桉树内生链霉菌的抗真菌特性及其对番茄病原菌的生物防治潜力

《Scientific Reports》：Antifungal properties of Eucalyptus endophytic Streptomyces strains

本研究针对番茄主要真菌病害（灰霉病、枯萎病、炭腐病和立枯病）的防治难题，从伊朗桉树中分离出三株内生链霉菌（Streptomyces sp. GL4、QS4和3L3），通过体外拮抗、挥发性有机物（VOC）测定、酶活分析和温室实验，系统评估其生物防治效果。结果表明，菌株能有效抑制病原菌生长（抑制率最高达95.30%），并产生几丁质酶、纤维素酶及多种活性代谢物（如十六烷酸、邻苯二甲酸二酯等）。温室试验证实其可显著降低病害严重程度（抑制率38.67%-83.67%），并促进植物生长。该研究为开发新型生物农药提供了菌种资源和理论依据，对推动绿色农业具有重要意义。

　　

在全球范围内，番茄（Solanum lycopersicum L.）作为第二大蔬菜作物，其生产受到多种真菌病害的严重威胁。其中，灰霉病（Botrytis cinerea）、枯萎病（Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici race 3）、炭腐病（Macrophomina phaseolina）和立枯病（Rhizoctonia solani）是导致番茄减产的主要病原菌。长期以来，化学杀菌剂虽效果显著，但因其对环境和经济的负面影响，开发可持续的替代策略迫在眉睫。生物防治利用有益微生物抑制病原菌，已成为一种绿色、安全的选择。内生菌（Endophytes）作为生活在植物内部而不引起病症的微生物，因其与宿主协同进化、能产生多种生物活性物质而备受关注。特别是链霉菌（Streptomyces），作为重要的抗生素生产者，在生物防治中展现出巨大潜力。然而，从特定宿主（如富含抗菌物质的桉树）中分离内生链霉菌，并系统评价其抗真菌效果及机制的研究仍较为有限。为此，伊朗德黑兰大学的研究团队从伊朗三个省份（德黑兰、库姆、马赞达兰）的健康桉树（Eucalyptus camaldulensis）中分离内生链霉菌，并深入探究其对番茄主要病原菌的生物防治潜力，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

为开展本研究，作者主要运用了以下关键技术方法：从伊朗不同地区的桉树组织（叶片和枝条）中分离内生细菌，并通过16S rRNA基因测序进行菌株鉴定（鉴定为Streptomyces属）；采用体外对峙培养（Dual-culture）和挥发性有机化合物（VOCs）测定法评估链霉菌对四种番茄病原菌（B. cinerea B2, F. oxysporum f. sp. lycopersici FOL, M. phaseolina M14, R. solani 124）的拮抗活性；通过酶活检测（纤维素酶和几丁质酶）及磷酸盐溶解实验分析其生防机制；在温室条件下，通过病原菌接种实验评估链霉菌对病害严重程度和番茄植株生长参数（鲜重、干重、株高等）的影响；利用气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术鉴定链霉菌产生的生物活性代谢物。

结果

Bacterial endophytes

从伊朗桉树中成功分离出三株内生细菌（3L3, GL4, QS4），经16S rRNA基因序列分析，分别与Streptomyces rochei（GL4）、Streptomyces enissocaesilis（QS4）和Streptomyces variabilis（3L3）具有高度同源性。菌株保藏于伊朗卡拉吉农业生物技术研究所微生物培养物保藏中心。

Antagonism assay

Dual culture

对峙培养结果表明，三株链霉菌对多数病原菌均表现出显著的抑制效果。Streptomyces sp. QS4对B. cinerea B2（95.30%）、F. oxysporum f. sp. lycopersici FOL（73.47%）和M. phaseolina M14（80.24%）的抑制率最高；Streptomyces sp. GL4对R. solani 124的抑制效果最强（75.00%）；而Streptomyces sp. 3L3对R. solani 124无明显抑制作用。

Volatile organic compound-mediated interactions

VOC测定显示，所有菌株产生的挥发性物质对B. cinerea B2均有强烈抑制（抑制率74.98%-95.94%）。仅Streptomyces sp. 3L3对F. oxysporum f. sp. lycopersici FOL表现出显著VOC抑制（64.63%）。所有菌株均能抑制M. phaseolina M14菌核的形成，但对菌丝生长无影响。对R. solani 124均无VOC抑制活性。

Enzyme activity and phosphate solubilization

所有菌株均能产生纤维素酶和几丁质酶。Streptomyces sp. GL4和QS4的几丁质酶活性显著高于3L3。三株菌均无磷酸盐溶解能力。

Biocontrol assays under greenhouse conditions

温室生防试验表明，链霉菌处理能显著降低病害严重程度。针对B. cinerea B2，Streptomyces sp. GL4抑制效果最佳（75.71%）；针对F. oxysporum f. sp. lycopersici FOL和M. phaseolina M14，Streptomyces sp. QS4和GL4表现突出（抑制率均>83%）；针对R. solani 124，QS4和GL4抑制效果较好（>63%），而3L3效果较弱（38.67%）。

Effects on the plant growth parameters

与仅接种病原菌的对照组相比，同时接种链霉菌和病原菌的番茄植株，其鲜重、干重和株高等生长参数下降幅度显著减小，表明链霉菌处理不仅有效控制了病害，还在一定程度上缓解了病原菌对植物生长的抑制作用。例如，接种B. cinerea B2并施用Streptomyces sp. 3L3的植株鲜重（11.48 g）显著高于病原菌单独处理组（6.26 g）。

Gas chromatography-mass spectrometry analysis

GC-MS分析从三株链霉菌中鉴定出多种已知具有抗菌或植物生长促进活性的化合物。其中，十六烷酸（Hexadecanoic acid）、邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（Di-(2-ethylhexyl) phthalate）和十四烷酸（Tetradecanoic acid）是含量最丰富的化合物。其他如2,4-二叔丁基苯酚（Phenol, 2,4-bis(1,1-dimethylethyl)）、vomifoliol、Irganox 1076等也被检出，这些物质可能共同贡献于菌株的生防和促生功能。

讨论与结论

本研究表明，从桉树中分离的三株内生链霉菌（Streptomyces sp. GL4, QS4, 3L3）通过多种机制发挥抗真菌作用。体外实验证实其能通过直接接触（对峙培养）和挥发性物质（VOCs）强烈抑制多种番茄病原菌的生长。酶活分析显示它们能产生几丁质酶和纤维素酶，这些酶可降解病原真菌细胞壁的主要成分几丁质，从而直接抑制病原菌。温室实验进一步验证了这些菌株在活体条件下的生防效力，能显著降低由B. cinerea、F. oxysporum f. sp. lycopersici、M. phaseolina和R. solani引起的病害严重程度，并缓解病原菌对番茄生长的抑制作用。GC-MS分析揭示了菌株能产生丰富的生物活性代谢物库，包括脂肪酸、酚类、邻苯二甲酸酯等，这些化合物已知具有直接的抗菌活性或能诱导植物系统抗性（ISR）。

该研究的重要意义在于，首次系统报道了从伊朗桉树中分离的内生链霉菌对番茄关键土传和气传病害的生防潜力。这些菌株，特别是Streptomyces sp. GL4和QS4，展现出广谱且高效的抗真菌活性，兼具病害抑制和植物生长促进的双重功效，使其成为开发新型生物农药或生物肥料的优异候选菌株。研究结果为可持续农业病害管理策略提供了新的微生物资源和理论依据。未来研究可聚焦于活性化合物的分离纯化、作用机制的分子解析以及大田试验验证，以推动其实际应用。