壳聚糖-银纳米颗粒与Bacillus tequilensis协同调控抗氧化通路和微生物组动态增强水稻纹枯病抗性

本研究针对水稻纹枯病(ShB)缺乏抗性品种和化学杀菌剂环境风险等问题，创新性整合壳聚糖-银纳米颗粒(Ag-NC)与Bacillus tequilensis开展纳米-生物杂交研究。结果表明联合处理(T2)使病害发生率降低90%，通过激活抗氧化防御系统(SOD/CAT/APX)、上调防御基因(OsPR1a/Chitinase)及重塑根际微生物组(促进Trichoderma/Bacillus)，为可持续病害管理提供新策略。

　　

水稻作为全球超过三分之二人口的主粮作物，其产量受到生物和非生物胁迫的严重威胁，其中由Rhizoctonia solani引起的水稻纹枯病(Sheath Blight, ShB)尤为突出，可导致高达50%的产量损失。由于病原体遗传变异性和数量性状位点(QTLs)依赖特性，目前缺乏有效抗性品种，农业生产主要依赖化学杀菌剂，但长期使用带来环境风险和病原体抗药性。面对全球人口增长和耕地减少的双重压力，开发可持续的病害管理策略迫在眉睫。

针对这一挑战，中国某研究机构团队在《Plant Stress》发表创新性研究，将壳聚糖基银纳米颗粒(Ag-NC)与Bacillus tequilensis结合，开发出纳米-生物杂交防治策略。研究通过温室盆栽实验，设置5种处理：T0(对照)、T1(仅病原菌)、T2(病原菌+Ag-NC+B. tequilensis)、T3(病原菌+B. tequilensis)和T4(病原菌+Ag-NC)，系统评估了植物生理生化指标、防御基因表达和根际微生物组变化。

关键技术方法包括：(1)采用16S rRNA/ITS扩增子测序分析根际微生物群落结构；(2)通过qRT-PCR定量防御相关基因(Chitinase/OsPR1a/OsWRKY6)表达；(3)测定超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)等抗氧化酶活性；(4)利用PICRUSt预测微生物代谢功能。实验土壤采自中国广东省稻田，水稻品种为黄华占(Oryza sativa L. cv. Huang Huazhan)。

3.1 植物对处理的响应
病原菌处理(T1)导致株高、生物量等生长参数下降>50%，电解质渗漏(EL)增加121%，而联合处理(T2)使病害严重度(DS)降至5.17%，接近对照水平。生化分析显示T2显著提升总叶绿素(44.2 μg/g FW)和蛋白质含量(25 nmol/g FW)，降低丙二醛(MDA)60%，表明其有效缓解了氧化损伤。防御基因表达分析发现，T2处理下OsPR1a、Chitinase和OsWRKY6表达量较T1降低，反映病原压力减轻。

3.2 微生物α多样性和丰度
细菌群落中，T2处理促进有益菌Trichoderma(增加15%)和Bacillus富集，而病原处理(T1)导致Ascomycota丰度下降50%。真菌α多样性未受显著影响，但T2特异性增加抗病相关属Talaromyces。网络分析揭示T2中Azospirillum-Magnetospirillum互作增强，可能促进氮铁循环。

3.3 微生物代谢重编程
PICRUSt分析显示T2显著上调糖酵解和氨基酸代谢途径，与植物生物量增加一致。值得注意的是，单独Bacillus处理(T3)促进厌氧发酵途径，可能通过限制氧气抑制病原菌菌核萌发。

4. 讨论与结论
该研究首次阐明Ag-NC与B. tequilensis协同作用的多重机制：(1)Ag-NC通过释放Ag⁺
和ROS破坏病原膜结构，壳聚糖则靶向结合真菌几丁质细胞壁；(2)B. tequilensis分泌几丁质酶等抗菌物质并竞争生态位；(3)联合处理激活植物系统抗性，上调PR蛋白和WRKY转录因子，同时重塑根际微生物组。

在应用层面，0.02 mg kg^-1
的Ag-NC剂量展现出理想的环境友好特性，较传统纳米材料(如ZnO-NPs)所需剂量(2-5 mg kg^-1
)降低两个数量级。研究创新性地平衡了病害控制与生态安全，为纳米农业化学品的可持续应用提供范式。未来需开展多季节田间试验，评估不同土壤类型下的长期效应，并优化纳米颗粒-微生物配伍比例以扩大适用作物范围。

该成果不仅为水稻纹枯病治理提供突破性解决方案，其"纳米-生物杂交"策略更可拓展至小麦赤霉病、玉米茎腐病等土传病害防控，对实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的零饥饿和负责任消费生产具有重要实践意义。