蔬菜内生细菌的毒力与促生长潜力评估及其在可持续农业生产中的应用

本研究针对蔬菜内生细菌在生物制剂应用中的潜在健康风险，通过评估其溶血性、抗生素敏感性、细胞毒性及促生长能力，筛选出非致病性且具有生物防治潜力的菌株（如Pseudomonas azotoformans和Enterobacter bugandensis），并利用mCherry质粒标记技术证实其在菠菜组织内的定殖能力。研究为开发安全高效的微生物接种剂提供了科学依据，对推动可持续蔬菜生产具有重要意义。

　　

在追求农业可持续发展的今天，如何减少化学肥料和农药的使用成为全球性难题。与此同时，生食蔬菜中潜在的内生病原体（如李斯特菌）引发的食品安全事件频发，暴露出对蔬菜微生物组安全评估的缺失。更令人担忧的是，部分具有促生长能力的内生细菌可能携带抗生素抗性基因或致病因子，通过食物链威胁人类健康。这一矛盾促使科学家们思考：能否找到既安全又能促进作物生长的理想菌株？

针对这一挑战，North-West University（南非西北大学）的研究团队在《Current Microbiology》发表了一项开创性研究。研究人员从蔬菜中分离出多种内生细菌，通过溶血实验、抗生素敏感性测试和HuTu-80人肠道细胞毒性实验筛选安全菌株，并创新性地采用mCherry红色荧光蛋白标记技术追踪菌株在菠菜体内的定殖动态。最终发现Pseudomonas azotoformans等菌株不仅无致病性，还能显著提升菠菜发芽率（98%）和生物量（干重增加13.3%），同时通过共聚焦显微镜首次直观呈现了细菌通过气孔侵入叶片的全过程。

关键技术方法包括：1）基于血琼脂和DNase培养基的毒力表型筛选；2）xCELLigence实时细胞分析系统量化细胞毒性；3）mCherry质粒（pLV-mCherry）标记与共聚焦显微成像；4）温室盆栽实验评估16S rRNA鉴定的菌株对菠菜生长参数（根长、叶绿素含量等）的影响。

主要研究结果

毒力特性筛选揭示生物安全界限
研究发现仅15%菌株表现β溶血活性，59%为非溶血性（γ型）。值得注意的是，Bacillus cereus和Serratia marcescens等促生长菌株对12种抗生素敏感（如链霉素），且其粗提物对Klebsiella pneumoniae等病原体具有抑制活性（MIC 0.5-2 mg/mL）。xCELLigence系统显示这些菌株的细胞毒性作用缓慢（>12小时），而高毒力菌株（如Bacillus mycoides）在0.17小时内即可杀伤细胞。

荧光标记破解定殖之谜
通过pLV-mCherry质粒转化成功构建红色荧光标记菌株，共聚焦显微镜观察到细菌密集定殖于菠菜叶片气孔周围（图2）。定量分析显示，接种P. azotoformans的菠菜根系长度（16.88 mm）和干重显著高于对照组，且定殖效率与促生长效果呈正相关。

双刃剑效应：生长促进与健康风险并存
虽然E. bugandensis和S. marcescens能提升叶绿素含量（78.97 mg/100g），但其促生物量效果弱于P. azotoformans。研究同时警示，33%的菌株具有DNA水解能力（DNase阳性），且部分Bacillus属菌株携带多重抗生素抗性（如对阿莫西林耐药）。

这项研究为微生物接种剂的开发建立了双重筛选标准：既要满足植物促生长（PGP）需求，又需通过毒力评估确保生物安全性。其创新价值在于：1）首次系统评估蔬菜内生菌的"致病-促生"双面性；2）建立mCherry标记技术在定殖研究中的应用范式；3）为叶菜类安全种植提供具体菌株资源（如OL634986号P. azotoformans）。未来需进一步开展田间试验验证菌株的环境适应性，并探索其代谢产物在医药领域的潜在应用。