根际细菌几丁质酶对虾壳与真菌细胞壁几丁质聚合物的亲和性优化及其生物防治潜力研究

本研究针对番茄土传真菌病害防治需求，从根际土壤中筛选出高效降解真菌细胞壁几丁质的Achromobacter mucicolens PP8菌株。通过XRD分析揭示真菌几丁质(β-葡聚糖复合型)与虾壳几丁质(α型)的结晶度差异，采用RSM优化酶活条件，证实70 kDa的GH18家族几丁质酶对真菌几丁质更具亲和性。盆栽试验显示"Fusostat"菌剂可使番茄枯萎病严重度降低66.6%，为晚期维管束病害防控提供新策略。

　　

番茄作为全球重要经济作物，长期遭受土传病原真菌Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici（Fol）引起的维管束枯萎病威胁。传统化学杀菌剂不仅导致环境污染，更因病原菌抗药性增强而防治效果递减。有趣的是，真菌细胞壁主要成分几丁质（chitin）与甲壳动物外骨骼的几丁质虽同属α型，但前者与β-葡聚糖交联形成独特结构，这种差异能否被微生物几丁质酶（chitinase）特异性识别，成为开发生物农药的新思路。

研究人员从番茄根际土壤中分离到121株细菌，发现20.66%的菌株可降解虾壳几丁质，而仅12.39%能分解Fol真菌几丁质。通过X射线衍射（XRD）分析揭示：虾壳几丁质结晶度指数（CrI）达88%，而真菌几丁质仅39%，且前者晶体尺寸（11.76 nm）远小于后者（50.66 nm）。这种结构差异直接影响酶解效率——经响应面法（RSM）优化后，菌株PP8对真菌几丁质的几丁质酶活性指数达98 mg N-乙酰葡糖胺（NAGA）/mL，显著高于虾壳几丁质的78 mg/mL。

研究采用多组关键技术：通过XRD比较两种几丁质晶体特性；采用RSM优化温度（28-32°C）、pH（7.0-7.2）等酶活参数；SDS-PAGE鉴定70 kDa的GH18家族几丁质酶；盆栽试验以PKM1番茄品种评估"Fusostat"菌剂对Fol的防治效果。

3.1 几丁质酶产生菌的分离
从121株根际细菌中筛选出25株虾壳几丁质降解菌，其中PP8菌株（鉴定为Achromobacter mucicolens）的菌落/水解圈直径比仅0.61，显示最优酶活。

3.2 几丁质酶活性优化
真菌几丁质为底物时，粗酶在pH 6.6、28°C条件下2天即达最高活性（98 mg NAGA/mL），较虾壳几丁质活性提升25.6%。

3.3 体外抗真菌活性
PP8粗提物对Fol、Fusarium equiseti和Sarocladium sp.的抑菌圈直径达12-15 mm，显著优于对照（p<0.05）。

3.6 XRD分析
真菌几丁质的低结晶度（39%）证实其富含无定形β-葡聚糖，这可能是细菌几丁质酶优先识别的基础。

3.9 SDS-PAGE分析
梯度电泳显示70 kDa主带，归类为糖苷水解酶18家族（GH18），其稳定pH范围（5.8-10.95）优于植物源几丁质酶。

3.10 体内生防潜力
接种"Fusostat"的番茄植株枯萎病发生率降低至33.3%，而对照组100%发病，证明其在维管束病害晚期仍具显著防控效果。

该研究首次系统比较了根际细菌几丁质酶对两类几丁质的降解偏好性，揭示真菌细胞壁几丁质更易被微生物酶解的结构基础。研发的"Fusostat"菌剂突破传统生防菌在病害晚期失效的瓶颈，其70 kDa的GH18家族几丁质酶在pH 7.0-7.2、28-32°C条件下展现最佳活性，为开发靶向真菌细胞壁的生物农药提供理论依据。未来需通过纳米载体技术解决酶蛋白田间稳定性问题，推动其在农业可持续发展中的应用。论文发表于《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》。