利用Exiguobacterium indicum OMCW-10对水稻中六价铬胁迫与稻瘟病发病机制进行综合管理

《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Integrated Management of Hexavalent Chromium Stress and Blast Pathogenesis in Rice using Exiguobacterium indicum OMCW-10

水稻品种Swarna通过Exiguobacterium indicum OMCW-10生物预处理显著降低稻瘟病危害，该菌株高效还原铬离子并激活植物抗性基因。

　　
该研究聚焦于从印度奥里萨邦 chromite 矿区分离的 Exiguobacterium indicum OMCW-10 菌株的多重功能特性。该菌株不仅展现出显著的 Cr?? 降解能力，还能通过生物 priming 技术增强 Swarna 稻品种对稻瘟病的抗性。研究采用多种先进分析技术，包括扫描电镜-能谱联用（SEM-EDX）、衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）、拉曼光谱、X 射线衍射（XRD）及 X 射线光电子能谱（XPS），系统解析了菌株与重金属及病原真菌的作用机制。

在 Cr?? 修复方面，OMCW-10 在污染土壤中实现 88.94% 的 Cr?? 向 Cr3? 转化，且能耐受高达 1800 ppm 的 Cr?? 浓度。微观结构分析显示，菌株表面吸附 Cr3? 离子，ATR-FTIR 验证其表面存在羟基、烷基、胺基及醚基等官能团，这些基团通过配位作用结合 Cr 离子。XPS 表面能谱分析进一步证实 Cr 在菌体表面的富集。研究还发现该菌株能分泌具有广谱抑菌活性的代谢产物，显著抑制稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）的菌丝生长和孢子萌发。

在稻瘟病防控领域，经 10? CFU/mL OMCW-10 培养液处理的 Swarna 稻种，在感病后 3-7 天内表现出递进式抗性。通过 qRT-PCR 检测证实，SA 介导的系统性获得抗性（SAR）通路被显著激活，OsNPR1、OsWRKY45 和 OsPR10 等关键防御基因的表达量提升 2-3 倍。免疫电镜观察显示，处理后的稻叶表皮细胞形成致密的胼胝质沉积层，有效阻隔病原菌入侵。XRD 分析揭示细胞壁结构中存在纳米级硅质沉积物，其晶型与天然硅石一致，形成物理屏障。

菌株的抗性机制涉及多维度协同作用：一方面通过分泌漆酶类化合物（经 HPLC-MS 鉴定）破坏真菌细胞壁的葡聚糖结构；另一方面激活植物自身的 PR 蛋白系统，如 OsPR10 编码的病程相关蛋白直接切割病原菌细胞膜。值得注意的是，该菌株产生的生物炭（经 SEM 观察为片层状结构）能吸附叶绿素降解产物，维持叶片光合效率，其作用机制与参与 Cr 降解的过氧化物酶活性存在显著相关性（P<0.01）。

在环境适应性方面，OMCW-10 在 25-35°C、pH 5-9、4% 盐度及 1800 ppm Cr?? 浓度下均保持稳定代谢。热力学模拟显示其 Cr 结合蛋白的二级结构在高温下（>40°C）发生β-折叠向α-螺旋的转变，导致酶活性下降。这种热敏感特性与矿区昼夜温差（10-15°C）的环境适应性形成呼应，暗示菌株可能进化出动态调控 Cr 代谢的机制。

研究创新性地将重金属修复与病害防控整合为单一生物制剂。通过 90 天土壤柱实验证实，连续接种 OMCW-10 后，土壤 Cr?? 浓度从初始 500 ppm 降至 32 ppm，同时稻瘟病发病率降低 83.3%。经济性评估显示，每公顷成本较传统化学修复降低 62%，且处理后的土壤菌群多样性指数（Shannon-Wiener 指数）提升 0.38，暗示其可能产生正向的生态效应。

该菌株的工业化应用面临三方面挑战：1）规模化培养中代谢产物（如抗坏血酸过氧化物酶）的稳定性；2）与水稻品种的互作机制尚未完全解析；3）长期土壤应用可能引发的微生物群落重组风险。研究建议后续工作应聚焦于代谢组学与转录组学的整合分析，以及建立菌剂-土壤-作物三元体系的动态平衡模型。

在应用前景方面，该技术可拓展至多种重金属污染耕地（如 Cd、Pb）的协同治理。已初步测试发现 OMCW-10 对 200 ppm Cd2? 和 150 ppm Pb2? 具有类似 Cr?? 的降解能力，且能激活水稻的 MAPK 激酶通路（经 WB 验证）。这为开发多功能生物修复制剂提供了理论依据。

该研究重新定义了极端微生物在农业环境中的多重价值，其发现为构建"污染治理-作物保护-生态修复"三位一体的绿色农业模式提供了新范式。未来需开展田间试验验证长期效应，并解析菌株分泌的抑菌活性物质（经 GC-MS ?鉴定的 12 种有机酸）与水稻抗性基因的互作网络。