源自根际的Stutzerimonas stutzeri AUMC B-503菌株：一种具有广泛应用前景的生物防治及植物生长促进菌株，可用于控制水稻（Oryza sativa）的褐斑病

《Frontiers in Plant Science》：Rhizosphere-derived Stutzerimonas stutzeri AUMC B-503: a promising biocontrol and plant growth-promoting strain for managing brown spot disease in rice (Oryza sativa)

稻瘟病菌（Bipolaris oryzae）导致的褐斑病严重威胁全球水稻生产。本研究从芦苇（Phragmites australis）根际分离出4株细菌，其中P3菌株（Stutzerimonas stutzeri AUMC B-503）通过产HCN、IAA及增强溶磷能力抑制病原菌，并显著促进水稻幼苗生长、光合色素积累及抗氧化酶活性，同时激活OsCHS、OsCHI等防御相关基因表达。该菌株兼具生物防治与植物促生功能，为可持续稻病管理提供新资源。

　　
水稻褐斑病是由 Bipolaris oryzae 引起的全球性病害，其防治长期依赖化学 fungicides，但存在环境污染和抗药性等问题。近年来，植物促生长溶菌菌（PGPR）因其生态友好性和多重作用机制受到关注。本研究从埃及尼罗河三角洲芦苇（*Phragmites australis*）的根际土壤中分离出四株细菌（P1–P4），通过系统评价其生防潜力及作用机制，筛选出高效菌株 AUMC B-503（*Stutzerimonas stutzeri*），并揭示了其促进水稻生长和抑制褐斑病的协同机制。

### 1. 研究背景与意义
水稻作为全球半数人口的主要粮食来源，其产量受褐斑病等生物胁迫的威胁。埃及作为全球重要水稻出口国，褐斑病导致约6%-90%的产量损失，且化学农药的过度使用加剧了土壤退化、水体污染及抗药性菌株的产生。传统防治手段存在明显局限性，因此开发基于 PGPR 的生物防治技术成为可持续农业的关键方向。本研究聚焦于从芦苇根际分离的细菌菌株，评估其生防活性及分子调控机制。

### 2. 菌株分离与特性筛选
研究团队通过标准方法从埃及尼罗河三角洲的芦苇根际土壤中分离出四株革兰氏阴性细菌（P1–P4）。通过形态学观察（如菌落颜色、形状）和生理生化试验（如产吲哚-3-乙酸、产氰能力、溶磷能力等），发现 P3 菌株（*Stutzerimonas stutzeri* AUMC B-503）具有显著优势：
- **产氰能力**：P3 在 picrate–carbonate 纸片试验中产氰量最高（OD??? = 0.081），抑制真菌生长的效果达88%；
- **溶磷活性**：P3 在 Pikovskaya’s 培养基中形成直径19.5 mm 的溶磷圈，磷溶解效率为其他菌株的1.5-2倍；
- **生物膜形成**：P3 在微孔板（MTP）试验中生物膜密度最高（OD??? = 0.61），表明其更强的根际定殖能力；
- **抗生素敏感性**：P3 对 β-内酰胺类、喹诺酮类等8大类抗生素敏感，排除耐药风险。

### 3. 生防机制解析
#### 3.1 直接抗真菌作用
通过双菌落平板试验发现，P3 菌株对褐斑病菌（*B. oryzae*）的抑制效果最强。显微镜观察显示，P3 菌株诱导真菌菌丝畸形（如断裂、细胞质解体），且抑菌圈直径达8.5 cm（对照组仅3.2 cm）。研究推测其通过分泌氰化氢（HCN）和胞外酶（如漆酶）破坏真菌细胞壁结构，抑制呼吸代谢。

#### 3.2 促进植物生长的协同机制
P3 菌株通过以下途径增强水稻生长：
- **营养动员**：高效产 IAA（0.86 mg/L，为对照组的2.3倍），促进根系延伸和营养吸收；
- **碳代谢调控**：提高可溶性糖含量（达719 mg/g DW，对照组548 mg/g），增强能量储备；
- **氧化应激缓解**：感染后叶片 MDA 含量降低54%，H?O? 水平下降13%，且通过激活超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）等关键酶，增强抗氧化防御体系。

#### 3.3 分子调控网络
实时荧光定量 PCR 表明，P3 菌株通过激活水稻抗病相关基因，重构防御信号通路：
- **黄酮类物质合成**：上调 *OsCHS*（查尔酮合成酶）、*OsCHI*（查尔酮异构酶）和 *OsFLS*（黄烷醇合成酶）表达，使总黄酮含量提高74.7%；
- **渗透调节**：*OsOAT*（谷氨酸-1-半醛酸转氨酶）表达量增加2.8倍，促进脯氨酸合成以稳定细胞质渗透压；
- **茉莉酸/乙烯信号**：*OsERF83*（乙烯响应因子）表达增强1.47倍，激活抗病基因转录网络。

### 4. 田间应用潜力与挑战
研究证实 P3 菌株在以下场景中表现优异：
- **非感染条件下**：使水稻株高增加33.3%，鲜重提高47%，干物质积累增加61%；
- **褐斑病感染时**：通过生物膜定殖竞争性抑制病原菌，同时诱导植物系统抗性（ISR），使病情指数降低54.5%；
- **联合处理**：P3 + *B. oryzae* 组合处理下，水稻光合色素（叶绿素a/b、类胡萝卜素）含量分别恢复至健康状态的92%和88%。

**局限性及改进方向**：
- 现有研究未明确鉴定具体抗真菌代谢物（如生物碱、糖苷类），需通过 GC-MS 和 LC-MS 补充分析；
- 菌株遗传稳定性需验证，建议构建全基因组测序图谱；
- 非靶标效应评估不足，需补充对土壤微生物群落、益虫（如捕食性螨类）及地下水微生物的影响研究；
- 当前试验在温室可控环境中进行，需开展多地点田间试验以验证环境适应性。

### 5. 科学价值与产业化前景
本研究首次系统解析 *S. stutzeri* 在水稻抗褐斑病中的多维度作用机制，为 PGPR 开发提供新范式：
- **生态安全性**：非溶血、无荚膜、广谱抗生素敏感，符合 BSL-1 生物安全标准；
- **功能协同性**：兼具溶磷、产激素（IAA）和生物膜形成能力，实现营养-抗病-定殖三重调控；
- **基因编辑潜力**：靶向激活的 *OsOAT* 和 *OsERF83* 基因可作为分子标记，指导抗病水稻品种选育。

该菌株已通过埃及农业研究理事会（Cairo University）生物安全性初步评估，下一步计划：
1. 开展全基因组测序及毒力基因（如 *PBIPr1*）筛查；
2. 优化菌剂制备工艺（冻干粉 vs 悬浮剂）；
3. 在尼罗河三角洲进行百亩级田间试验；
4. 探索与水稻抗病基因（如 *OsWRky29*）的互作机制。

### 6. 对可持续农业的贡献
研究为水稻病害绿色防控提供新方案：
- **替代化学农药**：通过 HCN 抑制和生物膜竞争机制，减少 50% 以上化学农药用量；
- **营养协同增效**：P3 菌株可使土壤有效磷提高 20-30%，同时促进氮吸收；
- **气候适应性**：在模拟高温（35℃）和干旱（-3 MPa土壤水势）条件下，P3 处理水稻的耐旱指数（DRI）达1.82，显著高于对照组（1.34）。

该成果已被国际期刊《Frontiers in Plant Science》接收（预印本编号：1700440），相关菌种保藏于埃及阿姆谢特大学生物资源中心（AUMC B-503），为后续生物制剂开发奠定基础。研究团队与埃及农业部合作，计划于2025年在尼罗河灌区开展中试试验，验证其在实际生产中的稳定性。