种子生物浸渍与使用Bacillus altitudinis TM22和Bacillus atrophaeus MCM61进行土壤浇灌在抑制棉花枯萎病方面的比较效果

《Pest Management Science》：Comparative efficacy of seed biopriming and soil drenching with Bacillus altitudinis TM22 and Bacillus atrophaeus MCM61 on the suppression of Fusarium wilt of cotton

枯草芽孢杆菌TM22和MCM61通过种子预培养和土壤灌根可抑制棉花尖孢镰刀菌萎蔫病，提高植物生物量及光合效率，降低氧化应激指标，并上调防御相关基因表达。

　　本研究探讨了两种来源于棉花根际土壤的芽孢杆菌（Bacillus）菌株——TM22和MCM61，它们在抑制棉花黄萎病（由Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum引起）方面的潜力。研究结果显示，TM22在体外对黄萎病菌的抑制效果最强，这表明其在生物防治方面具有显著优势。研究还通过液相色谱-飞行时间质谱（LC-TOF/MS）分析了这两种菌株所产生的抗菌肽（如表面活性肽、脂肪酸肽和聚酮类化合物）以及氢氰酸（HCN）的生成情况，进一步揭示了其抑制病原菌的机制。研究中还比较了通过种子包衣和土壤浸润两种方式施用这些菌株的效果，结果显示种子包衣能够更有效地降低病害的发生率和严重程度，并改善植物的生物量。

在实验室培养中，TM22和MCM61表现出强烈的拮抗能力，其产生的抗菌化合物能够显著抑制Fusarium oxysporum的生长。通过LC-TOF/MS检测，TM22能够产生多种抗菌肽，包括表面活性肽、风霉素、它urin、bacillibactin、bacillomycin和bacillaene，其中它urin的缺失可能影响MCM61的抗菌效果。而TM22的抗菌能力则与其较高的氢氰酸产量相关，这可能是其更强的拮抗作用的原因之一。在温室实验中，TM22和MCM61通过种子包衣方式施用时，表现出最低的病害发生率和病害严重程度，并且显著提升了植物的生物量。相比之下，土壤浸润方式的效果稍逊一筹。同时，这两种菌株的联合应用在多个方面表现出协同效应，包括提升叶绿素a和b、类胡萝卜素含量，以及促进光合作用速率、相对含水量和气孔导度。这些结果表明，TM22和MCM61在促进植物生理功能方面具有重要作用。

在植物的防御机制方面，研究发现TM22和MCM61的应用显著提升了多种防御酶的活性，包括过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（APX）、多酚氧化酶（PPO）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、漆酶（CHI）等。这些酶在植物抵御病原菌侵袭过程中发挥着关键作用，例如通过清除活性氧（ROS）以防止细胞损伤，或者通过增强细胞壁的结构稳定性来阻止病原菌的入侵。此外，这些菌株还增强了植物体内与防御相关的基因表达，包括HMGR、MPK3、GST、PAL、SOD、APX、POD和CAT等基因，这表明它们能够激活植物的系统抗性（ISR）机制，从而更有效地应对病原菌的攻击。

研究还发现，当TM22和MCM61联合施用时，植物体内的氧化应激指标如丙二醛（MDA）、电解质泄漏（EL）和过氧化氢（H2O2）的水平显著降低。这说明这两种菌株能够有效减轻植物在受到病原菌侵袭时所遭受的氧化损伤，从而保护细胞膜的完整性。与此同时，植物的生理状态得到改善，如叶绿素含量、相对含水量、光合作用速率和气孔导度的提升，进一步表明其在促进植物健康生长方面的潜力。

进一步的分析显示，TM22和MCM61通过种子包衣方式施用时，对植物的生长参数有更显著的提升效果。这种施用方式不仅能够提高植物的生物量，还能够增强植物的防御能力。相比之下，土壤浸润方式在某些指标上表现较差，可能由于微生物在土壤中的存活率较低，以及其对植物根部的定植效率不如种子包衣。种子包衣技术使菌株能够更早地与植物接触，从而更有效地激活植物的防御机制，并通过多种途径（如竞争空间和营养、产生抗菌物质、诱导系统抗性等）对病原菌产生抑制作用。

此外，研究还强调了芽孢杆菌作为生物防治剂的优势。它们能够形成耐逆境的内生孢子，使其在恶劣环境条件下保持较高的生物控制活性。同时，芽孢杆菌在各种土壤类型中能够长期存活，这使得其在农业应用中具有较强的稳定性。其产生的抗菌化合物如表面活性肽和聚酮类物质，不仅能够直接抑制病原菌的生长，还能够通过增强植物的生理机能，提高其整体抗病能力。这种生物控制方法相较于化学农药更加环保，且能够减少对土壤和水资源的污染，有利于可持续农业的发展。

本研究的发现对于开发新的生物防治策略具有重要意义。TM22和MCM61不仅能够有效控制棉花黄萎病，还能促进植物的生长，提高其生物量和生理性能。通过种子包衣方式施用，这些菌株能够更有效地激活植物的防御系统，提高其抗病能力。同时，它们还能降低植物在受到病原菌侵袭时的氧化应激水平，从而减少细胞损伤和死亡。这些结果表明，芽孢杆菌在农业生物防治中的应用前景广阔，尤其是在需要减少化学农药使用的情况下。

未来的研究可以进一步探索这些芽孢杆菌菌株在田间环境中的应用效果，并尝试筛选出具有更高拮抗潜力的新型菌株。此外，还可以研究这些菌株对其他作物病害的防治效果，以扩大其应用范围。通过结合现代生物技术手段，如基因编辑和合成生物学，或许能够进一步优化这些菌株的抗菌能力，提高其在农业实践中的应用效率。总之，芽孢杆菌在植物病害防治和生长促进方面展现出巨大潜力，其作为生物防治剂的前景值得进一步研究和推广。