氧化还原预处理生物控制技术改变了干旱条件下番茄对镰刀菌枯萎病的抗性及金属平衡

《BMC Plant Biology》：Redox-primed biocontrol application reshapes Fusarium wilt resistance and metal homeostasis in tomato under arid conditions

　　

摘要

背景

干旱农业生态系统面临着土壤传播的病原体以及重金属污染日益严重的威胁，这些因素会共同破坏植物的氧化还原平衡、免疫功能及生产力。因此，亟需能够同时缓解生物性和化学性危害的创新策略。本研究探索了一种基于氧化还原机制的新方法，将盐酸多巴与根际细菌Bacillus safensis结合使用，以抑制Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici在干旱条件下的番茄生长，并调节土壤与植物之间的重金属动态。

结果

盐酸多巴对Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici具有强烈的浓度依赖性抗真菌活性，而与B. safensis结合使用时，其效果更为显著。温室实验表明，这种联合处理方式可使番茄枯萎病的严重程度降低约22%，而受感染对照组的病害严重程度则超过80%；同时还能促进植物生长、提高光合色素含量并增强细胞膜稳定性。从机制上看，该联合处理通过提升抗氧化酶——过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶以及苯丙氨酸氨解酶的活性来恢复氧化还原平衡，进而减少脂质过氧化、过氧化氢积累以及电解质泄漏现象。转录组分析显示，与水杨酸、茉莉酸、乙烯以及活性氧信号通路相关的防御基因被协同激活。在两个生长季的田间试验中，该处理方式均能持续抑制病害发生，强化根系结构，并显著提高作物产量。重要的是，该联合处理还改变了土壤与根部之间的重金属分布，减少了根部中非必需有毒金属的积累，同时确保了植物对必需微量元素的吸收。

结论

本研究证实，盐酸多巴是一种具有多重氧化还原活性的诱导剂，与B. safensis协同作用可有效抑制番茄枯萎病并稳定土壤中的重金属动态。这一综合策略为在干旱且易受危害的农业生态系统中保障番茄产量提供了一种可持续、环保的解决方案。