根瘤菌Bacillus velezensis P87增强了苦楝树的抗病性并促进了其生长

《Industrial Crops and Products》：Enhanced disease resistance and growth promotion in prickly ash by the rhizobacterium Bacillus velezensis P87

本研究发现枯草芽孢杆菌B. velezensis P87能通过分泌脂肽抑制尖孢镰刀菌F. solani的生长，并诱导刺槐系统性抗病反应。通过转录组学分析表明，P87激活了MAPK信号通路、植物激素信号转导和苯丙烷代谢通路，显著上调HST、COMT1、PAL等防御相关基因表达，同时促进可溶性糖、蛋白质及木质素积累，有效减轻根腐病症状并促进植物生长。P87-BS处理使病害指数降低至15.35，控制效率达80.03%。该研究为刺槐根腐病的生物防治提供了新策略。

　　本研究聚焦于通过筛选和鉴定根际微生物来探索其作为生物防治剂的潜力，特别是针对引起刺五加根腐病的病原菌*Fusarium solani*。刺五加作为一种具有重要经济和文化价值的树种，广泛种植于中国及世界各地，其果实和根系具有较高的药用价值和食用价值。然而，根腐病的持续发生严重威胁了刺五加的可持续种植，导致产量下降和植株健康受损。传统防治方法如轮作、土壤熏蒸和抗病品种选择在长期种植周期和复杂环境条件下往往难以实施，而化学农药的滥用又带来了抗药性和环境污染等问题。因此，开发可持续的病害管理策略，特别是利用生物防治剂（BCAs）这一创新手段，显得尤为重要。

在研究过程中，我们从健康的刺五加植株根际土壤中分离出303株微生物，其中包括204株细菌和99株真菌。通过对抗菌活性的筛选，发现12株* Bacillus*菌株表现出显著的拮抗作用，其中* Bacillus velezensis* P87表现最为突出，具有稳定的抗真菌活性。进一步研究表明，P87能够通过产生脂肽类物质有效抑制* F. solani*的生长和孢子萌发，这些脂肽包括表面活性素A、iturin A、bacillomycin D和bacilysin。P87的这些特性使其成为一种具有广泛应用前景的生物防治菌株。

为了验证P87的拮抗活性，我们采用不同的培养基和培养时间进行实验，发现P87在特定培养基M6中表现出最强的抑制效果，且在培养5天时达到最佳的拮抗活性。此外，通过RT-qPCR技术，我们进一步分析了P87在不同培养时间下六种脂肽合成基因的表达水平，并发现这些基因的表达与拮抗活性之间存在显著正相关。其中，* SrfAC*、* ItuB*和* BacB*基因与拮抗活性的相关性最高，表明这些基因在P87的生物防治过程中发挥了关键作用。

在治疗效果方面，我们通过温室实验评估了P87对刺五加根腐病的防治效果。实验结果显示，P87的细胞培养液（P87-CF）和菌悬液（P87-BS）均能有效缓解根腐病症状，其中P87-BS表现出更优的防治效果。具体而言，P87-BS处理组的病害指数显著低于对照组，控制效率达到78.56%。此外，P87处理还显著降低了土壤中* F. solani*的密度，并减少了植株体内半乳糖苷酶和纤维素酶的活性，这表明P87不仅直接抑制了病原菌的生长，还通过增强植株的防御机制来减少病原菌对植株的侵害。

在保护效果方面，我们发现P87的预处理能够显著提高刺五加植株对根腐病的抵抗力。预处理后，植株的根系发育更加健全，叶片颜色更加鲜绿，叶绿素含量明显增加，表明P87促进了植株的生长。此外，预处理还增强了植株的防御酶活性，包括过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）和几丁质酶（CHI），这些酶在植物抗病过程中起着重要作用。同时，P87预处理还提高了植株体内的可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸和木质素的含量，进一步增强了植株的抗病能力。

通过转录组分析，我们揭示了P87诱导的系统抗性（ISR）机制。研究发现，P87处理显著激活了刺五加植株中与防御相关的基因表达，包括MAPK信号通路、植物激素信号传导和苯丙烷类生物合成等关键通路。这些通路的激活表明，P87能够通过调控信号传导和代谢途径，增强植株的抗病能力并促进其生长。此外，我们还发现，某些基因在P87处理后表达显著上调，而另一些基因则被抑制，这表明P87对植株基因表达的调控具有双向性，可能涉及复杂的基因网络。

在讨论部分，我们进一步分析了P87的生物防治机制及其在可持续农业中的应用潜力。研究表明，P87不仅能够通过脂肽合成直接抑制病原菌的生长，还能通过激活植物的防御机制来增强其抗病能力。此外，P87的预处理效果优于其治疗效果，这可能是因为预处理能够使P87优先定殖于根部表面，建立保护屏障，并减少病原菌的初始感染负荷，从而提高植株的系统抗性。未来的研究将聚焦于解析P87的特定抗真菌脂肽结构，并通过代谢组学和基因簇分析，结合CRISPR基因编辑技术，优化其抗真菌代谢产物的生产，以期建立更明确的剂量-反应关系。

综上所述，本研究揭示了* Bacillus velezensis* P87在防治刺五加根腐病和促进植株生长方面的潜力。通过优化发酵条件、深入理解其作用机制以及解析其基因表达谱，我们有望充分发挥P87的生物防治和生长促进功能，为刺五加的可持续栽培提供新的解决方案。这些研究成果不仅有助于改进土壤传播病害的管理策略，也为利用有益微生物资源提升树种健康水平提供了重要的科学依据。