基于白腐真菌发酵农业废弃生物质生产植物防御反应诱导剂的生物方法及其在作物保护中的应用

为解决化学农药对环境和健康的负面影响及病原菌抗药性问题，研究人员利用白腐真菌Phanerochaete chrysosporium发酵橙皮废弃物（PhaOP），开发出可诱导植物防御反应的热稳定诱导剂。该复合物通过激活JA（茉莉酸）依赖途径和吲哚化合物合成，显著增强拟南芥及茄科作物对灰霉病（Botrytis cinerea）的抗性，且不影响番茄产量，为可持续农业提供了新型生物防治策略。

　　

在农业生产中，真菌病害导致全球作物损失高达10%-23%，而传统化学农药的使用不仅威胁生态环境，还加速了病原菌抗药性的出现。灰霉病菌（Botrytis cinerea）作为典型的坏死营养型病原体，可侵染200多种植物，包括番茄、葡萄等经济作物，其防治主要依赖化学杀菌剂，但耐药性问题日益严峻。植物免疫诱导剂（如MAMPs和DAMPs）通过激活模式触发免疫（PTI）提供广谱抗性，但大规模生产面临成本高、工艺复杂等挑战。

为此，Erika Bellini团队在《Plant Stress》发表研究，提出了一种基于白腐真菌发酵农业废弃物的创新方案。该研究利用Phanerochaete chrysosporium发酵橙皮废弃物（OPW），生成富含寡聚半乳糖醛酸（OGs）和其他未知诱导因子的培养滤液（PhaOP），通过激活茉莉酸（JA）信号通路和吲哚代谢，显著增强植物对灰霉病的抗性。研究采用拟南芥突变体（如cerk1-2、coi1-1）和茄科作物（番茄、茄子、辣椒）为模型，结合qPCR、HPAEC-PAD（高效阴离子交换色谱-脉冲安培检测）和抗病表型分析，证实PhaOP的热稳定性和跨物种有效性。

研究结果显示，PhaOP处理使拟南芥灰霉病病斑面积减少50%，且三次重复处理效果更佳。分子机制分析表明，PhaOP诱导的防御反应包括JA依赖性基因PDF1.2表达上调（10倍）和非依赖性基因PAD3激活，且不依赖几丁质受体CERK1。值得注意的是，抗性在coi1（JA信号缺陷）和cyp79b2cyp79b3（吲哚合成缺陷）突变体中完全丧失，而在pad3（camalexin合成缺陷）和ein2（乙烯信号缺陷）中部分保留，提示JA和吲哚代谢（非camalexin）是抗性核心。此外，PhaOP在番茄、辣椒和茄子中均显著降低病害严重度（尤其茄子病斑减少最显著），且不影响番茄果实产量。

讨论部分强调，PhaOP的多组分特性（如真菌分泌的β-葡聚糖、橙皮衍生的OGs）可能通过协同作用激活多样化防御途径。与单一OGs诱导的camalexin依赖抗性不同，PhaOP更依赖JA信号，这为设计新型复合诱导剂提供了思路。研究还指出，利用农业废弃物（如橙皮）的固态发酵可进一步优化生产流程，符合循环经济原则。

该研究的突破在于将废弃物升级为高效作物保护剂，同时规避了传统诱导剂生产的酶解或强酸碱处理瓶颈。未来需明确PhaOP的关键活性成分及其在田间条件下的稳定性，但其跨作物有效性已为可持续农业实践提供了重要工具。