在低成本培养基中培养的枯草芽孢杆菌菌株可通过激活植物防御机制和定植于根际来促进玉米生长，并抑制种子携带的真菌

《Biological Conservation》：Native Bacillus subtilis strains cultivated in a low-cost medium enhance maize growth and suppress seed-borne fungi by defense activation and rhizosphere colonization

玉米种子经本地枯草芽孢杆菌菌株CtpxS2-1和CtpxS3-5处理显著提高发芽率（93.6%-91.3% vs 74.4%）并抑制真菌病原体（0.0%-0.3% vs 3.4%）。DSF40-MOL5低成本培养基促进菌株代谢，诱导PR-1/PR-4/SOD-2防御基因（1.9-4.9倍上调）和YUC1/PIN-3生长基因（1.9-2.2倍上调），同时增强光合酶活性及根冠比。菌株在根表定殖达7.0-8.0 log CFU/g，持续90天且未扩散至非根际土壤。

　　在农业领域，生物防治剂和生物肥料的开发是实现可持续作物生产的重要策略。本文研究了两种原产于厄瓜多尔的 *Bacillus subtilis* 菌株（CtpxS2-1 和 CtpxS3-5）在低成本 DSF40–MOL5 培养基上的生长情况，并评估其作为玉米种子生物接种剂的效果。DSF40–MOL5 培养基由脱脂大豆粉和糖蜜组成，这两种成分在厄瓜多尔的农业工业中较为丰富，因此为本地化、低成本的微生物培养提供了良好的基础。研究通过温室实验验证了这两种菌株在促进玉米种子发芽、增强幼苗活力、抑制种子携带的真菌病原体以及诱导植物系统性防御反应方面的潜力。

玉米作为一种全球重要的经济作物，不仅在粮食安全方面具有重要作用，还在畜牧业和生物燃料生产中发挥关键作用。其广泛的遗传多样性使得玉米能够在多种环境中生长，生产出不同颜色和质地的籽粒。然而，在厄瓜多尔的高海拔地区，玉米产量仍相对较低，平均仅为每公顷 1.1 吨，远低于区域标准。这种低产量主要归因于农业技术的缺乏以及生物肥料的使用受限。因此，寻找一种成本低、易于推广的生物防治方法，对于提高玉米产量具有重要意义。

*Plant Growth-Promoting Rhizobacteria*（PGPR）在可持续农业中扮演着重要角色，它们通过产生植物激素、改善根系结构、抑制病原体和增强植物抗逆性等方式促进植物生长。其中，*Bacillus subtilis* 因其能够合成抗真菌脂肽而成为一种重要的生物促进剂。此前的研究表明，这两种 *B. subtilis* 菌株在温室条件下对 *Colletotrichum acutatum* 有显著的拮抗作用，并能有效减少玉米炭疽病的发生率。这些特性表明它们在生物防治方面具有应用潜力。

为了进一步提升其应用价值，研究团队开发了 DSF40–MOL5 培养基，以支持 *B. subtilis* 的高效生长和功能表现。这种培养基不仅降低了生产成本，还增强了菌株的生物防治能力。具体来说，DSF40–MOL5 能够促进 *FenB* 和 *ItuA* 基因的表达，从而提高抗真菌化合物的产量和生物防治效果。此外，该培养基的使用还符合循环经济的理念，因为它利用了农业废弃物，使微生物接种剂的生产更加环保和经济。

在本研究中，两种菌株被用于玉米种子的生物接种。通过使用 DSF40–MOL5 培养基培养的菌株，在温室条件下显著提高了种子发芽率和幼苗活力。实验结果显示，接种 CtpxS2-1 和 CtpxS3-5 的种子发芽率分别达到了 93.6% 和 91.3%，而未接种的种子发芽率仅为 74.4%。同时，接种后的幼苗表现出更健康的生长状态，其根和茎的生物量以及长度均明显增加。这些结果表明，使用 DSF40–MOL5 培养基培养的 *B. subtilis* 菌株能够有效促进玉米幼苗的生长。

在分子层面，通过定量逆转录聚合酶链反应（RT-qPCR）分析，发现接种菌株后，与防御相关的基因（如 *ZmPR-1*、*ZmPR-4* 和 *SOD-2*）以及生长相关的基因（如 *ZmYUC1* 和 *PIN-3*）的表达显著上调。这些基因的激活与植物系统性抗性（SAR）和生长促进机制密切相关。例如，*ZmPR-1* 和 *ZmPR-4* 是 SA 介导的 SAR 的典型标志物，而 *ZmYUC1* 和 *PIN-3* 则与生长素的合成和运输有关。这些分子响应进一步支持了菌株在玉米种植中的功能优势。

在生理和生化层面，实验还发现接种 *B. subtilis* 菌株后，玉米幼苗的生长素含量显著增加，同时叶绿素含量也有所提升。这些变化表明，菌株能够促进植物的生长和光合作用能力。此外，抗氧化酶（如过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶）的活性也显著增强，这有助于玉米幼苗在逆境条件下保持健康生长。这些生化反应不仅提高了玉米的抗病能力，还增强了其对非生物胁迫的耐受性。

为了进一步评估菌株在玉米根系微环境中的定殖能力，研究团队在温室条件下对根系和土壤进行了长期监测。结果显示，两种菌株在根尖区域表现出较强的定殖能力，且在 90 天内保持稳定，这说明它们能够有效与玉米根系建立长期的共生关系。相比之下，非根际土壤中的菌株数量则随时间逐渐减少，这表明菌株更倾向于在根际环境中定殖，从而避免了不必要的扩散。这种定殖特性不仅提高了生物防治剂的生态安全性，还确保了其对植物生长的持续支持。

在实验设计方面，研究采用了完全随机设计（CRD），并进行了重复实验以确保数据的可靠性。通过非参数的 Kruskal–Wallis 检验和 Dunn’s 检验，分析了不同处理之间的差异。结果表明，CtpxS2-1 在多个指标上表现出优于 CtpxS3-5 的性能，如生物量和根系长度，而 CtpxS3-5 在某些方面也显示出显著的改善。这些差异可能与菌株之间的基因表达和代谢途径有关，进一步说明了菌株选择在生物接种剂开发中的重要性。

本研究的结果不仅揭示了 DSF40–MOL5 培养基在支持 *B. subtilis* 生长和功能方面的优势，还强调了其在可持续农业中的应用潜力。然而，为了实现田间应用，还需要进一步研究该培养基在不同储存条件下的稳定性，以及不同玉米品种对菌株的反应。此外，还需评估在病害压力下的表现，并在不同农业生态区进行多点试验，以确保其广泛适用性。未来的工作还应包括对茉莉酸/乙烯（JA/ET）相关基因的检测，以更全面地理解其诱导系统性抗性（ISR）的机制，从而为开发高效的生物防治剂提供理论依据。

总的来说，本研究为提高玉米产量提供了一种创新的解决方案，通过使用低成本、环保的 DSF40–MOL5 培养基，成功地将两种原产 *B. subtilis* 菌株应用于玉米种植。这些菌株不仅能够促进植物生长，还能有效抑制病原菌，从而提高作物的健康状况和产量。这种生物技术的推广和应用，有望在低资源农业环境中发挥重要作用，为实现可持续农业提供支持。