从土壤中 “挖掘” 生物防治宝藏：解淀粉芽孢杆菌 XF-8 对抗番茄青枯病的奥秘

为解决番茄青枯病防治难题，研究人员对解淀粉芽孢杆菌 XF-8 展开研究，发现其防治效果显著，意义重大。

　　番茄，作为全球种植量位居第二的蔬菜，在人们的饮食中占据着重要地位。然而，在番茄的生长过程中，却面临着诸多挑战，其中番茄青枯病（Tomato bacterial wilt）堪称 “头号杀手”。这种由青枯雷尔氏菌（Ralstonia solanacearum）引起的严重土传病害，就像隐藏在土壤中的 “恶魔”，从番茄植株根部或茎基部的伤口悄然入侵，在植物的维管束组织中大肆扩张，导致导管堵塞和细胞中毒，使得茎叶因缺乏正常的水分供应而枯萎死亡。而且，青枯雷尔氏菌的传播范围极广，在土壤中存活多年，还能在其他植物体内形成潜伏感染，给番茄种植产业带来了巨大的威胁。

目前，化学杀菌剂是防治番茄青枯病的主要手段，但大量使用化学农药不仅会污染土壤和水资源，还会危害人类健康，长期使用还会使病原菌产生抗药性。在这样的背景下，生物防治作为一种更加环保和可持续的方法，逐渐受到研究人员的关注。解淀粉芽孢杆菌（Bacillus velezensis）作为潜在的生物防治剂，近年来被广泛研究和应用，但对其抗菌机制的研究仍较少且不够清晰。

为了探索解淀粉芽孢杆菌对番茄青枯病的防治潜力，来自福建农林大学的研究人员开展了一系列研究，相关成果发表在《Advanced Agrochem》上。

研究人员用到了以下几种主要关键的技术方法：首先是菌株的分离与筛选，采用平板对峙筛选法从福州鼓岭的森林土壤样本中初步筛选出具有拮抗能力的菌株，再通过复筛得到菌株 XF-8；然后进行菌株鉴定，运用形态学观察、生理生化特征测定以及分子生物学鉴定（包括 16S rRNA 和 gyrA 基因的 PCR 扩增及系统发育树构建）确定其分类地位；接着进行抑菌效果测定，通过离体叶片和盆栽番茄实验评估 XF-8 对番茄青枯病的防治效果；最后探究抗菌机制，采用酸沉淀法提取 lipopeptide，利用扫描电子显微镜（SEM）、活死染色（Live-Dead staining）、活性氧（ROS）检测和 DNA 损伤测定等方法研究其抗菌机制。

下面来看具体的研究结果：

1. 拮抗细菌的筛选与鉴定：通过高效筛选方法，研究人员在 NA 培养基上发现了对青枯雷尔氏菌具有拮抗作用的菌株 XF-8。经过鉴定，XF-8 的菌落呈浅黄色，不规则形状，边缘锯齿状，革兰氏染色呈阳性。其生长曲线显示，0 - 4 小时为迟缓期，4 - 16 小时进入对数生长期，16 - 20 小时达到对数生长末期，20 - 28 小时为稳定期。pH 变化曲线表明，细菌生长前期 pH 值下降，后期上升。生理生化特征鉴定显示，XF-8 能利用多种糖类产酸，部分生理生化反应呈阳性或阴性。分子生物学鉴定结果表明，通过 16S rRNA 和 gyrA 基因序列比对及系统发育树分析，XF-8 与解淀粉芽孢杆菌的相似性极高，最终确定其为解淀粉芽孢杆菌。
2. 菌株 XF-8 对番茄青枯病的防治效果：在离体实验中，对照组番茄叶片被青枯雷尔氏菌严重感染，大面积枯萎变黄；而经 XF-8 处理的番茄叶片基本保持正常颜色，说明 XF-8 对番茄青枯病具有良好的生物防治效果。盆栽实验结果也显示，仅接种青枯雷尔氏菌的对照组植株出现大量不定根，叶片枯萎发黄，茎无法正常直立；喷施 kasugamycin 的植株有部分叶片枯萎发黄；而喷施 XF-8 的植株仅有少量不定根和枯萎叶片，XF-8 对番茄青枯病的防治效果达到 74.25%，显著高于 kasugamycin 的 45.11%。
3. 解淀粉芽孢杆菌的抗菌活性物质：研究发现，解淀粉芽孢杆菌 XF-8 的发酵上清液对青枯雷尔氏菌有抑菌活性，抑制圈直径为 1.61cm。通过酸沉淀法提取的 lipopeptide 提取物也具有良好的抗菌活性，10mg/mL 的 lipopeptide 提取物的抑制圈直径达到 4.05cm。不同浓度 lipopeptide 提取物的抗菌实验表明，其抗菌效果与浓度呈正相关，当浓度为 1mg/mL 时，抑菌率达到 96.20%，计算得出 EC₅₀为 0.038mg/mL。
4. lipopeptide 提取物的抗菌机制：SEM 观察发现，经 1mg/mL lipopeptide 提取物处理后，青枯雷尔氏菌的表面出现褶皱，细胞变形。Live-Dead 染色结果显示，经 lipopeptide 提取物处理的细菌呈现红色荧光，表明细胞膜破裂，细菌死亡，且随着 lipopeptide 提取物浓度的增加，红色荧光增强。ROS 检测发现，lipopeptide 提取物能诱导细菌产生氧化应激反应，产生 ROS。DNA 损伤测定结果表明，经 lipopeptide 提取物处理后，细菌 DNA 浓度降低，DNA 条带变窄变暗，说明 lipopeptide 提取物可诱导青枯雷尔氏菌的 DNA 损伤。
5. 解淀粉芽孢杆菌 XF-8 的抗菌谱：采用平板对峙法测定 XF-8 对 10 种病原菌的抑制作用，结果显示其对多种病原菌都有一定的抑制效果，对不同病原菌的抑制率在 41.19% - 56.89% 之间。

研究结论和讨论部分指出，解淀粉芽孢杆菌在农业领域的重要性日益凸显，但由于其与其他芽孢杆菌属物种的表型和遗传特征相似，准确鉴定存在一定难度。本研究通过多种鉴定方法确定菌株 XF-8 为解淀粉芽孢杆菌，且其对番茄青枯病具有优异的防治效果。研究还揭示了 XF-8 的抗菌活性物质为 lipopeptide，其抗菌机制包括破坏细菌细胞膜结构、诱导 ROS 产生和 DNA 损伤等。这些发现为解淀粉芽孢杆菌在番茄青枯病防治中的应用提供了理论依据和生物防治策略，也为多种植物病害的生物防治提供了高质量的菌株资源，推动了生物防治领域的发展，有助于实现农业的绿色可持续发展。