《Plant Physiology and Biochemistry》：A combination of
Streptomyces and
Bacillus strains enhances the biocontrol efficacy against phytopathogenic diseases caused by
Sclerotinia,
Rhizoctonia,
and Fusarium
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本研究开发了一种新型多菌株生物防治菌剂（SF1+G2），通过将山药链霉菌（Streptomyces dioscori）SF1与蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）G2进行组合，该菌剂展现出优于单菌株制剂的协同效应。研究证实，SF1+G2对三种主要植物
本研究开发了一种新型多菌株生物防治菌剂（SF1+G2），通过将山药链霉菌（Streptomyces dioscori）SF1与蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）G2进行组合，该菌剂展现出优于单菌株制剂的协同效应。研究证实，SF1+G2对三种主要植物病原真菌——核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）、立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）和尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）具有广谱且高效的抗真菌活性，抑制率超过63%，该活性主要归因于挥发性化合物（volatile compounds）和蛋白质类代谢产物（proteinaceous metabolites）。与单一菌株相比，SF1+G2表现出增强的环境稳定性（对pH波动、温度胁迫和紫外线照射的耐受性），解决了单菌株生防菌剂的关键局限性。该复合菌剂整合了病害抑制与植物促生的双重功能，包括吲哚乙酸（IAA）生物合成、营养元素增溶（磷酸盐、钾）、固氮和铁载体（siderophore）分泌，同时改善土壤养分有效性。SF1+G2有效缓解了药用植物（如党参（Codonopsis pilosula）、当归（Angelica sinensis））的根腐病，并通过激活抗氧化酶（SOD、CAT、APX、POD）和减少氧化损伤，增强了菘蓝（Isatis indigotica）幼苗的胁迫抗性。
论文解读
一、研究背景与意义
作物生产持续面临生物胁迫（如真菌病害）与非生物胁迫（如干旱、盐碱）的双重制约，严重限制全球农业生产力。流行病学研究表明，在适宜条件下，真菌病害可感染70%–80%的易感植物群体，严重暴发时产量损失可达80%–98%。以根部入药的药用植物——党参（Codonopsis pilosula）、当归（Angelica sinensis）和黄芪（Astragalus membranaceus）——尤其易受根部病原菌侵害。党参根腐病主要由土传真菌尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）引起，当归根腐病由立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）导致，而镰刀菌枯萎病则严重威胁蒙古黄芪（Astragalus mongholicus）的产量。
传统上，无机肥料与化学杀菌剂的联合施用显著提高了作物产量。然而，病原菌耐药性的出现严重削弱了化学防治的长期效果，且长期依赖无机肥料对土壤健康、生物多样性、空气质量和人类健康产生不利影响。化学杀菌剂和肥料的残留物渗入地下水系统，造成周边生态系统的二次污染。因此，开发环境友好型策略以缓解生物和非生物胁迫对作物生产的有害影响至关重要。
多菌株生物防治菌剂（MSBCAs）是由两种或以上微生物菌株组成的联合体，与单菌株制剂相比，具有更优的环境稳定性和更强的土传病害抑制能力，同时表现出协同促进植物生长的效应。已有研究报道，包含深绿木霉（Trichoderma atroviride）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和出芽短梗霉（Aureobasidium pullulans）的三元微生物联合体能显著降低葡萄灰霉病菌（Botrytis cinerea）的活性；链霉菌（Streptomyces araujoniae）TN11和TN19联合体可在鹰嘴豆中诱导对镰刀菌枯萎病的系统抗性。然而，关于MSBCAs多样性及其病害抑制和促生机制的研究仍然有限。
本研究开发了一种新型多菌株生防菌剂SF1+G2，将具有抗真菌活性的山药链霉菌SF1与具有耐盐和抗旱胁迫能力的蜡状芽孢杆菌G2进行组合。两株内生菌均分离自同一寄主植物——甘草（Glycyrrhiza uralensis），这可能增强其相容性和协同功效，这是现有菌剂联合体中较少探索的特征。该研究为开发多菌株生防菌剂以改善胁迫条件下农业系统的作物生产力提供了科学依据。
二、主要技术方法
研究人员从甘草种子和根部中分离并鉴定出山药链霉菌SF1和蜡状芽孢杆菌G2，菌株保藏于中国普通微生物菌种保藏中心（CGMCC No. 23417和CGMCC No. 16671）。供试植物病原真菌核盘菌（分离自党参）、立枯丝核菌（分离自当归）和尖孢镰刀菌（分离自黄芪）由甘肃省农业科学院提供。研究采用的主要技术方法包括：（1）通过平板对峙培养法评估不同pH、温度和紫外线照射条件下菌剂的环境稳定性；（2）利用双向培养法测定SF1+G2对三种病原真菌的拮抗活性，并通过挥发性化合物分析和硫酸铵沉淀法鉴定潜在抗真菌物质；（3）采用离体根切片实验评估对党参、当归和黄芪根腐病的防治效果；（4）通过多种功能测定评估促生特性，包括IAA产生、ACC脱氨酶活性、胞外酶（蛋白酶、纤维素酶、几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶）产生、氨产生、固氮能力、磷酸盐/钾增溶和铁载体合成；（5）通过盆栽实验评估在病原菌挑战条件下SF1+G2对菘蓝（Isatis indigotica）幼苗生长的影响，并测定MDA含量、O2￣产生速率、可溶性蛋白、抗坏血酸（AsA）、电解质渗漏（EL）及抗氧化酶（SOD、CAT、POD、APX）活性，同时分析根际土壤速效氮、磷、钾含量。
三、研究结果
3.1 SF1+G2菌剂的环境稳定性
在不同pH条件下，pH 3.0时三种菌剂的抑制效果均下降，而在pH 4.0和5.0时，SF1+G2表现出显著强于SF1或G2的抑制作用。在pH 6.0、7.0、8.0和9.0条件下，SF1+G2的抑制率显著高于SF1。热稳定性测试显示，在60°C时SF1+G2的抑菌活性显著高于任一单菌株，在40°C、50°C、70°C和80°C时其抑制率也明显高于SF1。紫外线照射实验中，三种菌剂的抑制率随照射时间延长而下降，但在10分钟和25分钟照射后，SF1+G2的抑制率显著高于SF1或G2。这些结果表明SF1+G2在不同非生物胁迫下具有更强的稳定性。
3.2 SF1+G2的拮抗活性及潜在抗真菌物质
SF1+G2对核盘菌、立枯丝核菌和尖孢镰刀菌表现出显著的拮抗活性，抑制率分别为72.69±2.81%、68.29±1.61%和63.02±0.45%。挥发性化合物和蛋白质类物质均显著抑制三种病原真菌，其中挥发性化合物对核盘菌和立枯丝核菌的抑制率高于蛋白质类物质。这表明挥发性化合物和蛋白质类物质可能共同介导SF1+G2的抗真菌活性。
3.3 离体病害防治效果
病原真菌接种显著增加了党参、当归和黄芪根切片的腐烂率和病情指数，而SF1+G2预处理显著减轻了这些不良效应。SF1+G2对党参、当归和黄芪根切片的生防效力分别为88.89%、80.00%和78.57%，表明该复合菌剂能有效抑制病害发展，延缓症状出现并降低病害严重程度。
3.4 SF1+G2的植物促生特性
SF1+G2能够产生IAA和氨，具有固氮能力，可增溶无机磷酸盐和钾。此外，SF1+G2还产生ACC脱氨酶、蛋白酶、纤维素酶、几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶和铁载体，表现出多种植物促生功能。
3.5 SF1+G2的生防及促生效能
在盆栽实验中，病原菌单独接种显著抑制菘蓝幼苗生长，表现为株高降低、叶片黄化和根系发育受阻。而SF1+G2预处理显著改善了幼苗生长，且单独施用SF1+G2的对照组表现出增强的根系发育和更多侧根。SF1+G2对核盘菌、立枯丝核菌和尖孢镰刀菌的生防效力分别为70.45%、61.70%和64.87%。
3.6 抗氧化防御系统的激活
病原菌感染显著增加了菘蓝幼苗的MDA含量、O2￣产生速率和电解质渗漏（EL），而SF1+G2施用显著降低了这些氧化胁迫指标。SF1+G2在立枯丝核菌和尖孢镰刀菌感染下分别使可溶性蛋白含量增加15.19%和13.29%，在立枯丝核菌感染下使AsA含量增加453.29%。在抗氧化酶方面，SF1+G2在核盘菌、立枯丝核菌和尖孢镰刀菌感染下分别使SOD活性显著增加158.25%、56.87%和65.01%，同时CAT、APX和POD活性在相应病原菌挑战下也得到提升。
3.7 土壤养分有效性的改善
SF1+G2施用显著增加了不同条件下菘蓝盆栽根际土壤中速效氮（AN）、速效磷（AP）和速效钾（AK）的浓度，这可能归因于该菌剂产生有机酸和胞外酶以增溶不溶性磷酸盐和钾化合物，以及刺激养分矿化微生物群落。
四、讨论与结论
讨论部分指出，SF1+G2在不同pH、温度和紫外线照射条件下对核盘菌的抑制率显著高于单一菌株，表明复合菌剂具有更强的环境稳定性，这可能源于SF1与G2之间的协同互作，促进了生物活性化合物的产生。SF1+G2的广谱抗真菌活性与其产生的挥发性化合物和蛋白质类物质密切相关，其中ACC脱氨酶、蛋白酶、纤维素酶、几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶可能是主要的蛋白质类拮抗成分。SF1+G2产生的胞外酶（几丁质酶、纤维素酶和β-1,3-葡聚糖酶）有助于其内生定殖能力。该复合菌剂通过产生IAA、铁载体等促生物质增加根系表面积，促进定殖、养分和水分吸收。在抗氧化防御方面，SF1+G2通过同时增强非酶类（AsA和可溶性蛋白）和酶类（SOD、CAT、APX、POD）防御系统，建立全面的保护网络，清除过量活性氧（ROS），减少细胞膜氧化损伤，降低病害严重程度，最终促进幼苗生长。
研究结论：SF1+G2菌剂在不利条件下表现出显著优于单一菌株的稳定性，对核盘菌、立枯丝核菌和尖孢镰刀菌具有显著抗真菌活性，有效减少党参、当归和黄芪根切片的腐烂面积。其对病原菌的抑制可能由微生物产物介导，包括挥发性化合物、蛋白质类物质、铁载体和氨。SF1+G2还通过增强抗氧化酶活性和渗透调节物质水平，提高菘蓝的氧化胁迫耐受性，对寄主产生间接保护效应。综上，SF1+G2是一种兼具生物农药和生物肥料潜力的多功能生物制剂。未来研究将通过田间试验评估其实际应用性，通过生物活性代谢物鉴定明确活性化合物的化学性质，并通过整合多组学方法系统阐明生防菌剂-植物-病原菌互作的分子机制，进一步增强SF1+G2作为可持续作物保护和生产的转化潜力。
