金龜子綠僵菌胞外蛋白酶活性與毒力的相關(guān)性

李保國　張丹丹　李瑞軍　劉廷輝

摘要：為研究金龜子綠僵菌蛋白酶活性與毒力的關(guān)系，以黃粉蟲為試蟲測定金龜子綠僵菌的毒力，采用Folin-酚試劑法對其胞外蛋白酶活性進行測定，并分析蛋白酶活性與毒力的關(guān)系。結(jié)果表明，不同菌株的蛋白酶活性差異較大，酶活性與毒力存在一定線性關(guān)系。胞外蛋白酶的活性可作為金龜子綠僵菌毒力判定的指標之一。

關(guān)鍵詞：金龜子綠僵菌；胞外蛋白酶；Folin-酚試劑法；黃粉蟲；毒力測定

中圖分類號：S433.5 文獻標志碼：A 文章編號：1002—1302（2016）01—0166—02

金龜子綠僵菌（Metarhizium anisopliae）是一種廣泛存在的昆蟲寄生真菌，其寄主有200多種，且致病力強、持效期長、不易產(chǎn)生抗藥性、對人畜無害，利用其開發(fā)微生物殺蟲劑具有良好發(fā)展前景。金龜子綠僵菌需要酶分解寄主昆蟲的表皮，以進入昆蟲體內(nèi)完成侵染過程。關(guān)于殺蟲真菌胞外酶的研究較多，Kucera等在昆蟲體壁離體培養(yǎng)條件下首次發(fā)現(xiàn)蛋白酶的活性，并指出菌株的蛋白酶活力與其毒力存在關(guān)系。Michael等利用明膠作為唯一碳源、氮源，發(fā)現(xiàn)球孢白僵菌可在平板上分泌一種蛋白酶，眾多學(xué)者利用這一方法測定胞外蛋白酶含量。樊美珍等利用該方法，以馬尾松毛蟲作為試蟲，測定球孢白僵菌胞外蛋白酶的產(chǎn)量與毒力的關(guān)系，證實了其具有相關(guān)性。王剛對已有研究進行了系統(tǒng)性總結(jié)，發(fā)現(xiàn)球孢白僵菌的蛋白酶可作為參考毒力指標，雖具有一定可靠性，但不能夸大其作用，應(yīng)謹慎使用。馮光明對不同來源的17株球孢白僵菌進行研究發(fā)現(xiàn)，蛋白酶活性可作為菌株毒力判定的標準之一，但不能夸大其作用。可見，胞外蛋白酶與其毒力判定存在一定關(guān)系，但由于所用試蟲不同，測定胞外酶的方法也不同，因此結(jié)論具有一定差異。

在蛋白質(zhì)的測定方面，F(xiàn)olin-酚試劑法比雙縮脲法靈敏100倍、比茚三酮方法靈敏數(shù)倍，且操作簡單易行，是研究蛋白質(zhì)較為精準的檢測方法。黃粉蟲（Tenebrio molitor L.）誘集法是一種經(jīng)濟、簡單的土壤昆蟲病原真菌分離方法。本試驗利用Folin-酚試劑法測定金龜子綠僵菌的胞外蛋白酶活性，利用黃粉蟲幼蟲作為標準試蟲進行毒力測定，探討金龜子綠僵菌胞外蛋白酶活性與毒力的關(guān)系，以期建立標準方法，避免因酶測定方法和試蟲的不同影響研究結(jié)論。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1供試菌株及試蟲 供試菌株為金龜子綠僵菌菌株，由北方野外土壤中誘集分離得到并保存。試蟲為黃粉蟲（Tenebrio molitor L.），由筆者所在實驗室飼養(yǎng)，挑選低齡幼蟲進行毒力測定。

1.1.2藥品 吐溫、PDA培養(yǎng)基、SDA培養(yǎng)基、酪氨酸、酪蛋白，F(xiàn)olin-酚試劑為生工生物工程（上海）股份有限公司提供。

1.2方法

1.2.1孢子懸浮液的配制 配制體積分數(shù)為1×10⁸個/mL的孢子懸浮液：將接種于PDA培養(yǎng)基的金龜子綠僵菌在（25±1）℃下恒溫培養(yǎng)10 d，刮取孢子置于研磨器中充分研磨，加入0.05%吐溫-80無菌水，倒人已滅菌燒杯中，渦旋振蕩使其充分混勻。采用血球計數(shù)板計數(shù)，調(diào)整至指定體積分數(shù)。

1.2.2粗酶液的制備 將各菌株1×10⁸個/mL的孢子懸浮液按1%的量分別接人液體SDA培養(yǎng)基（100 mL液體SDA培養(yǎng)基于250 mL三角瓶中），以加入0.05%吐溫-80無菌水的樣品為對照，于25℃、150 r/min在旋轉(zhuǎn)式搖床中培養(yǎng)，按時取培養(yǎng)物并用濾紙過濾，利用濾液測定蛋白酶活性。

1.2.3粗酶液蛋白酶含量的測定 以酪蛋白為底物，利用Tris-HCl緩沖液（0.05 mol/L，pH值8.5）配成10g/L的酪蛋白溶液。取該溶液1 mL并添加待測酶液1 mL，于37℃反應(yīng)30 min，每個處理3次重復(fù)。采用2 mL 0.4 mol/L的三氯乙酸終止反應(yīng)。過濾后采用Folin-酚試劑進行檢測，每管加入400μL樣品溶液、2 mL FolinAB混合液（按1：50的比例配制），室溫下靜置10 min后，加入200μL酚試劑并靜置30 min，在650 nm波長下測定吸光值。以每分鐘催化分解生成1μg酪氨酸的酶量為1個活性單位（U/mL），用酪氨酸標準溶液制作標準曲線，從而得到不同菌株的胞外蛋白酶活性。

1.2.4培養(yǎng)時間對金龜子綠僵菌胞外蛋白酶活性的影響 選取金龜子綠僵菌菌株M11-8-7和M7-5-7，按上述方法培養(yǎng)7 d，每天測定其胞外蛋白酶活性并記錄。

1.2.5不同菌株胞外蛋白酶活性的測定 選取6株金龜子綠僵菌，按上述方法培養(yǎng)5 d，測定其胞外蛋白酶活性并記錄。

1.2.6金龜子綠僵菌對黃粉蟲幼蟲致病力的初步測定 將接種于PDA培養(yǎng)基的金龜子綠僵菌菌種置于（25±1）℃恒溫培養(yǎng)10 d，刮取孢子置于研磨器中充分研磨，采用0.05%吐溫-80無菌水配制成體積分數(shù)為1×10⁸個/mL的孢子懸浮液。用紗布包裹黃粉蟲幼蟲，在菌液中浸泡3 s后取出，對照組采用等量0.05%吐溫-80無菌水。每組設(shè)3個重復(fù)，每個重復(fù)10頭試蟲。在飼養(yǎng)條件下連續(xù)觀察10 d，每天記錄試蟲的死亡數(shù)，并采用DPS軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

2.1酪氨酸標準曲線

通過酪氨酸標準溶液繪制標準曲線（圖1），y為吸光度D_650nm，x為蛋白酶活性，以每分鐘催化分解生成μg酪氨酸的酶量為1個活性單位（U/mL）。標準曲線的線性方程為y=0.011 3x+0.083 6，r²=0.983 5。

2.2培養(yǎng)時間對胞外蛋白酶活性的影響

連續(xù)7 d測定金龜子綠僵菌M11-8-7、M7-5-7菌株的蛋白酶活性（圖2）。胞外蛋白酶活性在前幾天呈增長趨勢，于5 d達到最大值，之后有所下降；因此，測定酶活性與毒力的關(guān)系時，選用培養(yǎng)5 d的培養(yǎng)物。

2.3 6株金龜子綠僵菌的蛋白酶活性和毒力

由酪氨酸標準曲線可得到6種菌株的蛋白酶活性，對其進行相關(guān)性分析。相關(guān)性分析結(jié)果（表1）表明，不同菌株產(chǎn)生的蛋白酶活性具有顯著差異。以黃粉蟲作為試蟲進行毒力測定，利用DPS軟件分析數(shù)據(jù)。由表2可知，金龜子綠僵菌M7-5-7、M8-5-83、M8-6-291菌株的蛋白酶活性較弱，毒力較差；M7-10菌株的蛋白酶活性強，毒力也相對較強。對表2數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析表明，金龜子綠僵菌的蛋白酶活性y₁與致死中時的自然對數(shù)x₁存在線性函數(shù)關(guān)系：y=47.79-12.19x，r²=0.8978。可見，金龜子綠僵菌的蛋白酶活性與毒力存在較強的線性相關(guān)性，可將蛋白酶活性作為判斷菌株毒力強弱的指標。

3結(jié)論與討論

金龜子綠僵菌的侵染過程須破壞昆蟲表皮，蛋白酶是破壞昆蟲體壁的重要物質(zhì)之一。昆蟲表皮成分中含60%～80%蛋白質(zhì)，殺蟲真菌對蛋白質(zhì)的分解成為其侵染昆蟲的重要條件之一，因此蛋白酶的活性強弱是判定殺蟲真菌侵染昆蟲能力的重要指標。Folin-酚試劑檢測酪氨酸比明膠-瓊脂平板法、雙縮脲法、紫外分光光度法等其他檢測方法更加精確可靠，為檢測殺蟲真菌分泌的蛋白酶活性提供了良好平臺。黃粉蟲是常用于誘集土壤金龜子綠僵菌的昆蟲，具有一定代表性，以黃粉蟲作為試蟲可更好地研究金龜子綠僵菌胞外蛋白酶活性與毒力的關(guān)系。

金龜子綠僵菌分泌胞外蛋白酶具有明顯的時間動態(tài)，研究結(jié)果顯示，培養(yǎng)5 d時2株菌的胞外蛋白酶活性最高，之后有所下降，這可能與培養(yǎng)基的營養(yǎng)含量有關(guān)。根據(jù)該結(jié)果選擇在培養(yǎng)5 d時進行檢測，以準確揭示菌株的胞外蛋白酶活性。然而，不同條件下、不同菌株分泌胞外蛋白酶的時間動態(tài)特性尚有待進一步研究。

蛋白酶活性與金龜子綠僵菌的侵染能力具有一定線性關(guān)系，若金龜子綠僵菌所產(chǎn)的胞外蛋白酶活性強，其毒力也相對較強；若胞外蛋白酶活性弱，其毒力也相對較弱。胞外蛋白酶活性不僅可作為球孢白僵菌毒力強弱的評價因子，還可作為金龜子綠僵菌毒力評判的重要指標。由試驗結(jié)果y=47.79-12.19x，r²=0.897 8可知，胞外蛋白酶活性與毒力的正相關(guān)性不高，表明影響毒力的因素很多，包括侵入過程中幾丁質(zhì)酶、脂酶等其他酶的作用，以及侵入后更為復(fù)雜的毒理過程；因此，以酶的活性作為毒力指標時應(yīng)持謹慎態(tài)度。劉智輝等認為胞外酶的活性應(yīng)在一定條件下使用，或作為大量菌株初篩工作的參考指標。

本研究方法是對此方面研究的一次嘗試，試驗方法不同、相同菌株對不同試蟲毒力的差異均會影響試驗結(jié)論。本研究采用Folin-酚試劑法，以黃粉蟲作為標準試蟲，統(tǒng)一金龜子綠僵菌胞外蛋白酶活性與毒力相關(guān)性的研究方法，避免因試驗方法、試蟲的不同而產(chǎn)生不同結(jié)論。