内生贝莱斯芽孢杆菌BDKishJoy-6B通过调控水稻抗氧化与防御通路增强稻瘟病抗性及促进生长研究

《Scientific Reports》：Endophytic Bacillus velezensis BDKishJoy 6B promotes rice growth and enhances resistance to Magnaporthe oryzae

本研究针对孟加拉国Haor湿地生态系统稻瘟病(Magnaporthe oryzae)导致水稻减产高达80%的产业问题，从水稻根系分离获得一株具有多重促生特性的内生贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)BDKishJoy-6B。通过种子引发、幼苗引发和叶面喷雾三种处理方式，系统评价了该菌株对水稻生长、防御基因表达(OsPOD、OsPAL1、OsPR5)及抗氧化酶活性(SOD、POD、APX、PPO、MDA)的调控效应。结果表明幼苗引发处理显著上调防御基因表达(OsPR5上调239.96倍)，增强抗氧化活性，降低病害指数76%，同时提高产量性状，为Haor地区水稻生产提供了新型生物防治策略。

　　

在孟加拉国东北部的Haor湿地生态系统，水稻生产面临着一个隐形杀手的严重威胁——稻瘟病。这种由稻瘟菌(Magnaporthe oryzae，又称Pyricularia oryzae)引起的毁灭性病害，每年可造成高达80%的产量损失，严重威胁着这个全球第三大水稻生产国的粮食安全。传统化学防治虽然短期内有效，但长期使用导致病原菌抗药性增强、环境污染以及农药残留等问题日益突出。寻找可持续、环境友好的替代方案成为当务之急。

正是在这样的背景下，Sharjana Akter等研究人员将目光投向了自然界中存在的天然盟友——植物内生细菌。这些微生物栖息在植物组织内部，与宿主和谐共生，不仅能促进植物生长，还能激活植物的免疫系统，为作物建立一道天然的生物防线。特别是芽孢杆菌属(Bacillus)细菌，以其强大的抗病原菌能力和促进植物生长的特性，成为生物防治研究的热点。

本研究聚焦于从Haor地区水稻根系中分离筛选高效内生细菌，以期获得既能促进水稻生长又能增强稻瘟病抗性的双重功能菌株。研究人员首先系统采集了该地区的稻瘟病菌株和水稻根系样本，通过多维度评价体系，最终锁定一株表现优异的内生贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)BDKishJoy-6B，并深入解析了其作用机制。

为全面评估BDKishJoy-6B的实际应用效果，研究团队采用了多种关键技术方法。首先从15个Haor地点采集稻瘟病样本，通过形态学和分子鉴定(ITS序列分析)确定致病性最强的菌株KSH01。同时从37个地点采集健康水稻根系，分离筛选出46株内生细菌，通过平板对峙实验评估其对稻瘟菌的抑制能力。对筛选出的优良菌株进行植物促生特性测定(IAA、铁载体、溶磷、氨和HCN产生能力)和分子鉴定(16S rRNA基因测序)。通过盆栽实验比较种子引发、幼苗引发和叶面喷洒三种接种方式对两个水稻品种(US-2和BRRI Dhan34)的生长促进和病害防控效果，测定病害指数、防御基因表达(实时荧光定量PCR)和抗氧化酶活性等指标。

Isolation and Morphological Characterization of Pyricularia oryzae(anamorph)

研究人员从Haor地区15个地点收集的颈瘟感染稻穗中分离得到15个稻瘟菌分离株，这些菌株在PSA培养基上表现出丰富的形态多样性。菌落颜色可分为灰黑色、灰白色、棕灰色等6类，表面纹理有光滑和粗糙两种类型。分生孢子形态也呈现纺锤形、纺锤形带渐尖末端、膨大形和卵圆形4种类型，其中KSH01分离株生长最快(15天达7.9厘米)，孢子尺寸最大((23.44-26.80)×(8.08-8.5)μm)。

Pathogenicity Assessment of P. oryzae Isolates

致病性测定显示，15个分离株的病害发生率(DI)和病害指数(PDI)存在显著差异。KSH01表现出最强致病性，DI和PDI分别达到70%和48%，而TARL01和NIK01致病性最弱。基于其高致病性和快速生长特性，KSH01被选为后续实验的指示菌株。

Isolation and Antagonistic Activity of Endophytic Bacteria

从水稻根系分离的46株内生细菌中，11株对KSH01表现出强烈拮抗活性(抑制率>89.75%)。其中BDKishJoy-6B抑制效果最显著(93.75%)，其次为BDBrCham-7A(93.13%)和BDBrBij-3B(92.29%)。

Functional Screening for Plant Growth Promoting Traits

对11株高效拮抗菌进行植物促生特性测定发现，BDKishJoy-6B具有多重促生能力：产生吲哚-3-乙酸(IAA)、铁载体(黄色晕圈直径2.46厘米)、溶解磷酸盐(溶解指数4.04)、产氨和产氢氰酸(HCN)。这些特性表明该菌株能通过多种机制促进植物生长和健康。

Gene Expression of Defense-Related Markers

基因表达分析显示，幼苗引发处理(T2)能显著上调BRRI dhan34品种的防御相关基因表达：OsPOD(69.95倍)、OsPAL1(25.33倍)和OsPR5(239.96倍)。而在感病品种US-2中，基因上调幅度较小甚至被抑制。这表明BDKishJoy-6B通过转录水平调控增强植物免疫力。

Antioxidant Enzyme Activity

BDKishJoy-6B处理显著提高了抗氧化酶活性。在BRRI dhan34品种中，幼苗引发处理使过氧化物酶(POD)活性达到1123.56 U/min/g FW，超氧化物歧化酶(SOD)为4.87 U/mg蛋白，抗坏血酸过氧化物酶(APX)为1.26 μmol/min/mg蛋白，多酚氧化酶(PPO)为1.26 ΔAbs/min/g FW。同时，脂质过氧化指标丙二醛(MDA)含量降至3.66 nmol/g FW，表明氧化应激水平降低。

Disease Suppression and Biocontrol Efficacy in Pot Experiments

盆栽实验中，BDKishJoy-6B处理显著降低了病害发生率(DI)、病害指数(PDI)和病害进展曲线下面积(AUDPC)。接种后21天，经幼苗引发处理的BRRI dhan34的DI和PDI分别为23.33%和19.33%，AUDPC为406，而对照组的相应值分别为86.67%、76%和1596。生物防治效果最高达到74.85%。

Enhancement of Agronomic Traits

BDKishJoy-6B处理还显著改善了农艺性状。在BRRI dhan34中，幼苗引发处理使千粒重达15.13克，株高147厘米，根长39.44厘米，根干重58.79克，均显著高于对照。这表明该菌株通过多种协同机制促进水稻生长和产量。

研究结论表明，内生贝莱斯芽孢杆菌BDKishJoy-6B通过双重机制发挥作用：一方面通过产生抗菌物质直接抑制病原菌生长，另一方面通过激活植物的防御系统和抗氧化机制增强系统抗性。幼苗引发被证明是最有效的施用方式，能最大程度地激活防御基因表达和抗氧化酶活性。该研究首次在Haor特定生态条件下系统评价了B. velezensis对水稻的促生和抗病作用，为这一脆弱生态系统的水稻生产提供了具有应用前景的生物防治策略。然而，研究者也指出，盆栽实验的结果仍需通过大田试验进一步验证，菌剂配方开发以及与现有农事操作的兼容性也是未来需要重点关注的方面。

这项发表于《Scientific Reports》的研究不仅为稻瘟病的绿色防控提供了新的解决方案，也为理解植物-微生物互作机制提供了新的视角，对推动可持续农业发展具有重要意义。在化学农药面临越来越多挑战的今天，挖掘和利用天然微生物资源的价值愈发凸显，BDKishJoy-6B的成功筛选和功能验证正是这一方向的重要进展。