《Discover Plants》：Unraveling the roles of PGPR and endophytic bacteria as antagonists against fungal pathogens and mechanisms of disease resistance in crop plants
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植物促生根际细菌（plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR）和细菌内生菌（bacterial endophytes）通过营养获取、植物激素调控、逆境缓解和生物防治等途径改善作物表现。它们对真菌病原菌的拮抗作用源于多种
植物促生根际细菌（plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR）和细菌内生菌（bacterial endophytes）通过营养获取、植物激素调控、逆境缓解和生物防治等途径改善作物表现。它们对真菌病原菌的拮抗作用源于多种互补机制，包括对营养和定殖位点的竞争、铁载体（siderophore）介导的铁螯合、抗生作用（antibiosis）、脂肽（lipopeptide）和挥发性物质（volatile）的产生、水解酶（hydrolytic enzymes）、毒力因子的脱毒以及诱导系统抗性（induced systemic resistance, ISR）的激活。有效的ISR始于植物在质膜模式识别受体（pattern-recognition receptors）处对微生物信号的感知，并经由钙离子、活性氧（reactive oxygen species, ROS）和激酶信号传导，最终通向茉莉酸（jasmonic acid, JA）、乙烯（ethylene, ET）和水杨酸（salicylic acid, SA）相关的防御网络。培养条件、宿主基因型以及温度、水分、pH、盐度和养分有效性等环境变量强烈影响内生菌的回收、定殖和持久性。本综述将这些机制与依赖培养和不依赖培养的方法、可测量的植物生长和病害结果以及采前和采后的实际应用方法进行了整合。该综述还指出了对标准化接种体质量、菌株-宿主匹配、多环境验证和分子监测的需求，以将有前景的实验室拮抗菌转化为用于可持续作物保护的可信赖微生物产品。
论文主体内容总结
1 引言
内生菌（endophytes）是在其生命周期至少部分时间内定殖于植物内部组织而不引起可见病害的微生物。它们主要通过根系进入，气孔、伤口和生殖结构也可能作为进入途径，并占据细胞间隙或某些情况下的细胞内生态位。植物促生细菌可存在于根际、植物表面或组织内部，内生能力因此是一种功能性性状而非分类学范畴。与重复使用农药相比，经过充分表征的细菌接种剂可提供针对性的病害抑制，具有更低的化学残留和更少的环境负担，但其效果取决于定殖能力、持久性以及与宿主和常驻微生物群的相容性。本综述考察了细菌内生菌的多样性和回收、其对植物营养和生长的影响、其直接和植物介导的拮抗机制，以及它们在采前和采后真菌病害防治中的应用。
2 内生菌的多样性
与植物相关的内生菌包括细菌、真菌和放线菌。依赖培养和测序研究表明，细菌群落因植物种类、品种、器官、发育阶段和地点而异。常见报道的细菌属包括芽孢杆菌属（Bacillus）、假单胞菌属（Pseudomonas）、伯克霍尔德菌属（Burkholderia）、肠杆菌属（Enterobacter）、不动杆菌属（Acinetobacter）、节杆菌属（Arthrobacter）、鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、寡养单胞菌属（Stenotrophomonas）和链霉菌属（Streptomyces），而许多真菌内生菌属于子囊菌门（Ascomycota）。仅靠培养分离物的清单会低估群落多样性，因为标准培养基有利于快速生长的微生物，而排除了具有特殊营养、信号或宿主依赖性需求的类群。群落调查因此应区分已确认的培养分离物与仅通过不依赖培养方法检测到的扩增子序列变体或宏基因组组装类群。
3 依赖培养的回收、环境持久性和难培养内生菌
依赖培养的分离通常始于经验证的表面灭菌，随后对研磨的内部组织进行平板培养或富集培养。营养琼脂、胰蛋白胨大豆琼脂、R2A和King's B琼脂等通用培养基通常在约25–30 °C下培养24小时至7天；寡营养培养基和延长培养可回收生长较慢的细菌，低氮半固体培养基可富集固氮菌，而选择性培养基配合延长培养通常是放线菌所必需的。这些条件是实用的起点而非通用要求。培养基组成、氧状态、组织来源、培养温度和持续时间应对每个分离物进行报告，候选接种剂应在与其目标作物和环境相关的条件下重新测试。
植物体内的持久性受温度、土壤和组织水分、干旱、盐度、pH、养分和氧可用性、宿主基因型、发育阶段、农艺投入、病原压力和常驻微生物组内竞争的影响。干旱可重构根系细菌群落，通常富集单层壁菌（monoderm）谱系，而宿主基因型改变该响应的幅度和组成。产孢的芽孢杆菌（Bacillus）菌株通常比非产孢细菌更能耐受脱水和制剂胁迫，而假单胞菌（Pseudomonas）和肠杆菌（Enterobacter）菌株通常依赖主动定殖、分泌物利用和生物膜形成。存活声明应由随时间变化的活菌计数或菌株特异性分子追踪来支持，而非仅凭初始接种密度。
不依赖培养的16S rRNA基因谱分析、宏基因组学和单细胞方法一致揭示了常规分离物库中缺失的细菌谱系。这些包括酸杆菌门（Acidobacteriota）、绿弯菌门（Chloroflexota）、浮霉菌门（Planctomycetota）、疣微菌门（Verrucomicrobiota）和候选谱系中难培养或尚未培养的成员，尽管可培养性随宿主和方案而异。“不可培养”因此不应被视为永久性的分类学属性。大型植物相关培养物保藏库在使用多样化培养基和条件时已回收了根际微生物群的相当大部分，为将群落序列与可实验测试的分离物联系起来提供了途径。
4 内生细菌的植物促生活性
植物促生细菌通过固氮、溶解磷和其他矿物质、产生铁载体（siderophore）和有机酸来动员难利用的养分，从而增强养分获取。它们还通过吲哚乙酸（IAA）、细胞分裂素、赤霉素和ACC脱氨酶改变宿主激素平衡，从而影响根系构型并限制胁迫诱导的乙烯积累。这些功能可在盐度、干旱、金属毒性和病原压力下改善建植、生物量、矿质营养状态和产量。由于定性性状筛选不一定能预测植物表现，表1将代表性内生菌与所引用研究中报告的 measurable 生长、胁迫或病害结果相关联。表2总结了与内生菌拮抗作用相关的主要生物活性化合物。
5 生物防治机制
植物有益细菌内生菌通过直接拮抗和增强宿主防御能力来抑制病原菌。直接机制包括生态位和营养竞争、铁载体介导的铁限制、抗生素、脂肽（lipopeptide）、挥发性有机化合物（VOCs）、细胞壁降解酶以及病原信号脱毒或群体感应淬灭。间接保护包括局部免疫激活和系统 priming。结果取决于拮抗菌的丰度和空间分布、相关性状在植物体内的表达、常驻微生物组、宿主基因型和环境条件。表3总结了主要机制，表4列出了针对作物病害评估的代表性细菌内生菌。
6 抗菌代谢产物和抗生素
芽孢杆菌（Bacillus）和假单胞菌（Pseudomonas）物种产生化学多样的代谢产物，可抑制真菌、卵菌和细菌。证据充分的实例包括2,4-二乙酰基间苯三酚（2,4-diacetylphloroglucinol）、吩嗪（phenazines）、藤黄绿脓菌素（pyoluteorin）、吡咯菌素（pyrrolnitrin）、氢氰酸（hydrogen cyanide）和环状脂肽（cyclic lipopeptides）。这些化合物可破坏膜、损害孢子萌发或干扰病原代谢，其中若干还促进生物膜形成和根系定殖。表达具有菌株和环境依赖性；因此，生物合成基因的检测或抑菌圈应辅以代谢物分析和植物试验。
7 裂解酶
几丁质酶（chitinases）、β-1,3-葡聚糖酶（β-1,3-glucanases）、纤维素酶（cellulases）和蛋白酶（proteases）可削弱病原菌细胞壁、释放免疫原性片段并与抗菌代谢产物协同作用。产几丁质酶的芽孢杆菌（Bacillus）和假单胞菌（Pseudomonas）分离物已在体外和植物体内抑制镰孢菌（Fusarium）、丝核菌（Rhizoctonia）和腐霉菌（Pythium）物种。由于某些酶也可能影响非靶标生物，应在现实条件下评估酶活性、底物特异性和作物安全性。
8 植物感知、信号传导和诱导系统抗性
植物通过质膜上的模式识别受体复合物感知保守的微生物线索。实例包括通过FLS2–BAK1感知细菌鞭毛蛋白衍生的flg22、通过EFR–BAK1感知EF-Tu衍生的elf18，以及通过LYM/CERK1相关复合物感知肽聚糖片段。受体激活引发钙离子内流、BIK1依赖的RBOHD激活、瞬时ROS爆发以及重编程防御基因表达的MAPK和CDPK级联。有益微生物通常引发受控或瞬时反应，并可使远端组织在病原攻击后更快激活。PGPR介导的ISR通常以JA和ET信号为主，并具有情境依赖的SA–NPR1交叉对话。在拟南芥（Arabidopsis）中，MYB72和β-葡萄糖苷酶BGLU42将假单胞菌（Pseudomonas simiae）WCS417的根系定殖与缺铁反应和系统抗性联系起来。下游输出包括PR蛋白、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、过氧化物酶、几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶、酚类物质、胼胝质和木质素。
9 δ-内毒素的产生
苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）在孢子形成过程中产生伴孢晶体蛋白。Cry和Cyt蛋白在受体特异性和靶标范围上有所不同，其主要已确立的活性是杀虫而非抗真菌。因此，任何对真菌病害控制作用的提议都应与其营养细胞代谢产物、脂肽或植物免疫 priming 的效应区分开来，并由机制特异性证据支持。
10 铁载体产生
铁载体（siderophore）以高亲和力螯合三价铁，可在铁受限生态位中限制病原菌生长，同时改善相容植物或细菌的铁获取。杆菌素（bacillibactin）和荧光假单胞菌铁载体常与根际竞争能力和病害抑制相关。例如，枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）CAS15产生儿茶酚型铁载体，抑制多种真菌病原菌并促进辣椒生长。铁载体介导的效应应结合铁可用性、受体相容性和其他共产生的代谢产物来解读。
11 脂肽的产生
芽孢杆菌（Bacillus）物种产生的环状脂肽通常分为表面活性素（surfactin）、伊枯草菌素（iturin）和丰原素（fengycin）家族。其两亲性结构允许膜相互作用，而某些成员还支持运动性、生物膜形成和免疫激发。伊枯草菌素和丰原素尤其与抗真菌活性相关，而表面活性素通常有助于定殖和ISR。脂肽谱因菌株和培养条件而异，因此化学确认和剂量-反应测试对机制性声明很重要。
12 病原毒力的脱毒和破坏
有益细菌可通过酶促降解、螯合或信号干扰来中和病原毒力因子。成团泛菌（Pantoea dispersa）产生一种可脱毒白纹黄单胞菌毒素（albicidin）的酯酶，多种细菌可降解镰孢菌酸（fusaric acid）或N-酰基高丝氨酸内酯（N-acyl-homoserine lactones），从而降低毒素活性或群体感应依赖性毒力。此类活性不同于一般抗生作用，应使用纯化因子、明确的降解试验或适当的遗传突变体来证明。
13 内生细菌作为生物防治剂的应用
细菌拮抗菌可在采前通过种子包衣或 priming、浸根、移栽灌根、土壤或基质施用、滴灌施肥和叶面喷施来递送。采后递送包括浸蘸、喷施以及掺入可食用涂层或相容的包装系统。制剂必须在储存和应用期间保护细胞活力，同时允许在靶标组织上快速建植。因此应报告载体组成、接种浓度、时机、喷雾覆盖度以及与农药或肥料的相容性。图2比较了在病原挑战下有无保护性细菌接种剂的典型植物健康响应。
14 采前应用和病害抑制
采前接种旨在病原到达之前或期间建立拮抗菌。种子和根系处理有利于早期根际和内圈定殖，而叶面递送针对气传侵染位点。在芥菜中，选定的根际细菌抑制了链格孢（Alternaria）疫病并促进植物生长，证明了在拮抗和植物表现双重标准下进行筛选的价值。在其他作物中，内生芽孢杆菌（Bacillus）、伯克霍尔德菌（Burkholderia）和假单胞菌（Pseudomonas）分离物已减少由镰孢菌（Fusarium）、丝核菌（Rhizoctonia）、葡萄孢菌（Botrytis）和农杆菌（Agrobacterium）物种引起的病害。温室效果应在品种、土壤、接种压力和季节间验证，因为仅凭成功的平板拮抗并不能确立田间可靠性。
15 采后应用和病害抑制
由链格孢（Alternaria）、葡萄孢菌（Botrytis）、炭疽菌（Colletotrichum）、镰孢菌（Fusarium）、丛梗孢菌（Monilinia）、青霉菌（Penicillium）及相关真菌引起的采后病害降低了可销售产量并可能增加真菌毒素风险。保护性细菌可占据伤口、消耗限制性营养并在收获组织上产生抗真菌代谢产物。荧光假单胞菌（Pseudomonas synxantha）DLS65在核果上抑制了美澳型核果褐腐病菌（Monilinia fructicola）和褐腐病菌（M. fructigena），而若干芽孢杆菌（Bacillus）分离物及其培养滤液抑制了收获果实上的灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）。商业化开发需要一致病害降低、残留和感官安全性、与冷藏的相容性以及制剂足够保质期的证据。
16 结论与未来展望
PGPR和细菌内生菌为作物营养、胁迫耐受和病害控制提供了生物学多样化的工具箱。其效应源于相互作用的直接和植物介导机制，而非单一普遍性状。向可靠产品推进需要准确的分类学鉴定、标准化的培养和制剂数据、定量定殖测量、代谢物和基因水平验证，以及将促生与病害抑制分离的实验。不依赖培养的谱分析应与靶向培养相结合，以回收难培养成员并评估对常驻微生物组的影响。多点位、多季节试验、适当的化学和生物对照、阴性结果的透明报告以及非靶标和食品安全风险评估至关重要。将受体水平信号传导和防御基因与田间表型联系起来，将有助于识别在环境变异下保持效力的宿主-菌株组合，并减少对合成投入品的依赖。
