利用噬菌体混合物与载体细菌的协同作用增强姜细菌性萎蔫的生物防治效果

《Microbiological Research》：Enhanced biocontrol of ginger bacterial wilt via phage cocktail and carrier bacteria synergy

　　

摘要

姜细菌性枯萎病是由茄科雷尔松菌复合群引起的破坏性土传病害，严重威胁全球姜类作物生产。本研究通过将广谱噬菌体混合物与噬菌体载体生物防治菌结合，开发出一种新的协同生物防治策略。针对该病原菌复合群设计的高效噬菌体混合物（pRS2401、pRS2405、pRS2406、pRS2410和pRS2411）在离体叶片试验中表现出比单一噬菌体更强的环境稳定性和裂解效率。此外，还选用了一种具有直接拮抗作用及促进噬菌体扩散功能的枯草芽孢杆菌BS1作为噬菌体载体，与噬菌体混合物共同使用。在土壤和盆栽试验中，这种组合展现出显著的协同效应，能大幅降低病原菌数量，改善植株健康状况，使姜的根茎重量接近正常水平。这些结果表明，将噬菌体与载体细菌结合使用，是一种有效且可持续的土传细菌病害防控策略。

引言

姜（学名：Zingiber officinale Roscoe）是一种重要的经济作物，主要用作调味品。它主要在中国中部、东部和南部地区种植（Huang等，2021）。在危害姜类的细菌病害中，由茄科雷尔松菌复合群引起的细菌性枯萎病是一种极具破坏性的土传病原体，目前正威胁着全球各地的姜类主产区（Dang等，2023）。该病原菌复合群包括茄科雷尔松菌、印尼亚种的罗尔斯顿菌、西里伯斯亚种的罗尔斯顿菌、伪茄科雷尔松菌以及烟草雷尔松菌，它们会通过根部伤口侵入植物体内，随后通过形成大量生物膜并分泌胞外多糖来堵塞木质部导管，最终导致典型的枯萎症状（Jiang等，2018）。该病原菌复合群的寄主范围极广，可感染200多种植物，其中包括番茄、烟草等重要经济作物，造成严重的经济损失。传统的防控方法，如化学杀菌剂和土壤熏蒸（溴甲烷类似物），其效果十分有限（疾病减轻率不超过40%）（Horita等，2023），同时还会对土壤微生物群落造成破坏，并产生长期的生态毒性影响。也有研究人员尝试利用蜡状芽孢杆菌来控制姜细菌性枯萎病，但其防控效果不佳，仅能将病情减轻37.03%（Sussanti等，2023）。这些局限性凸显出迫切需要寻找更为可持续、精准的替代方案。

噬菌体作为具有严格宿主特异性的专性细菌病毒，代表着一种新兴的生物防治手段。它们在农业生态系统中的自然含量极高（每克土壤中含103–10? PFU），且由于不存在对真核细胞的亲和性，具有很高的生物安全性，因此非常适合用于植物病原体的防控（Chekin等，2022）。近期研究已证实噬菌体对茄科作物中的该病原菌复合群具有显著防治效果，Wang等人通过三种噬菌体混合制剂，使番茄细菌性枯萎病的发病率降低了68–72%，在单季的温室和田间试验中，该药剂甚至可将疾病发生率降低80%（Wang等，2019）。Ramírez等人也发现，用两种噬菌体混合制剂处理香蕉后，能够100%防止茄科雷尔松菌的侵害（Ramírez等，2020）。尽管噬菌体混合物在其他作物上已显示出良好的防控效果，但在姜类作物上的应用尚未得到研究。同时，该病原菌复合群成分复杂，也为开发广谱噬菌体混合物带来了挑战。

与此同时，像贝莱森斯芽孢杆菌以及链霉菌属细菌这类生物防治菌也被广泛用于防治植物细菌病害（Zhang等，2024；Nguyen等，2024）。不过，这类生物防治菌的定殖能力相对较弱，且极易受到环境因素的影响（Zhang等，2025a；Zhang等，2025b）。在现代农业中，由于农药和化肥的大量使用，很难实现长期稳定的防控效果（Bardin等，2015）。最近，由于噬菌体混合物具有更广的寄主范围，能够克服生物防治菌单药使用时常见的抗性发展问题（Sabri等，2024），因此研究人员开始尝试将拮抗性细菌与噬菌体结合使用，以获得更好的生物防治效果（Xu等，2025；Zhang等，2025a；Zhang等，2025b）。鉴于该病原菌复合群能在土壤中长期存活，进而引发高度传染性的细菌性枯萎病，因此这类组合策略需要在姜类作物的根际环境中对其定殖效率以及长期病害抑制效果进行严格评估。

本研究针对引起姜细菌性枯萎病的茄科雷尔松菌复合群株系，开发了一种广谱噬菌体混合物，尤其着重研究了将其与噬菌体载体生物防治菌结合使用所带来的增效效果。在模拟的根际土壤环境中，这种噬菌体载体生物防治菌显著提升了噬菌体的迁移能力，使得在土壤深层区域检测到的噬菌体浓度更高。我们系统地评估了噬菌体混合物、噬菌体载体生物防治菌及其组合在防控该病原菌引起的姜类病害方面的潜力。研究结果表明，将针对该病原菌复合群的噬菌体混合物与噬菌体载体生物防治菌结合使用，是一种有效且新颖的姜细菌性枯萎病生物防治策略。

章节节选

病原菌株的分离与鉴定

该病原体是从山东省的病姜及种植土壤中分离得到的。首先将样品均质化，然后悬浮在无菌水中。接着对这些悬浮液进行系列稀释，之后将其涂布在茄科雷尔松菌选择性培养基上。那些中心为粉色、边缘为白色的菌落被分离出来并纯化，作为潜在的茄科雷尔松菌复合群株系（Imazaki和Nakaho，2010）。从姜田中分离得到的该病原菌复合群株系的基因组DNA是通过TIANamp试剂提取的。

茄科雷尔松菌复合群及噬菌体的分离

共分离出了5个菌株（RPB2、RSID2、RNC3、RNB1、RSIC1），并经确认为导致姜细菌性枯萎病的致病菌。这些菌株在茄科雷尔松菌选择性培养基上会形成独特的粉白色菌落，将其接种到姜植株上后，就会引发该病的典型枯萎和腐烂症状。不过，其中的两个菌株（RNB1、RSIC1）在姜叶的伤口处的感染力较弱，在盆栽试验中的定殖效果也不理想。因此，最终所使用的病原菌为

讨论

由茄科雷尔松菌复合群引起的姜细菌性枯萎病对全球姜类作物种植构成了持续威胁，尤其是在高温高湿的夏季，往往会导致疫情失控，造成巨大的经济损失。目前的防控措施，包括化学农药使用、培育抗病品种、抗生素治疗等，都存在诸多缺陷：比如会造成环境污染，实施周期较长，还会促使病原体产生抗性。

结论

在本研究中，我们以茄科雷尔松菌复合群作为宿主，分离出了5种高效广谱噬菌体（pRS2401、pRS2405、pRS2406、pRS2410和pRS2411），并将它们组合成了一种噬菌体混合物。该混合物表现出优异的环境稳定性和裂解效率，在离体姜叶试验中的效果明显优于单一噬菌体。随后，我们将噬菌体载体生物防治菌BS1与该噬菌体混合物结合使用，发现在多种试验环境下都能提升生物防治效果。

CRediT作者贡献说明

郭晓晓：验证工作、正式分析。 石青：初稿撰写、研究工作、正式分析、数据整理。 朱灿灿：初稿撰写、方法设计、研究工作、正式分析、数据整理。 金毅：审稿与编辑、方法设计、概念构建。 何晓青：方法设计、研究工作。 刘成：研究工作、正式分析。 杨阳：验证工作、研究工作。 金泽宇：研究工作、正式分析。

利益冲突声明

所有作者声明不存在任何利益冲突。

致谢

本项研究得到了中国国家自然科学基金（编号：32570128）以及中国国家重点研发计划（编号：2023YFF1304302）的资助。

Cancan Zhu|Qing Shi|Xiaoxiao Guo|Zeyu Jin|Yang Yang|Cheng Liu|Xiaoqing He|Yi Jin

北京林业大学生物科学与生物技术学院，中国北京