Bacillus safensis NI2B通过挥发性化合物3-甲基戊酸抑制稻瘟病菌的机制研究及其生物防治应用

本研究针对稻瘟病（Pyricularia oryzae）对水稻生产的严重威胁，探索了内生细菌Bacillus safensis NI2B产生的挥发性有机化合物（VOCs）的抑菌机制。通过GC-MS鉴定出8种VOCs，其中3-甲基戊酸（3MP）首次在细菌中发现，能以31.25μL/L和5.26μL/L的浓度完全抑制菌丝生长和分生孢子萌发。扫描电镜和FDA/PI染色证实3MP通过破坏病原体细胞膜通透性发挥作用。幼苗实验显示3MP（1.0μL/L）可降低94%病害严重度且无药害，为开发新型生物熏蒸剂提供了理论依据。

　　

稻瘟病（Pyricularia oryzae）是水稻生产中的毁灭性病害，每年造成全球约300亿美元损失，威胁6000万人的粮食安全。传统化学杀菌剂因病原体抗药性和环境毒性问题亟待替代方案。日本岛根大学等机构的研究团队从Artemisia indica中分离出内生细菌Bacillus safensis NI2B，发现其挥发性代谢物能高效抑制稻瘟病菌。这项发表于《Phytopathology Research》的研究，首次揭示了3-甲基戊酸（3MP）作为新型生物熏蒸剂的潜力。

研究采用GC-MS鉴定VOCs成分，通过双培养皿法测定抑菌活性，结合荧光染色和扫描电镜解析作用机制。田间模拟实验使用水稻品种"越光"（Koshihikari）和稻瘟病菌株Naga 69-150（小种007）。

VOCs抑制菌丝与孢子活性
NI2B在TSA培养基中产生的VOCs使菌丝生长抑制率达100%，分生孢子萌发完全受阻（图2）。对比实验证实抑菌效果源于特定培养基诱导的挥发性代谢物。

新型抑菌成分鉴定
GC-MS分析发现8种VOCs，其中3MP（相对含量58.8%）、1-辛烯-3-醇（1O3O）和2,3-二氢苯并呋喃（2,3BF）为细菌中首次报道（附表1）。3MP的抑菌浓度较传统杀菌剂降低10-100倍。

膜通透性破坏机制
FDA/PI荧光显示3MP处理后的菌丝和孢子均呈现红色荧光（图6），表明细胞膜完整性丧失。电镜观察到5.26μL/L 3MP导致孢子严重皱缩（图7），证实其直接损伤细胞结构。

田间应用潜力
幼苗实验中，1μL/L 3MP使病害严重度降至4.1%，且无药害（图8）。而其他化合物在抑菌浓度下均导致叶片褐化，凸显3MP的应用优势。

该研究不仅发现新型抑菌分子3MP，更创新性地提出"挥发性生物熏蒸"防治策略。3MP通过多靶点作用破坏细胞膜，可规避单点突变导致的抗药性。其极低有效浓度（1μL/L）和植物安全性，为开发绿色农药提供了突破性候选物质。未来需进一步优化制剂稳定性，推动从实验室到田间的转化应用。