解耦生姜连作障碍：一株具有促生与生防双重功能的Bacillus paralicheniformis SYN-191的分离鉴定与应用研究

本研究针对生姜(Zingiber officinale)连作障碍导致的土传病害问题，从健康生姜根际土壤中分离获得一株新型Bacillus paralicheniformis SYN-191。该菌株能显著抑制病原菌Fusarium ramigenum生长，具有蛋白降解、硅酸盐溶解和纤维素分解等促生特性。通过全基因组测序解析其抗菌物质合成基因簇，田间试验证实施用SYN-191可使生姜增产26.47%(P<0.01)，并重塑根际微生物群落结构，为克服生姜连作障碍提供了优质微生物资源。

　　

生姜作为重要的药食同源作物，其全球80%产量来自中国。然而长期连作导致土壤微生物区系失衡、病原菌富集和土传病害频发，其中由Fusarium ramigenum引起的根腐病尤为严重。传统化学防治方法不仅加剧土壤退化，更威胁农产品安全，开发绿色可持续的微生物防治策略成为产业迫切需求。

山东农业大学生命科学学院/土壤肥料资源高效利用国家工程研究中心的研究团队，从山东安丘生姜种植区健康植株根际土壤中分离获得一株具有多重功能的Bacillus paralicheniformis SYN-191。该研究通过基因组学、微生物组学和田间试验等多维度分析，揭示了该菌株克服连作障碍的分子机制与应用潜力，成果发表于《BMC Microbiology》。

研究采用经典微生物分离技术结合分子鉴定，从病姜组织分离致病菌F. ramigenum J-5，并通过柯赫氏法则验证其致病性。采用牛津杯法和平板对峙法评估拮抗活性，功能培养基检测菌株的蛋白水解、解钾和纤维素分解能力。通过Illumina+PacBio三代测序完成基因组组装，利用antiSMASH预测次级代谢产物基因簇。设置健康土壤(CK-JK)与连作土壤(CK-LZ)的盆栽对比试验，结合高通量测序分析根际微生物群落变化，最终在安丘姜田开展大田验证。

【结果】

1. 病原菌分离与鉴定

   从腐烂姜根分离的J-5菌株经18S rDNA测序鉴定为F. ramigenum，回接实验证实其可导致典型根腐症状（图1）。该病原菌的确定为后续生防菌筛选提供了靶标。

1. 生防菌筛选与特性

   从300株根际细菌中筛选出SYN-191，其具有不规则菌落形态（图2A）和显著抑制F. ramigenum的能力（图2B）。功能实验显示该菌株可形成蛋白水解透明圈（图2D）、硅酸盐油滴（图2E）和CMC分解圈（图2F），具备多重促生潜力。

1. 盆栽促生效应

   SYN-191处理使健康土壤中姜苗株高增加61.10%(P<0.05)，地上部鲜重增加61.90%(P<0.01)；在连作土壤中地下部鲜重增加93.36%(P<0.05)，叶绿素含量显著提升（图3）。表明该菌株在不同土壤条件下均能有效促进生姜生长。

1. 微生物组调控

   高通量测序显示SYN-191处理显著改变根际微生物组成（图4）。在连作土壤中，有益菌Pseudomonas相对丰度增加31.47%，病原菌Fusarium降低17.61%，形成更健康的微生物网络。

1. 田间验证

   安丘连续五年姜田试验表明（图5），SYN-191处理使生姜分枝数增加43.26%(P<0.01)，单株姜重增加27.37%(P<0.05)，最终产量提升26.47%(P<0.01)，证实其实际应用价值。

1. 基因组解析

   4.29 Mb的完整基因组（图6）揭示SYN-191含有fengycin（86%相似度）、bacitracin（100%）等抗菌物质合成基因簇，以及kdpA、bglA等解钾和纤维素分解相关基因，从分子层面阐释其多功能性。

【结论与意义】

该研究首次报道了B. paralicheniformis SYN-191通过"抗菌-促生-微生态调控"三位一体机制（图7）缓解生姜连作障碍。其创新性体现在：①发现新型抗菌基因簇组合；②证实菌株可同步改善土壤理化性质和微生物区系；③建立从实验室到田间的完整验证体系。该成果为开发绿色微生物肥料提供了理论依据和菌种资源，对推动中药材可持续种植具有重要实践价值。