蜂毒抗菌肽对植物细胞结构功能的影响及其抗病机理

抗菌肽是未来研制不易产生耐药性抗生素的候选者，也是新一代生物农药的基因资源。经十多年研究已取得重要成果：①蜂毒抗菌肽是最强的抗菌肽之一，具有广谱、速效、高效及不易产生耐药性等特点；②克隆了蜂毒抗菌肽基因，首次构建了工程菌并获得有效分泌表达，解决原料问题；③喷洒蜂毒抗菌肽不仅能抑杀植物病原菌，还能诱导植物防御酶活性，增强抗病性；以上结果表明蜂毒抗菌肽可能是理想的生物农药。但迄今蜂毒抗菌肽的毒理，如为什么不破坏植物细胞的细胞膜、对植物细胞结构功能的影响及其抗病机理等均尚未明确。这也是生物农药研究中亟待解决的理论问题。本项目拟深入研究：喷洒蜂毒抗菌肽后对植物细胞分子结构，特别是膜结构的影响；生理生化功能变化；细胞受体及其信号传导途径；对基因表达的调控作用及其靶基因；上述结构功能变化与其抗病的相关性。从而初步阐明蜂毒抗菌肽对植物细胞的毒理及其抗病机理，为蜂毒抗菌肽生物农药研制打下全面的理论基础。

蜂毒肽是杀菌作用最强的昆虫抗菌肽之一，不仅对医学病原菌有抑杀作用，而且对农作物病原菌有抑杀作用，并具有广谱、速效、高效等特点，在农业上应用潜力巨大。前期研究结果阐明了蜂毒肽抑杀农作物病原微生物的机理，并首次从超微结构的变化观察到蜂毒肽对病原菌的三种致死方式：膜孔洞式、质壁分离式和细胞质空腔式。蜂毒肽抑杀菌作用的强弱及速效性与其不同杀菌方式相关，其共同点是蜂毒肽与膜磷脂分子结合并相互作用所致。本研究以大白菜、玉米幼苗为实验材料，着重研究了蜂毒肽对植物细胞结构与功能以及植株生理生化的影响，初步探索了蜂毒肽作用于植物细胞的受体及其信号传导途径研究的基础条件；结合上述结构功能变化，分析对蜂毒肽对植物细胞基因表达的调控机制，综合分析与其抗病的相关性。实验未发现蜂毒肽对大白菜和玉米细胞的致死效应，没有观察到细胞膜破裂现象。低浓度蜂毒肽即可促进植物细胞生理指标如可溶性糖、蛋白质含量的变化，而比最低有效浓度（5mg/L）高出100-500倍的蜂毒肽同样引起植物细胞生理指标的变化，总体表现为较低浓度处理1次时促进作用明显，较高浓度和多次处理时呈现抑制趋势。不同浓度蜂毒肽采用不同喷药方式均可增强植物细胞防御系统酶如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）活性，低浓度时增强效应明显，高浓度时虽无明显增强但并不导致植株死亡，表明蜂毒肽可能是通过调节细胞内基因表达量来提升植物防御系统酶水平，并通过促进光合作用加强细胞内有机物的合成，从而提高植物的抗病能力。本研究暂未获得蜂毒肽作用于植物细胞的受体、靶蛋白等信号转导情况的确切信息，但对研究该部分工作的植物原生质体系统的建立做了大量探索，为进一步研究蜂毒肽在植物细胞中的信号转导机制打下良好基础，将为最终阐明蜂毒肽对植物细胞的毒理和其抗病机制，以及生物农药研制打下全面的理论基础。本研究共发表学术论文3篇，拟投稿2篇，硕士生学位论文1篇，毕业硕士研究生1人。