内生菌通过激活钙信号通路和应激响应特性增强甘蔗对黑穗病的防御机制

为解决甘蔗黑穗病（Sporisorium scitamineum, SS）导致的严重减产问题，研究人员通过内生菌Bacillus sp. QN2MO-1（BS）和Pseudomonas chlororaphis（PS）的协同应用，系统评估了其对甘蔗生理、形态及分子防御机制的影响。结果表明，BS和PS通过激活钙信号通路（CAMTAs）、上调抗氧化酶（SOD/CAT/POD）活性和应激相关基因（ScCAT1/SOD1/PR1.04），显著增强甘蔗抗病性，同时提升光合效率和生长指标。该研究为甘蔗病害的生物防治提供了创新策略，对农业可持续发展具有重要意义。

　　

甘蔗是全球重要的糖料作物，但其生产长期受到黑穗病（Sporisorium scitamineum, SS）的威胁，可导致高达50%的产量损失。传统防治方法效果有限，而化学药剂又可能引发环境问题。在这一背景下，中国热带农业科学院的研究团队创新性地利用两种内生菌——Bacillus sp. QN2MO-1（BS）和Pseudomonas chlororaphis（PS），探索了通过生物激活植物免疫系统对抗黑穗病的可能性。这项发表在《Current Plant Biology》的研究，不仅揭示了内生菌调控钙信号通路的关键机制，还为作物抗病育种提供了新思路。

研究团队采用多组学联用技术，包括qRT-PCR（实时定量PCR）分析基因表达、LI-6800光合仪测定生理参数、ELISA（酶联免疫吸附试验）检测植物激素（SA/JA），以及抗氧化酶活性测定（SOD/CAT/POD）。实验选用抗病品种中糖3号（Zhongtang3）和感病品种ROC22，通过盆栽和田间试验结合的方式验证内生菌效果。

3.1 表型评估
研究发现，BS和PS单独或联合处理均能显著恢复SS感染导致的生长抑制。联合处理组（BS+PS+SS）的株高、叶片数和根长在抗病品种中糖3号中恢复最显著，60天后株高比感病组提高14.5%，表明内生菌具有品种特异性增效作用。

3.2 生理特性
SS感染导致净光合速率（Pn）下降40%，而内生菌处理使Pn提升至32.06 μmol m^-2
s^-1
（ROC22）和36.06 μmol m^-2
s^-1
（中糖3号）。叶绿素含量测定显示，BS+PS处理组总叶绿素比感染组提高0.008 mg/g，证实内生菌能缓解病原体对光合系统的破坏。

3.3 氧化应激指标
病原感染使MDA（丙二醛）和H₂
O₂
含量激增，但BS+PS处理使中糖3号的MDA降低35%。抗氧化酶活性分析显示，CAT（过氧化氢酶）活性在联合处理组达到峰值，较对照组提升2.1倍，说明内生菌通过增强ROS清除能力减轻氧化损伤。

3.4 分子机制解析
基因表达谱揭示：

• 钙信号核心基因SsnpCAMTA5在两种品种中均显著上调，而SsnpCAMTA7/8仅在抗病品种中激活
• 防御基因ScCAT1和SOD1表达量在BS+PS+SS组达到最高，与抗氧化酶活性变化一致
• 水杨酸（SA）和茉莉酸（JA）含量分别提升1.8倍和2.3倍，激活了SAR（系统获得抗性）和ISR（诱导系统抗性）通路

这项研究首次阐明内生菌通过"钙信号-抗氧化-激素调控"三联机制增强甘蔗抗病性。从应用角度看，BS和PS的组合使用可使感病品种的生理指标恢复至健康水平的90%以上，且抗病品种表现出更显著的"防御基因启动效率"。该成果不仅为甘蔗黑穗病绿色防控提供了具体方案，其揭示的CAMTA基因调控网络更为作物抗病育种提供了新靶点。未来研究可进一步优化菌剂配方，并探索该策略在其他作物病害防治中的普适性。