健康棉花根系富集假单胞菌CTR8通过挥发性有机化合物抑制黄萎病并促进幼苗生长的机制研究

本研究针对棉花黄萎病(Verticillium wilt)防治难题，通过比较健康与患病棉花植株的内生细菌群落，成功分离出与抗病性显著相关的假单胞菌(Pseudomonas rhizophila CTR8)。研究发现该菌株产生的挥发性有机化合物(VOCs)能100%抑制大丽轮枝菌(V. dahliae)菌丝生长，关键活性物质为二甲基三硫化合物、2-十一酮和1-癸醇。盆栽实验证实CTR8通过激活JA/乙烯信号通路诱导系统抗性，使棉苗株高增加23.98-25.74%，干重提升34.86-42.89%，为生物防治提供了新策略。

　　

棉花被誉为"白色黄金"，但其生产长期遭受"棉花癌症"——黄萎病的威胁。这种由大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)引起的土传病害，能导致棉株维管束褐变、叶片萎蔫脱落，造成严重减产。传统防治依赖化学熏蒸和抗病品种，但面临环境风险和病原体适应性进化等挑战。在此背景下，利用植物内生菌进行生物防治成为研究热点，但关键功能菌株的筛选及其作用机制尚不明确。

西北农林科技大学的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表的研究，通过比较健康与患病棉花的内生菌群差异，锁定关键抗病菌株，揭示了其通过独特"化学武器"抑制病原体的分子机制。研究采用16S rRNA基因测序分析微生物群落，结合气相色谱-质谱(GC-MS)鉴定挥发性物质，通过体外抑制实验和盆栽验证，结合转录组测序解析分子机制。

研究结果首先显示，健康棉花根系的内生菌α多样性显著高于病株，其中变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)占比达80.85%和15.23%。通过机器学习分析锁定ASV_42（假单胞菌属）与抗病性高度相关，成功分离出100%匹配的CTR8菌株。基因组分析发现该菌含13个次级代谢产物合成基因簇，具有产铁载体、解磷和合成吲哚-3-乙酸(IAA)等促生长特性。

关键发现是CTR8产生的挥发性有机物(VOCs)能44.65%抑制病原菌生长，使菌丝皱缩并下调VdCYP1等毒力基因表达。GC-MS鉴定出618种化合物，其中二甲基三硫化合物表现惊人——10μL剂量即可100%抑制菌丝生长，2-十一酮和1-癸醇分别具有56.33%和13.67%抑制率。扫描电镜显示VOCs导致病原菌孢子塌陷、菌丝畸形。

盆栽实验证实CTR8的田间潜力：接种60天后，处理组棉苗较染病对照株高增加23.98-25.74%，干重提升34.86-42.89%，病害指数降低45.06%。根系分析显示CTR8显著促进侧根发育，这与激活植物激素通路相关。转录组揭示其通过上调OPR3、AOS等基因激活JA合成，同时调控生长素(AUX)、细胞分裂素(CRE1)和油菜素内酯(BRI1)信号通路，实现"抗病-促生"双效合一。

这项研究首次将健康棉花特有的微生物组特征与抗病表型直接关联，发现二甲基三硫化合物对黄萎病的完全抑制效应。其创新性体现在：揭示内生菌通过"挥发性化学武器"远程抑制病原体的生态机制；阐明JA/乙烯信号与生长激素通路的协同调控网络；提供可培养的微生物菌种资源。研究成果为开发基于VOCs的纳米制剂和微生物菌剂提供了理论支撑，对推进棉花绿色生产具有重要实践意义。未来研究可探索这些活性物质在田间条件下的稳定性，以及与其他农业措施的协同效应。