植物提取物（大蒜、菊芋）与细菌发酵上清液（类芽孢杆菌、肠杆菌）对冬油菜真菌病害的生物防治

《Molecules》：Biocontrol of Fungal Pathogens of Winter Oilseed Rape (Brassica napus L.) Using Plant Extracts (Allium sativum, Helianthus tuberosus) and Bacterial Fermentation Supernatants (Paenibacillus, Enterobacter)

　　

专业术语翻译的摘要部分 冬油菜（Brassica napus L.）生产受到包括链格孢（Alternaria alternata）、芸薹链格孢（A. brassicicola）、灰葡萄孢（Botrytis cinerea）、茎点霉（Phoma lingam）和核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）在内的多种真菌病原体的制约，传统上使用合成杀菌剂如丙硫菌唑（prothioconazole）进行管理。本研究评估了两种植物提取物（大蒜，Allium sativum；菊芋，Helianthus tuberosus）和两种细菌发酵上清液（肠杆菌属 Enterobacter sp. 和类芽孢杆菌属 Paenibacillus sp.）在体外、温室和大田条件下（2022–2024年，两个地点：波兰Winna Góra和Rzeszów）对这些病原体的生物防治和生物刺激潜力。在体外，Paenibacillus sp. 上清液表现出最广谱和最强大的活性，对几种病原体，特别是 A. brassicicola 和 B. cinerea，其菌丝生长抑制效果与丙硫菌唑相当。大蒜提取物对 S. sclerotiorum 和 B. cinerea 最为有效，其效力随浓度增加而增强，并在10%浓度下达到完全抑制。菊芋提取物是对 P. lingam 最有效的药剂（抑制率88–92%，基本不依赖于浓度），而 Enterobacter sp. 显示出相对较窄的活性谱，对 B. cinerea 无测量活性，对 S. sclerotiorum 仅有微不足道的活性（在所有测试浓度下≤6%）。在温室中，所有四种生物制品均显著刺激幼苗生长，鲜地上部重量相对于未处理对照的增加超过100%；鲜根重表现出类似的趋势但不显著。在大田条件下，大蒜提取物和 Paenibacillus sp. 在多个试验点-年份中对 Phoma 茎溃疡病（Phoma lingam）和链格孢黑斑病（Alternaria spp.）提供了最一致且统计学显著的、有时可与杀菌剂Protikon 250 EC媲美的防效；另一方面，Enterobacter sp. 的效果更不稳定，菊芋提取物的效果居中。在两个季节中，Rzeszów 点的种子产量相对于未处理对照有所提高，但2023/2024季的 Enterobacter sp. 处理除外；而在Winna Góra 点则未见增产，千粒重不受处理影响。

论文解读文章

研究背景与目的

冬油菜是全球重要的油料作物，但其生产受到多种真菌病害的严重威胁，主要包括由链格孢属（Alternaria spp.）引起的黑斑病、灰葡萄孢（Botrytis cinerea）引起的灰霉病、茎点霉（Phoma lingam）引起的Phoma茎溃疡病以及核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）引起的菌核病。这些病害可导致巨大的经济损失，例如仅Phoma茎溃疡病在英国每年就造成超过5600万英镑的损失。目前，对这些病害的控制主要依赖合成杀菌剂，如三唑类的丙硫菌唑（prothioconazole）。然而，长期使用化学农药引发了环境残留、病原菌抗药性以及对非靶标生物毒性等担忧。因此，寻找和开发安全、高效的生物防治替代品成为可持续农业发展的迫切需求。基于此，本研究旨在系统评估两种植物提取物（大蒜和菊芋）和两种细菌发酵上清液（肠杆菌属和类芽孢杆菌属）对冬油菜主要真菌病害的生防潜力和促生作用。

研究方法概述

研究人员采用了从实验室到田间（in vitro→greenhouse→field）的多层次评价体系。首先，在体外实验中，通过含毒介质法测定不同浓度的生物制剂对五种目标病原真菌菌丝生长的抑制率。其次，在温室可控条件下，通过叶面喷施生物制剂，评估其对油菜幼苗生长发育的影响。最后，在2022至2024年间，于波兰的两个气候条件迥异的试验站（Winna Góra 和 Rzeszów）进行了为期两年的大田试验，采用随机完全区组设计，通过秋季和春季两次喷施，调查了各处理对Phoma茎溃疡病和链格孢黑斑病的田间防效，并测定了最终的种子产量和千粒重。数据采用方差分析（ANOVA）和Tukey‘s HSD事后检验进行统计分析，并通过三因素方差分析检验处理、地点和季节间的交互作用。

研究结果

2.1 测试生物制品的化学表征

化学分析显示，菊芋提取物的总酚含量（595.7 mg GAE/100 g）显著高于大蒜提取物（507.2 mg GAE/100 g），且菊芋提取物中含有单宁，而大蒜提取物则以大蒜素（allicin，83.3 mg/L）和白桦脂醇（betulin，275.1 mg/L）为主要特征成分。两种细菌发酵上清液的代谢指纹图谱差异显著：Enterobacter sp. 以上述甘油、2,3-丁二醇和乙酸为主，而Paenibacillus sp. 的代谢物谱更为多样，还含有乳酸、乙醇和琥珀酸。

2.2 体外实验结果

在体外，Paenibacillus sp. 上清液展现出最广谱和最强的抑菌活性，在1%浓度下对芸薹链格孢和灰葡萄孢的抑制率即达87.6%和89.1%，效果接近丙硫菌唑。大蒜提取物对核盘菌和灰葡萄孢效果突出，在10%浓度下达到100%抑制。菊芋提取物对茎点霉的抑制效果稳定且高效（88–92%），基本不受浓度影响。相比之下，Enterobacter sp. 的抑菌谱较窄，对灰葡萄孢无抑制作用，对核盘菌也仅在高浓度下有微弱活性（6.3%）。

2.3 温室实验结果

在温室条件下，所有四种生物制品均表现出显著的植物生长促进作用。与未处理对照相比，各处理均使油菜幼苗的地上部鲜重增加超过100%，株高和干重也显著增加。这表明这些生物制品除了直接的抑菌作用外，还具有生物刺激素的潜力。

2.5 大田试验结果

大田试验结果表明，生物制剂的防效受地点、季节和病害种类的影响。总体而言，大蒜提取物和Paenibacillus sp. 的表现最为稳定和优异。在Winna Góra点，这两个处理对Phoma茎溃疡病和链格孢黑斑病的防效在多个评估时间点与化学杀菌剂丙硫菌唑处于同一统计水平，尤其在秋季评估中表现突出。菊芋提取物虽然体外对茎点霉效果极佳，但在田间对Phoma茎溃疡病的防效却相对较弱，表明其田间持效性或稳定性可能存在问题。Enterobacter sp. 的防效波动最大，在某些情况下甚至与未处理对照无显著差异，但在Rzeszów点的春季评估中，其对链格孢黑斑病的防效曾一度显著优于丙硫菌唑。

在产量方面，产量的响应高度依赖于试验地点。在Rzeszów点，多数生物处理在两个季节均显著提高了种子产量，增产幅度可观。然而，在Winna Góra点，所有处理的产量均未能显著超过对照。千粒重这一指标在所有处理和地点均未受到显著影响，说明产量的增加可能源于每株结籽数等其他产量构成因素的提升。

讨论与结论

讨论部分指出，Paenibacillus sp. 上清液的广谱活性与其多样的代谢产物谱（如脂肽抗生素）相符，但强调其作为无细胞上清液，其作用机制可能不同于活菌接种。大蒜提取物对核盘菌和灰葡萄孢的强效活性与已有报道一致，但对链格孢的效果弱于部分前人研究，这可能与提取方法和菌株敏感性差异有关。菊芋提取物对茎点霉的体外特效性是一个新颖发现，但其田间防效不佳的原因尚不明确，可能与田间条件下的雨水冲刷或降解有关，而非简单的光解。Enterobacter sp. 对灰葡萄孢和核盘菌的无活性，暗示其关键抗真菌代谢物在所用发酵条件下未能积累。

研究结论部分明确指出，在大田条件下，尤其是大蒜提取物和Paenibacillus sp. 发酵上清液，能够提供与化学杀菌剂丙硫菌唑相当的、统计学上显著的Phoma茎溃疡病和链格孢黑斑病防效。三因素方差分析证实，处理效应显著，但处理与地点/季节之间存在显著的交互作用，表明生物制剂的相对表现会随环境变化。病害控制向产量转化的过程强烈依赖于地点。在Rzeszów点，生物处理显著提高了种子产量；而在Winna Góra点则未见增产。千粒重始终未受影响。综上，大蒜提取物和Paenibacillus sp. 是冬油菜综合保护计划中有前景的组成部分，但其增产效益取决于环境条件，需要在更多年份和地点进行验证才能提出可靠的农艺建议。