XANTHOMONAS CAMPESTRIS: MÔ TẢ, TRỒNG TRỌT VÀ BỆNH LÝ - SINH HỌC - 2026

Xanthomonas campestris là một loài vi khuẩn proteobacteria (lớp: Gamma Proteobacteria, thứ tự: Xantomonadales, họ: Xanthomonadaceae) thực vật gây bệnh ảnh hưởng đến các cây trồng quan trọng.

X. campestris thể hiện giai đoạn biểu sinh trên cây mà nó không gây hại cho cây. Giai đoạn này là trước khi nhiễm trùng, nó được tạo ra khi vi khuẩn sinh sôi nảy nở do các biến đổi môi trường thuận lợi. Sự lây nhiễm của loài này gây ra một loạt các triệu chứng trên cây bị nhiễm bệnh và cuối cùng có thể thoái hóa thành chết.

Hình 1. Các triệu chứng do nhiễm X. campestris. Nguồn: tác giả Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris cũng được biết đến với việc sản xuất gôm xanthan sinh học hoặc xanthan, một polysaccharide bài tiết ra môi trường (exopolysaccharide) và làm tăng độ nhớt của dung dịch nước.

Xanthan exopolysaccharide là sản phẩm phụ quan trọng đầu tiên về mặt thương mại được tạo ra từ quá trình lên men tinh bột ngô. Nó hiện đang được sản xuất với số lượng lớn và có nhiều ứng dụng do đặc tính của nó là chất làm đặc và chất nhũ hóa. Xanthan được sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, nông nghiệp và dầu mỏ, trong số những ngành công nghiệp khác.

Sự miêu tả

Xanthomonas campestris là một loại trực khuẩn gram âm, hiếu khí bắt buộc, sống hoại sinh. Nó di động, rộng từ 0,2 đến 0,6 µm và dài từ 0,8 đến 2,9 µm. Nó có thể xuất hiện như một cá thể đơn độc hoặc hình thành các sợi, được bao quanh bởi xanthan, exopolysaccharide mà chúng tạo ra.

Xanthan ủng hộ sự hình thành màng sinh học X. campestris và cũng có tác dụng bảo vệ các cộng đồng được thiết lập trong cấu trúc này, khi xảy ra những thay đổi đột ngột về nhiệt độ, pH, bức xạ tia cực tím, sự thay đổi thẩm thấu rõ rệt và / hoặc giảm độ ẩm.

Tương tác với thực vật

Loài này có một số cơ chế để trốn tránh các phản ứng phòng vệ của thực vật mà nó lây nhiễm. Rào cản đầu tiên của cây chống lại sự lây nhiễm vi khuẩn là thành tế bào và các chất bề mặt có hoạt tính kháng khuẩn.

X. campestris có thể lây nhiễm cho cây qua các lỗ khí trên lá (lỗ khí nơi xảy ra trao đổi khí với môi trường), các lỗ thoát khí (một loại lỗ thoát nước thừa qua đó) hoặc qua các vết thương hiện có.

Thực vật thường đóng khí khổng khi bị vi sinh vật tấn công. Tuy nhiên, X. campestris tạo ra một yếu tố độc lực ngăn không cho khí khổng đóng lại, do đó tạo điều kiện thuận lợi cho sự xâm nhập của nhiều vi khuẩn hơn vào cây từ môi trường bên ngoài.

Khi vi khuẩn ở bên trong cây, chúng ngăn cản sự vận chuyển nước, bằng cách cản trở các mô mạch. Kết quả là lá bị hoại tử và héo những bộ phận bị nhiễm bệnh.

Ngoài ra, X. campestris tạo ra một hợp chất gọi là glucan trung tính β- (1,2) có tác dụng ngăn cản sự biểu hiện của các gen bảo vệ trong cây. Các hợp chất này có thể được kết hợp với không gian ngoại vi của vi khuẩn hoặc có thể được bài tiết ra môi trường ngoại bào, tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng di chuyển của vi khuẩn, độc lực của nó và sự hình thành màng sinh học.

Xanthan

Xanthan do Xanthomonas sản xuất hoạt động như một yếu tố độc lực, ngăn chặn phản ứng miễn dịch của cây bị nhiễm bệnh và tăng khả năng lây nhiễm của vi khuẩn.

Xanthan là một polysaccharid được tạo thành từ các đơn vị của 5 loại đường lặp đi lặp lại (2 glucozơ, 2 mannose và 1 axit glucuronic) và trùng hợp.

Quá trình tổng hợp xanthan phụ thuộc vào operon gọi là cluster gum (một tập hợp các gen tạo nên một đơn vị chức năng), có 12 gen nằm dưới sự kiểm soát của một vùng promoter duy nhất.

Cô lập

X. campestris pv. campestris có thể được phân lập từ mô lá có các đốm hình chữ "V" hoặc từ mô mạch bị hư hỏng, hoặc cổ của cây, tức là từ các vùng bị thương của cây.

Để thu được các chủng X. campestris, khu vực bị thương được chọn làm mẫu (đốm hoặc vết bệnh trên lá, quả). Nếu không có vết thương nào được quan sát thấy trên cây, mô dễ bị tổn thương nhất sẽ được lấy làm mẫu, và chúng được phân tích bằng môi trường nuôi cấy và bằng kỹ thuật phản ứng chuỗi polymerase (PCR).

Văn hóa truyền thông

Trong số các môi trường nuôi cấy được sử dụng như sau:

Sữa tween

Để phân lập ban đầu vi sinh vật từ các mẫu mô thực vật, môi trường Milk Tween (MT) có thể được áp dụng:

10 ml sữa tách béo, 0,25 g CaCl ₂ , 10 g pepton protease số 3, 15 g thạch Bacto, 0,5 g tyrosin, 10 ml Tween 80, 80 mg cephalexin (trong 2 ml NaOH ở 4%), 200 g xycloheximide (trong 2 ml methanol 75%), 100 mg vancomycin (trong 1 ml nước cất).

Các dung dịch sữa gầy, cephalexin, cycloheximide, và vancomycin phải được lọc tiệt trùng và thêm vào môi trường ở 50 ° C.

King B

Sau khi cho phép các khuẩn lạc vi khuẩn phát triển trong MT, những khuẩn lạc giống X. campestris nhất (khuẩn lạc có sắc tố vàng ở 72 và 120 giờ nuôi cấy) có thể được chuyển sang môi trường King B:

20 g peptone protease số 3, 20 g thạch agar, 1,5 g K ₂ HPO _4, 1,5 g MgSO ₄ x / H ₂ O, 10 ml glycerol, 700 nước cất.

Môi trường phải được làm nóng đến 80 ° C bằng cách khuấy, thêm nước cất đến 1 L và làm đồng nhất, và pH phải được điều chỉnh đến 7,2. Khử trùng ở 121 ° C trong 15 phút.

Môi trường nuôi cấy giàu PYM hoặc YMM cũng đã được sử dụng trong nuôi cấy X. campestris.

Hình 2. Nuôi cấy Xanthomonas trong môi trường rắn. Nguồn: Jarober3, qua Wikimedia Commons

PYM

Để chuẩn bị PYM, cứ 1000 ml tổng thể tích, bạn phải thêm: 10 g glucose, 5 g chiết xuất pepton, 3 g chiết xuất mạch nha và 3 g men.

Nếu bạn muốn phát triển trong môi trường rắn trong đĩa Petri, thì cũng nên thêm 15 g thạch vào hỗn hợp.

Ymm

Để điều chế môi trường YMM, bạn cần cho mỗi 1000 ml tổng thể tích: 10 g glucozơ, 1 ml dung dịch MgSO ₄ : 7H ₂ O (10 g / L), 1 ml dung dịch CaCl ₂ (22 g / L ), 1 ml dung dịch K ₂ HPO ₄ (22 g / L), 1 ml dung dịch FeCl ₃ trong HCl 0,1 M (2 g / L), 0,3% m / v axit casamino (axit amin từ thủy phân cazein) và dung dịch natri glutamat 11% v / v.

Điều kiện ủ bệnh

Điều kiện ủ của các chủng vi khuẩn X. campestris phải là 27 hoặc 28 ° C, và trong trường hợp môi trường nuôi cấy lỏng, phải duy trì khuấy liên tục ở 200 vòng / phút (vòng / phút).

Xanthan sản xuất

Nếu muốn sản xuất xanthan trong quá trình lên men thì phải cung cấp glucose, sucrose hoặc xi-rô ngô (từ 20 đến 40 g / L) trong số các chất dinh dưỡng cung cấp nitơ khác như một nguồn cacbon.

Phát hiện hoạt động trao đổi chất

Để phát hiện sự hiện diện của X. campestris còn sống trong mô thực vật, một số nhà nghiên cứu khuyên bạn nên đo hoạt động trao đổi chất, thay vì sự phát triển của vi sinh vật trong nuôi cấy trong phòng thí nghiệm.

Việc đo lường hoạt động trao đổi chất đã được thực hiện bằng cách sử dụng một chất chỉ thị khả năng sống qua hệ thống vận chuyển điện tử. Hợp chất này được gọi là tetrazolium và các muối của nó nhận electron từ hydro, tạo ra formazan, một chất không tan trong nước. Như vậy, sự xuất hiện ở giữa formazan là một chất chỉ thị cho hoạt động trao đổi chất của tế bào.

Một trong những môi trường nuôi cấy X. campestris để thực hiện thử nghiệm khả năng sống này có chứa tetrazolium clorua (TTC), triphenyl tetrazolium clorua và các chất phụ gia khác như natri clorua và đường. Đó là môi trường có các chất sau đây cho tổng thể tích là 500 ml: 5 g pepton, 0,5 g cazein thuỷ phân, 2,5 g glucozơ và 8,5 g thạch.

Sinh lý bệnh

Vi khuẩn X. campestris là tác nhân gây ra nhiều loại bệnh ảnh hưởng đến lá của cây cảnh (như Anthurium andreanum) và đậu thường (Phaseolus vulgaris L.). Chúng cũng ảnh hưởng đến các loại quả của đá, chẳng hạn như quả hạnh, quả xuân đào, anh đào, đào, mơ, mận, trong số những loại khác.

X. campestris được biết là có ảnh hưởng đến họ Cải hoặc họ cải, nằm trong số 10 loài thực vật gây bệnh nguy hiểm nhất cho hoạt động nông nghiệp, đặc biệt là ở vùng nhiệt đới.

Ví dụ, X. campestris gây bệnh thối đen trên súp lơ (Brassica oleracea), bông cải xanh (B. napus), bắp cải Trung Quốc (B. pekinensis), củ cải (B. rapa), cải (B. nigra), củ cải (Rhaphanus sativus) và bắp cải (B. fruticulosa).

Hình 3. Lá bị ảnh hưởng bởi X. campestris. Nguồn: David B. Langston, qua Wikimedia Commons

Các triệu chứng do X. campestris gây ra ban đầu xuất hiện trên lá, sau đó có thể xuất hiện trên quả và cành. Chúng bao gồm các đốm lá màu vàng nhạt không đều và có góc cạnh (đường kính từ 1 đến 5 mm) được giới hạn bởi các gân lá mà cuối cùng bị hoại tử.

Bỏng lá cũng xảy ra; đốm trên quả; héo mạch máu và sự xuất hiện của các tổn thương hoại tử hoặc nhiễm sắc tố có hình chữ "V".

Các đốm xuất hiện trên mép lá và xung quanh gân chính của nó. Có thể xảy ra hiện tượng rụng lá trên cây. Trên quả xuất hiện những đốm xanh bị hoại tử, có thể nứt ra. Cankers cũng có thể xảy ra.

Người giới thiệu

1. Dow, JM, Crossman, L., Findlay, K., He, Y.-Q., Feng, J.-X., & Tang, J.-L. (2003). Sự phát tán màng sinh học ở Xanthomonas campestris được kiểm soát bởi tín hiệu tế bào và cần thiết để có đủ độc lực đối với cây trồng. Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, 100 (19), 10995–11000. doi: 10.1073 / pnas.1833360100
2. Hayward, AC, Swings, JG và Civerolo, EL (1993). Xanthomonas. Springer Hà Lan. trang 407.
3. Papagianni, M., Psomas, S., Batsilas, L., Paras, S., Kyriakidis, D. và Liakopoulou-Kyriakides, M. (2001). Sản xuất Xanthan bởi Xanthomonas campestris trong nuôi cấy hàng loạt. Hóa sinh quy trình, 37 (1), 73-80. doi: 10.1016 / s0032-9592 (01) 00174-1
4. Rosalam, S., & Anh, R. (2006). Đánh giá quá trình sản xuất kẹo cao su xanthan từ tinh bột không biến tính bằng Công nghệ Enzyme và Vi sinh vật Xanthomonas campestris, 39 (2), 197–207. doi: 10.1016 / j.enzmictec.2005.10.019
5. Stewart, P. và Globig, S. (2011). Thực vật học ở thực vật. Apple Academic Press. trang 334.