古巴小麦品种中芽孢杆菌菌株对镰刀菌生物防治、干旱耐受性及植物促生作用的研究

为解决小麦生产中面临的镰刀菌(Fusarium)病害和干旱胁迫双重挑战，研究人员从古巴小麦品种中分离筛选芽孢杆菌(Bacillus)菌株，评估其生物防治潜力、干旱耐受性及植物促生(PGP)特性。结果表明，15株芽孢杆菌能显著抑制镰刀菌生长（抑制率>50%），耐受20% PEG-6000干旱胁迫，并通过产ACC脱氨酶、IAA、EPS等机制促进小麦萌发和生长。该研究为开发可持续小麦生产的微生物制剂提供了新资源。

　　

论文解读

小麦是全球最重要的粮食作物之一，但其生产正面临日益严峻的双重威胁：由镰刀菌(Fusarium graminearum和F. culmorum)引起的病害（如赤霉病和根腐病）会导致产量损失高达70%，同时产生的真菌毒素还危害人畜健康；而气候变化加剧的干旱胁迫则直接影响小麦的萌发、分蘖和灌浆等关键生长阶段。传统依赖化学杀菌剂的防治方式不仅成本高，还会引发环境污染和病原菌抗药性。因此，寻找能够同时应对生物和非生物胁迫的可持续解决方案迫在眉睫。

在这一背景下，来自法国兰斯大学和古巴哈瓦那大学的研究团队将目光投向了植物根际微生物组。芽孢杆菌(Bacillus)因其耐逆性强、能产生多种抗菌代谢物和植物激素的特性，成为理想的候选菌株。研究人员从古巴特有小麦品种的根际和内生环境中分离出150株细菌，通过双重培养、代谢物检测和干旱模拟等实验，筛选出15株具有多重功能的芽孢杆菌，相关成果发表在《Biological Control》上。

关键技术方法
研究采用多维度评价体系：（1）从古巴三个小麦品种(CC-204、I-399和M-04)的根际和植株内分离细菌；（2）通过PEG-6000梯度实验评估菌株干旱耐受性；（3）采用平板对峙、细胞游离上清液(CFS)和离体叶片实验检测对镰刀菌的抑制效果；（4）通过API 50 CHB生化鉴定和16S rRNA测序进行菌株分类；（5）系统评估产IAA、ACC脱氨酶、EPS等PGP特性及淀粉酶、蛋白酶等水解酶活性。

研究结果

3.1 菌株分离与拮抗活性筛选
从古巴小麦中获得的150株细菌均为革兰阳性、产芽孢的杆状菌，其中15株对两种镰刀菌的抑制率超过50%。菌株TMG-6表现最突出，对F. graminearum和F. culmorum的抑制率分别达74.6%和75.8%。显微镜观察发现，细菌处理导致菌丝肿胀、空泡化和类似厚垣孢子的结构形成，表明其代谢物能直接破坏病原菌结构。

3.2 挥发性有机物与CFS的抑菌效应
虽然挥发性有机物未显示显著抑菌效果，但CFS在液体培养基中使镰刀菌孢子萌发延迟，其中TMG-6的CFS使真菌吸光度值降低20-40倍。固体培养基中CFS的抑菌率虽降低15%，但仍保持40%以上的抑制效果。

3.3 离体叶片实验验证生防潜力
在Calixo和Lennox小麦品种的离体叶片上，接种细菌（如TMG-6）使镰刀菌病斑出现时间延迟2天，病斑面积减少40倍以上，且对F. culmorum的抑制效果更显著。

3.4 菌株的干旱耐受机制
所有菌株均能耐受20% PEG-6000（相当于-1.5 MPa渗透压），其中TII-19等5株菌甚至耐受25% PEG-6000。这种耐受性与EPS和生物膜形成能力密切相关——13株菌能产生EPS，12株菌形成强生物膜（如TMG-19的吸光度值比对照高89倍），这些亲水性物质可帮助菌体保持水分。

3.5 植物促生特性解析
所有菌株均具备多种PGP特性：

• 产IAA（7.8-39.9 μg/L）和氨（4789.6-9218.4 μmol/L）
• 14株菌具解钾能力，4株能溶磷
• 全部产ACC脱氨酶，可降低植物应激乙烯水平
• 13株产铁载体，14株产脂肪酶，10株产果胶酶
  菌株TMG-6和TCG-6同时具备5种水解酶活性，暗示其通过"酶解"病原菌细胞壁实现抑菌。

3.6 小麦促生与抗逆验证
在-1.5 MPa干旱胁迫下，接种TMG-15等菌株使小麦萌发率从对照的41%提升至78%。当同时面临干旱和镰刀菌侵染时，TII-19等菌株仍能维持71%的萌发率。更值得注意的是，接种菌株的小麦幼苗长度比对照增加4-8 cm，且F. culmorum的发病率降低50%以上。

结论与意义
该研究首次系统鉴定了古巴小麦相关芽孢杆菌的多重功能：通过产生抗菌代谢物（如蛋白酶、脂酶）直接抑制镰刀菌；借助EPS和生物膜增强干旱适应性；同时通过IAA、ACC脱氨酶等途径促进植物生长。菌株TMG-6、TCG-6、TII-10和TII-19展现出"一菌多效"的特点，为开发兼具生防和抗旱功能的微生物菌剂提供了优质种质资源。这项研究不仅为古巴本土小麦生产的可持续发展提供了解决方案，其研究范式也可推广至其他干旱和病害共发地区的作物生产体系。未来研究可进一步解析关键代谢物（如脂肽类）的结构与功能，并通过田间试验验证实际应用效果。