桑椹菌核病,又称白果病或白椹病,是一种侵染果桑的主要真菌性病害。根据病原菌种类以及染病桑果的病症差异,可将该病害分为肥大性桑椹菌核病、小粒性桑椹菌核病和缩小性桑椹菌核病。不同病原菌引起的桑椹菌核病侵染循环基本一致,该病在我国重庆、四川、浙江等地均有发生,染病桑果失去商品与食用价值,给果桑产业带来极大经济损失。由于该病传播速度快、蔓延范围广、危害程度大,导致其有效防控难度较大。目前对桑椹菌核病的防治仍主要依赖于化学农药,但过量使用化学药剂不仅造成环境污染,亦会威胁桑椹食用安全。利用植物内生菌进行桑椹菌核病的生物防控将有利于果桑产业的健康发展,亦可为其他桑树病害防控提供新策略。本实验室前期从健康桑树中寻获一株对桑椹菌核病具有生防潜能的内生芽孢杆菌7PJ-16（前期研究鉴定其为Bacillus tequilensis 7PJ-16）。为进一步探索该菌株的生防作用及机理,本研究首先通过动物安全性实验和侵染定植实验,评估Bacillus sp.7PJ-16的生防潜力;并在优化7PJ-16菌株产抑菌活性物质发酵条件的基础上,大量制备菌悬液和活性发酵上清液,检测其对病原菌生长、桑园土壤微生态的影响,及田间防病与温室促生效果;进而基于对7PJ-16菌株的全基因组和互作转录组分析,挖掘并验证其发挥生防作用的功能基因,最终结合对抑菌活性物质的分离鉴定与促生相关物质的检测,系统揭示Bacillus sp.7PJ-16的生防机理。本研究主要结果如下:1.内生芽孢杆菌7PJ-16生防潜力的评估利用目标菌株生物防治桑椹菌核病需确保其使用安全。本研究利用Bacillus sp.7PJ-16菌悬液与发酵上清液,通过灌胃与肌肉注射两种接种方式处理小鼠后,所有小鼠均生长良好,且与对照相比,处理组小鼠的体重变化、血液常规指标与脏器指数均无显著差异;将Bacillus sp.7PJ-16菌悬液与发酵上清液处理的桑叶饲养家蚕,均未引起家蚕中毒死亡,且各处理组家蚕的生长发育及全茧量、茧层量、茧层率等蚕茧经济指标与对照组基本一致。动物安全性实验结果显示,Bacillus sp.7PJ-16菌悬液及其发酵上清液均不影响小鼠和家蚕的正常生长,具有较高的生物安全性。在宿主植物中有效定植将有利于生防菌更好地发挥防病促生作用。Bacillus sp.7PJ-16菌株具有较好的生物膜形成能力与运动性,这使其在植物体内具有较强的定植潜能。利用pGFP22质粒电转化7PJ-16菌株,成功获得与野生型7PJ-16菌株生物学特性无明显差异、且携带绿色荧光蛋白及氯霉素抗性标记的芽孢杆菌7PJ-16/gfp菌株。通过镜检观察浸根接种7PJ-16/gfp菌株的桑苗发现,接种1天后,该标记菌株在根尖、侧根、根毛等位点吸附和大量聚集,此时的菌体主要存在于根部侵染点的外表皮处;接种2-7天后,细菌逐渐向内表皮及维管组织中定植,在细胞内呈分散或聚集状分布;接种14-16天后,完成根部定植的菌体通过木质部导管向茎中迁徙,并于接种20天后,成功定植在叶片细胞间隙与叶脉中。进而采用稀释涂布平板法,在含氯霉素平板上定量分析7PJ-16/gfp在桑树各组织器官内的消长动态。结果显示,标记菌株在浸根处理的桑苗根、茎、叶,以及田间单独喷菌处理的花（果）部位均具相同的动态变化规律,即先上升后下降最终趋于稳定。显微观察及重分离实验结果表明,Bacillus sp.7PJ-16可在桑根、茎、叶和花（果）中实现成功定植。进一步利用组织分离培养法在2015与2016年冬季、春季、秋季（共计六个季节）,从四个果桑品种（川桑7637、长果桑、红果2号及新伦教）茎部中共分离获得608株内生细菌分离株。不同季节桑树内生菌种群分布结果显示,Bacillus spp.在连续两年各季节内生细菌中所占比例均在20%以上,尤以2016年冬季分离得到的芽孢杆菌最多,占该季节细菌总分离株的37.21%;同时Bacillus spp.的种群分布对宿主品种无明显偏好性,为多个品种果桑内生细菌的优势菌群。健康桑树内生细菌种群分布结果显示,Bacillus spp.能够长期以较高丰度稳定存在于不同品种的果桑体内。2.内生芽孢杆菌7PJ-16防病促生效果的研究为给后续室内抑菌和室外田间生防提供充足的实验材料,本文利用单因素与正交实验优化Bacillus sp.7PJ-16产生抑菌活性物质的发酵条件。发酵优化结果显示,该菌株最佳培养基配方与发酵条件为:蛋白胨0.5%、硫酸铵0.75%、麦芽糖3%、Na₂HPO₄ 0.3%、培养温度为30℃、初始pH值为7.5、接种量为4%、装瓶量为30%、发酵时间为120 h。优化后的发酵培养基和培养条件有利于抑菌活性物质的合成。利用优化培养基大量发酵Bacillus sp.7PJ-16,收获菌悬液和发酵上清液,检测其对病原菌生长和桑园土壤微生态的影响。结果显示,7PJ-16菌悬液和发酵上清液均可明显抑制菌核萌发、菌丝生长、子实体生长发育以及孢子活力等菌核病原菌生长过程;与清水对照相比,经生防菌处理的桑园土壤中放线菌门的细菌比例显著升高,厚壁菌门中芽孢杆菌属的丰度亦有上升趋势,且β多样性分析结果显示,接种生防菌的土壤菌群结构更加稳定。连续两年的田间生防实验结果表明,不同浓度菌悬液和不同稀释倍数发酵上清液均能不同程度防控桑椹菌核病的发生,其中施用3次1.0×10⁹ CFU/mL菌悬液处理组的田间防效最高（90.84%）,其防效甚至稍优于化学农药处理组（90.52%）,且该处理组对桑果的生长具有一定的催熟作用。温室浸种和盆栽实验结果显示,不同浓度菌悬液和不同稀释倍数发酵上清液对桑种萌芽和桑幼苗生长的影响差异较大,其中1.0×10⁶CFU/mL的菌悬液和100倍稀释的发酵上清液能显著提升桑种发芽势和发芽率,且其对桑幼苗生长的各项指标均能起到促进作用。3.内生芽孢杆菌7PJ-16防病促生作用的分子机制研究Bacillus sp.7PJ-16菌株全基因组测序分析结果显示,该菌株基因组是由一条大小4.2 M的环形染色体以及两个内生质粒构成。基于芽孢杆菌近缘物种系统进化树分析,将前期鉴定为特基拉芽孢杆菌的7PJ-16菌株重新鉴定为枯草芽孢杆菌,更名为B.subtilis 7PJ-16。基因功能注释和次生代谢产物预测结果显示,7PJ-16菌株基因组中包含6个与抑菌物质合成相关的基因簇以及19个与促生物质合成相关的基因,这些基因与表面活性素、丰原素、铁载体、吲哚乙酸等生防相关代谢物的生物合成有关,同时该菌株基因组中亦发现21个与侵染定植过程（生物膜形成、运动性）相关的基因。为进一步挖掘生防相关基因及阐明B.subtilis 7PJ-16菌株与菌核病原菌（Sclerotinia sclerotiorum PZ-2、Scleromitrula shiraiana SXSG-5）之间的互作过程,本研究采用转录组测序技术,对共培养过程中的生防细菌与病原真菌分别进行原核和真核转录组分析。通过分析原核转录组数据发现,病原菌生长导致拮抗细菌的鞭毛组装和驱性相关基因下调表达,但其诱导了丰原素、铁载体、溶杆菌素等多种生防代谢物合成相关基因的上调表达;在真核转录组中,经拮抗细菌生物胁迫后,病原真菌的抗氧化酶相关基因多数表达上调,而其细胞壁组分合成（e.g.,几丁质）、植物胞壁降解酶代谢（e.g.,果胶酶、纤维素酶）、黑色素合成等与致病力相关的基因显著表达下调。基于7PJ-16菌株组学研究中挖掘到的大量生防相关基因,本研究从该菌株基因组中成功筛选和克隆到13个关键生防基因,其中包含5个表面活性素合成相关的基因（srfAA、srfAB、srfAC、srfAD、sfp）、7个溶杆菌素合成相关的基因（bacA、bacB、bacC、bacD、bacE、bacF、bacG）以及1个丰原素合成相关的基因（fenE）;利用同源重组技术,成功敲除与丰原素（fenE）和溶杆菌素（bacG）合成相关的两个生防基因,获得稳定转化子?FenE和?BacG,敲除株生物膜形成能力和抑菌活性均有不同程度的降低。4.内生芽孢杆菌7PJ-16生防相关代谢物的分析与鉴定结合生防相关基因的分析与功能验证,为进一步揭示B.subtilis 7PJ-16产生的生防相关代谢物,本研究首先检测了其活性发酵上清液中代谢产物的理化性质。结果显示,该活性发酵上清液对高温、酸碱具有较好的耐受性,对α-糜蛋白酶、胰蛋白酶不敏感,而对胃蛋白酶、蛋白酶K敏感。基于活性代谢物的理化性质,设计纯化策略,通过追踪抑菌活性,采用萃取、硅胶柱层析、薄层层析（TLC）、高效液相色谱（HPLC）等分离手段,从7PJ-16活性发酵上清液中分离纯化获得环二肽cycle（Pro-Phe）等6个单体III小分子物质;并利用酸沉淀与甲醇抽提相结合的方法,从7PJ-16发酵液中获得具有强烈抑菌活性的脂肽粗提物,经HPLC半制备分离后,质谱鉴定结果表明,该活性组分中包含表面活性素和丰原素两种脂肽抗生素,这与前文功能基因分析验证的结果一致。此外,7PJ-16菌株还可产生铁载体、植物外源激素吲哚乙酸和赤霉素等促生相关物质。综上所述,本研究从基因组、转录组、基因功能的分析验证及代谢物等层面,明确了拮抗作用与促生作用是桑树内生B.subtilis 7PJ-16对桑椹菌核病具有生防作用的主要机制。该菌株安全性能高,定植能力强,可通过产生表面活性素、丰原素、二肽小分子物质（环二肽和溶杆菌素）等多种抗生素来抑制桑椹菌核病原菌生长,进而在田间成功防控菌核病的发生与危害,且该菌株可通过产生植物激素、铁载体等促进桑种萌发和桑幼苗生长,从而来提升宿主系统抗性间接减少病害发生。论文研究取得的相关结果为桑椹菌核病生物防治奠定理论依据和实验基础,亦可为其他植物病害的生物防治提供重要参考。