低温下芽孢杆菌属抗菌作用可提升厌氧土壤消毒杀菌效果

为解决厌氧土壤消毒（ASD）低温效果不佳问题，研究人员探究芽孢杆菌属作用，发现其可提升低温 ASD 杀菌效果。

　　在农业生产的土壤管理中，土壤病害一直是困扰种植者的大难题。厌氧土壤消毒（Anaerobic Soil Disinfestation，ASD）作为一种对环境友好、安全性高的土壤消毒方法，近年来备受关注。它就像是给土壤做了一次 “深度清洁”，通过创造厌氧环境，抑制或杀灭土壤中的有害病原菌，为农作物生长提供一个健康的土壤环境。然而，理想很丰满，现实却很骨感。在实际的田间应用中，ASD 却没有达到人们预期的效果。其中一个重要原因是，土壤温度在 ASD 过程中常常无法达到推荐的 30℃，比如在一些地区，由于气候或其他因素，土壤温度可能只有 25℃左右，这就导致 ASD 的杀菌能力大打折扣。

青枯雷尔氏菌（Ralstonia pseudosolanacearum）引发的青枯病，更是让番茄、茄子、辣椒等茄科蔬菜深受其害，严重影响农作物的产量和质量。之前的研究发现，有三种芽孢杆菌属（Paenibacillus spp.）菌株，包括两种多粘芽孢杆菌（Paenibacillus polymyxa），在 25℃的低温下对 ASD 杀灭青枯雷尔氏菌有促进作用。但背后的机制却并不清楚。为了揭开这个谜团，来自日本千叶大学研究生院园艺学系、园艺植物育种研究所、农业环境科学研究所的研究人员 Eduardo Pitti、Noriaki Momma、Yuso Kobara 等开展了深入研究。相关研究成果发表在《Journal of General Plant Pathology》上。

研究人员开展了一系列实验。在实验中，他们运用了多种技术方法。首先，采用塑料薄膜袋模拟田间土壤环境进行 ASD 处理，通过控制温度和添加不同菌株，研究其对青枯雷尔氏菌杀菌效果的影响。同时，利用离心、过滤等手段获取土壤溶液，使用多用途分光光度计测定土壤溶液中 Fe²⁺和 Mn²⁺的浓度。此外，运用稀释平板法来测定细菌的活菌数量，以此评估不同处理下细菌的生长和存活情况 。

下面来看具体的研究结果：

1. 确认 ASD 在不同温度下的杀菌效果：研究人员分别在 25℃和 30℃进行 ASD 实验，对比添加芽孢杆菌属菌株 B2、B3、D1 和不添加的情况。结果发现，在 25℃时，添加这三种菌株显著增强了对青枯雷尔氏菌的杀菌效果；而在 30℃时，添加菌株和不添加菌株的处理之间没有明显差异。这表明，在低温环境下，芽孢杆菌属菌株对 ASD 的杀菌效果提升作用更为突出。
2. 测定土壤溶液中 Fe²⁺和 Mn²⁺的浓度：经过实验测定，25℃下 ASD 处理后的土壤溶液中 Fe²⁺和 Mn²⁺浓度明显低于 30℃的处理。而且，无论是否添加芽孢杆菌属菌株，这些阳离子浓度的变化程度在所有 ASD 处理中几乎相同。在未进行 ASD 处理的土壤中，检测到的 Mn²⁺含量很少，Fe²⁺几乎检测不到。这说明，B2、B3 和 D1 在低温下促进 ASD 效果，并不是因为它们增加了土壤中金属阳离子的浓度。
3. 探究土壤溶液低分子量组分的杀菌活性：研究人员提取了不同温度下未添加芽孢杆菌属菌株的 ASD 土壤溶液的低分子量组分，将青枯雷尔氏菌和芽孢杆菌属菌株分别浸泡其中。结果显示，青枯雷尔氏菌在 30℃的土壤溶液中存活数量明显低于 25℃，而芽孢杆菌属菌株 B2、B3、D1 在两种温度的土壤溶液中生长均未受到负面影响，且数量都有所增加。这表明，芽孢杆菌属菌株对土壤溶液的耐受性强于青枯雷尔氏菌。
4. 检测 Fe²⁺和 Mn²⁺对细菌的杀菌效果：研究人员配制了不同浓度的 Fe²⁺、Mn²⁺溶液，以及作为对照的 Mg²⁺溶液和水。将芽孢杆菌属菌株和青枯雷尔氏菌分别接种到这些溶液中培养。结果发现，Fe²⁺和 Mn²⁺对青枯雷尔氏菌有杀菌活性，且在 30℃时的杀菌效果更强；而三种芽孢杆菌属菌株对 ASD 土壤中产生的 Fe²⁺和 Mn²⁺浓度都具有抗性。
5. 研究芽孢杆菌属菌株对青枯雷尔氏菌的拮抗特性：通过混合培养和交叉划线培养实验，研究人员发现，三种芽孢杆菌属菌株在 25℃和 30℃都能抑制青枯雷尔氏菌的生长，但在 25℃时的抑制效果更明显。在交叉划线培养实验中，与芽孢杆菌属菌株交叉划线的青枯雷尔氏菌菌落，在 25℃下经过两周培养后，部分无法在新的培养基上形成菌落，表明其已死亡；而在 30℃下，虽然生长受到抑制，但仍能存活。

综合以上研究，研究人员得出结论：25℃的 ASD 相较于 30℃，产生的 Fe²⁺和 Mn²⁺较少，对青枯雷尔氏菌的抑制作用较弱。然而，土壤中存在的三种芽孢杆菌属菌株，它们对这些金属阳离子具有抗性，并且对青枯雷尔氏菌表现出拮抗作用，弥补了低温 ASD 杀菌效果的不足。因此，这三种芽孢杆菌属菌株在低温 ASD 中的杀菌效果，可能是它们对土壤中抗菌金属阳离子的抗性，以及对青枯雷尔氏菌的拮抗作用共同作用的结果。不过，研究人员也指出，除了金属阳离子，可能还有其他物质参与了 ASD 的杀菌机制，比如一些有机酸和抗菌有机化合物。未来，还需要对超滤未过滤的、分子量大于 3000 的物质进行研究。

这项研究意义重大，它揭示了芽孢杆菌属菌株在低温 ASD 中的作用机制，为优化 ASD 技术、提高其在低温环境下的杀菌效果提供了理论依据。这有助于农业生产者更好地利用 ASD 方法防治土壤病害，减少化学农药的使用，保障农作物的安全生产，对推动可持续农业发展具有重要的指导意义。