蜡样芽孢杆菌NEAU-ZGX24挥发性有机化合物抑制灰葡萄孢菌的 antifungal（抗真菌）活性及作用机制解析

本研究针对灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)引发的农作物灰霉病防治难题，从金银花(Lonicera japonica Thunb.)中分离出内生菌株Bacillus siamensis NEAU-ZGX24，首次揭示其挥发性有机化合物(VOCs)通过破坏线粒体功能、抑制糖代谢关键通路(如TCA循环)实现广谱抑菌(60.11-100%抑制率)，鉴定出戊酸、3-甲基丁酸等14种活性成分，为开发新型生物农药提供理论依据。

　　

灰霉病被称为"植物癌症"，由灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)引发的这种病害每年导致全球200多种经济作物损失高达100亿美元。传统化学农药虽能短期控制病害，却引发环境残留和病原菌耐药性双重危机。以草莓为例，灰霉病可造成30-50%的产量损失，而化学防治导致的耐药菌株比例已超过60%。这种背景下，中国东北农业大学的研究团队从药用植物金银花中发掘出一株具有革命性潜力的内生菌——Bacillus siamensis NEAU-ZGX24，其分泌的挥发性有机化合物(VOCs)展现出"隔空杀菌"的神奇效果，相关成果发表于《Microbiological Research》。

研究采用多组学联用技术：通过平板对峙实验评估抑菌率(54.1%)，利用透射电镜(TEM)观察线粒体超微结构变化，结合转录组学分析差异表达基因，并采用顶空气相色谱-离子迁移谱(HS-GC-IMS)鉴定出14种VOCs成分。体外抑菌实验选取6种植物病原菌(包括Fusarium graminearum PH-1等)，盆栽试验以番茄为模式植物验证防治效果。

【Isolation and identi?cation of strain NEAU-ZGX24】
从金银花组织分离的NEAU-ZGX24菌株通过16S rRNA测序鉴定为Bacillus siamensis，其产生的环脂肽iturin A和VOCs均具抑菌活性，但后者贡献率达75.3%。电镜显示VOCs处理后的灰葡萄孢菌菌丝出现线粒体数量锐减、嵴结构溶解等典型凋亡特征。

【Antifungal mechanism investigation】
转录组分析揭示VOCs显著下调灰葡萄孢菌的淀粉蔗糖代谢(ko00500)、戊糖葡萄糖醛酸转化(ko00040)等6条核心代谢通路。其中TCA循环(三羧酸循环)关键酶基因sdhB和idh表达量下降3.8-5.2倍，直接导致ATP合成受阻。这种"断能效应"解释了菌丝生长抑制(71.3%)和孢子萌发率降低(82.4%)的现象。

【VOCs composition analysis】
HS-GC-IMS鉴定出14种活性成分，包括3种关键抑菌物质：戊酸(pentanoic acid)、3-甲基丁酸(3-methylbutanoic acid)和庚酸乙酯(ethyl heptanoate)。这些短链脂肪酸能穿透细胞膜，通过降低胞内pH值(下降1.2个单位)破坏酶活性。盆栽试验显示，VOCs处理使番茄灰霉病发病率降低68.9%，病斑直径缩小76.4%。

该研究首次系统阐明Bacillus siamensis VOCs通过"代谢干扰-能量阻断"双途径抑制灰葡萄孢菌的分子机制。相较于传统芽孢杆菌依赖的iturin等非挥发性物质，VOCs具有空气扩散优势，单株菌释放的活性成分即可保护3m³空间。研究发现的戊酸类物质为开发新型熏蒸型生物农药提供了先导化合物，其广谱性(对Fusarium oxysporum抑制率达100%)尤其适合设施农业应用。作者团队正在优化VOCs缓释配方，预计可使草莓采后腐烂率从35%降至8%以下，这项技术已申请3项国家发明专利。