内生芽孢杆菌防治马铃薯早疫病的生物潜力：一种可持续农业的绿色解决方案

本研究针对化学杀菌剂在马铃薯早疫病防治中引发的环境污染及病原菌抗药性问题，探索了内生芽孢杆菌（Bacillus spp.）作为生物防治剂的潜力。研究人员从健康马铃薯植株中分离出三株内生芽孢杆菌（B. velezensis FM-1、FM-10和B. subtilis FM-15），通过田间试验和体外抑菌实验证实其可显著降低早疫病发病率和严重程度，并提升植株生长指标及块茎产量。该研究为减少化学农药依赖、推动可持续农业发展提供了重要实践依据。

　　

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是全球重要的粮食作物，也是埃及农业经济的支柱之一。然而，由真菌Alternaria solani引起的早疫病（Early blight）严重威胁马铃薯生产，可导致超过80%的产量损失。长期以来，化学杀菌剂是控制该病的主要手段，但过度使用不仅引发病原菌抗药性，还造成土壤污染、生态系统破坏及农产品残留问题。因此，开发环境友好、可持续的病害管理策略成为当务之急。

在此背景下，生物防治作为一种绿色替代方案受到广泛关注。其中，内生细菌（Endophytic bacteria）因其能够定殖植物内部组织、直接抑制病原菌或诱导植物系统抗性（Systemic Resistance）而显示出巨大潜力。芽孢杆菌属（Bacillus spp.）尤其备受青睐，因其能够产生多种抗菌代谢物（如脂肽、挥发性有机化合物VOCs）、形成耐逆性强的芽孢，并促进植物生长。然而，针对马铃薯早疫病的内生芽孢杆菌防治研究尚不充分，其具体作用机制和田间应用效果仍需深入探索。

本研究发表于《Biological Control》，旨在评估三株内生芽孢杆菌（Bacillus velezensis FM-1、FM-10和Bacillus subtilis FM-15）对马铃薯早疫病的生物防治潜力，并解析其抑菌机制与生理调控作用。

研究人员通过以下关键技术方法开展研究：首先从埃及Beni Suef地区的健康马铃薯植株中分离内生细菌，并通过体外对峙实验筛选出对Alternaria solani具强拮抗活性的菌株；利用16S rRNA测序对候选菌株进行分子鉴定；通过挥发性有机化合物（VOCs）抑制实验和GC-MS分析解析代谢物组成；在连续两个生长季（2022–2023）进行田间试验，评估菌株对病害发生率、严重度及作物生长参数的影响；测定植物抗氧化酶活性（CAT、POD）、脂质过氧化产物（MDA）、脯氨酸及总酚含量以评估生理响应。

3.1. 体外拮抗活性

三株内生细菌均表现出显著的拮抗活性。其中，B. velezensis FM-1和FM-10对Alternaria solani菌丝生长的抑制率最高，达47.44%，B. subtilis FM-15为42.56%。抑菌效果与菌丝直径减小直接相关（FM-1和FM-10：4.73±0.25 mm；FM-15：5.17±0.29 mm）。这一结果证实这些菌株具有直接抑制病原菌的能力。

3.2. 田间病害控制效果

田间试验显示，所有细菌处理均显著降低早疫病发生率和严重度。在2022和2023季节，B. velezensis FM-1处理组的病害发生率最低（分别为15.44%和9.33%），与化学杀菌剂Topas 100 EC（19.44%和9.06%）效果相当。病害严重度评估进一步表明，FM-15处理在多次喷施后表现最佳（最低至3.41%）。此外，细菌处理还显著改善植株农艺性状，如株高、分枝数和块茎重量，其中FM-1处理的块茎产量最高（2023季达1372.25 g/株）。

3.3. 挥发性化合物的抑菌机制

通过VOCs抑制实验发现，FM-1产生的挥发性化合物能完全抑制Alternaria solani生长，FM-10和FM-15也可抑制90–95%。显微结构观察显示，经VOCs处理的真菌菌丝出现变形、增厚、原生质缩缩及孢子破裂等异常形态，表明VOCs通过破坏细胞壁和膜结构发挥抑菌作用。

3.4. 代谢物解析与抗氧化响应

GC-MS分析从FM-10中鉴定出26种具有生物活性的次生代谢物，包括脂肪酸、酚类和醛类化合物，如2,4-二叔丁基酚（3.92%）、棕榈酸（4.96%）和(Z)-二十二碳-9-烯腈（41.15%）。这些化合物兼具抗真菌、抗炎和抗氧化特性。生理指标测定表明，细菌处理显著降低感染植株的氧化应激水平：MDA含量（脂质过氧化标志物）和脯氨酸（应激指标）在FM-10处理中最低（分别为3 nmol/g和1 μmol/g），而抗氧化酶（CAT和POD）活性显著提升，表明菌株通过增强植物抗氧化防御系统缓解病害胁迫。

3.5. 菌株定殖与持久性

再分离实验显示，接种60天后，B. subtilis FM-15在植株体内的定殖频率最高（96.06%），表明其具有良好的环境适应性和持久性，为长期生物防治提供基础。

本研究通过多维度实验证实，内生芽孢杆菌B. velezensis FM-1、FM-10和B. subtilis FM-15能有效抑制马铃薯早疫病病原菌Alternaria solani，其机制涵盖直接拮抗（VOCs及代谢物抑菌）、诱导植物生理抗性（增强抗氧化酶活性、降低氧化损伤）及促进生长等多重作用。田间应用效果显著，不仅病害控制效果与化学杀菌剂相当，还能提高作物产量和品质。

该研究的创新性在于首次系统评估了埃及本土分离的内生芽孢杆菌对早疫病的综合防控潜力，并解析了其代谢物组成与生理调控机制。这些发现为减少化学农药依赖、推动可持续农业实践提供了理论依据和技术支撑。未来研究可进一步探索这些菌株的大规模生产工艺、复合菌剂开发以及在其他作物病害管理中的应用潜力。