⅠ、HindⅢ、SmaⅠ等酶切位点,且数量相同,但IGS序列的长度及其限制性酶切片段的长度发生了较大的变异,表现为内部的酶切位点位置的不同,可以确定该11株真菌间存在着种间差异,可能分别为棘豆埃里格孢菌的不同亚种。通过IGS-RFLP技术,能够实现对不同疯草内生真菌分离株的明显区分,为产苦马豆素疯草内生真菌遗传变异规律的研究提供了依据。 5.产苦马豆素内生真菌的固体培养特性研究 对从黄花棘豆、茎直黄芪中分离的产苦马豆素内生真菌F5、G3的固体培养特性进行了初步研究,筛选出适宜F5、G3生长的最适碳源、最适氮源、最适pH分别为燕麦片、蛋白胨、pH 4.4。当以无机氮为氮源,最适碳氮比为100:1,当以有机氮为氮源,最适碳氮比为200:1。本试验为产苦马豆素内生真菌的液体发酵工艺研究提供依据,为进一步研究疯草内生真菌合成苦马豆素的途径、合成机理奠定了基础。……   
[关键词]:疯草;苦马豆素;内生真菌;鉴定;遗传多态性
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:西北农林科技大学2009年