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抑制病原菌“幫手”：防控土傳病害的新策略

[所屬分類:行業動態] [發布時間:2021-11-16] [發布人:網站管理員2] [閱讀次數:] [返回]

抑制(zhi)病(bing)原菌“幫手”：防(fang)控土傳病(bing)害的新策略
作(zuo)者：韋中等來(lai)源：《國際微生(sheng)物生(sheng)態雜(za)志(zhi)》
山東拓普(pu)生物工程有限公司 //ljxinglong.com
根(gen)際微生(sheng)物群落構成(cheng)了抵(di)御土傳病(bing)(bing)原菌的第一道防(fang)線。迄今為止(zhi)，大多數研究都聚焦于根(gen)際微生(sheng)物如何直接(jie)抑(yi)制土傳病(bing)(bing)原菌的生(sheng)長。
近(jin)日發表于《國際微生物(wu)生態雜志》（ISME J）的(de)(de)研(yan)究成果顯示，番茄根(gen)際細菌群落對土(tu)傳(chuan)病(bing)原菌的(de)(de)“幫手(shou)”、而(er)不(bu)是(shi)病(bing)原菌本身的(de)(de)抑制作用(yong)發揮著主要決定作用(yong)。論文通訊(xun)作者、南(nan)京農(nong)業大(da)學資源與環境學院教授韋中認(ren)為，調控根(gen)際微生物(wu)組互(hu)作關系，抑制病(bing)原菌幫手(shou)的(de)(de)生長可能成為抵(di)御土(tu)傳(chuan)病(bing)害的(de)(de)新策(ce)略。
復雜的根(gen)際微生物(wu)群落
青枯菌是(shi)一種(zhong)典型的土(tu)(tu)傳病原菌，其引起的危害(hai)是(shi)世界最嚴重的土(tu)(tu)傳細(xi)菌性病害(hai)之一，目前缺少有(you)效的防(fang)控策略。論文作者、南京農業大學資環(huan)學院教授沈其榮告訴(su)《中國科學報》，利用(yong)(yong)根際有(you)益菌抑制土(tu)(tu)傳病害(hai)是(shi)近(jin)年來研究(jiu)的熱點，但有(you)益菌在田(tian)間(jian)應用(yong)(yong)的效果(guo)也時常不(bu)穩定，需要不(bu)斷完(wan)善相關理論和技術體系(xi)。
為什(shen)么(me)有益菌在實驗(yan)室或(huo)中(zhong)試環境下效果明(ming)顯，到了大田里(li)卻發揮(hui)不(bu)正常呢(ni)？韋中(zhong)認為，這在一定程(cheng)度上歸因于沒有充分考(kao)慮(lv)影響(xiang)土傳(chuan)病原菌生(sheng)長(chang)的根際(ji)微生(sheng)物間復雜的互作關系。
“根(gen)際(ji)(ji)微生(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)組(zu)成成分很重(zhong)要，更重(zhong)要的(de)(de)是(shi)了解這些(xie)組(zu)分之間的(de)(de)相互作用關(guan)(guan)系。正是(shi)這種互作關(guan)(guan)系反映(ying)出土(tu)(tu)壤根(gen)際(ji)(ji)微生(sheng)物(wu)(wu)群落的(de)(de)整體功(gong)能。有(you)什么樣的(de)(de)微生(sheng)物(wu)(wu)群落成員關(guan)(guan)系，就會有(you)什么樣的(de)(de)功(gong)能，從而影響(xiang)抵御土(tu)(tu)傳病(bing)害的(de)(de)結局。”韋(wei)中說。
論(lun)文作者、南京農業大學資環學院(yuan)教(jiao)授(shou)徐陽春(chun)說，已有(you)研究表明，一(yi)些土(tu)壤(rang)生物能夠促(cu)進(jin)病原菌的侵染，成為(wei)土(tu)傳病原菌在根際定殖(zhi)增長和入(ru)侵根系的“幫手”。
土壤(rang)中的(de)根結線蟲就是(shi)病原菌(jun)的(de)“幫(bang)手”之一。他們會對植物根部造成傷(shang)口，有利于病原菌(jun)的(de)侵入。
真(zhen)菌有(you)時也會成為病(bing)(bing)原菌的“幫手”。當土壤中缺(que)乏適宜(yi)的宿主，病(bing)(bing)原菌為了“保存實力”，就會誘導土壤中某些真(zhen)菌分泌孢(bao)子，自己躲在孢(bao)子里(li)“伺機出動”。
有(you)的細(xi)菌(jun)能(neng)分泌根際(ji)微生(sheng)物菌(jun)落的“公共(gong)必(bi)需品”，如(ru)能(neng)被細(xi)菌(jun)利(li)用的螯合(he)稀缺生(sheng)物有(you)效(xiao)鐵的鐵載體等。如(ru)果病原(yuan)(yuan)菌(jun)也能(neng)接收(shou)這些鐵載體獲(huo)取(qu)鐵素，那(nei)這些細(xi)菌(jun)就(jiu)會間接地“幫助”病原(yuan)(yuan)菌(jun)生(sheng)長(chang)。
那(nei)么此類幫手在防控土傳青枯病的(de)過程(cheng)中發揮著(zhu)什么樣的(de)作用呢？
在該研究中，他(ta)們的(de)關(guan)注點主要是(shi)根際(ji)(ji)微生(sheng)物群落(luo)中的(de)細(xi)菌(jun)。韋中介紹，他(ta)們檢測(ce)了青(qing)枯菌(jun)、其細(xi)菌(jun)幫(bang)手和(he)番茄根際(ji)(ji)細(xi)菌(jun)之間的(de)三(san)方互作關(guan)系。一種根際(ji)(ji)細(xi)菌(jun)可同時對青(qing)枯菌(jun)本身及其細(xi)菌(jun)“幫(bang)手”產生(sheng)影響(xiang)：根際(ji)(ji)細(xi)菌(jun)對青(qing)枯菌(jun)的(de)影響(xiang)稱為(wei)直接作用；而對青(qing)枯菌(jun)細(xi)菌(jun)“幫(bang)手”的(de)影響(xiang)稱為(wei)間接作用。
間接作用更具決定性
論文(wen)第一作者(zhe)、南(nan)京(jing)農業大學博士生(sheng)李梅介紹，他們從(cong)番茄根際微生(sheng)物群(qun)落中分(fen)離到160株細菌(jun)，其中有(you)26.9% 能顯著抑制青枯(ku)菌(jun)的(de)生(sheng)長，而50.6% 能顯著促進青枯(ku)菌(jun)的(de)生(sheng)長。
“它們分(fen)別是(shi)青枯菌(jun)(jun)的(de)細菌(jun)(jun)‘抑(yi)制(zhi)者’和(he)細菌(jun)(jun)‘幫手(shou)’。這些(xie)番茄根(gen)際細菌(jun)(jun)主要(yao)分(fen)別來自于(yu)變(bian)形菌(jun)(jun)門(men)、厚壁(bi)菌(jun)(jun)門(men)、擬桿菌(jun)(jun)門(men)和(he)放線菌(jun)(jun)門(men)等4個門(men)類。”李梅說。
盡管(guan)在每個門(men)中都發現(xian)了青(qing)(qing)枯(ku)菌(jun)(jun)(jun)的(de)抑制(zhi)(zhi)者和(he)幫手，但二者的(de)相對(dui)比(bi)例(li)(li)存在明(ming)顯的(de)門(men)級差異。例(li)(li)如，厚壁菌(jun)(jun)(jun)門(men)中，有(you)42.5%的(de)根際分離菌(jun)(jun)(jun)株對(dui)青(qing)(qing)枯(ku)菌(jun)(jun)(jun)的(de)生長有(you)顯著抑制(zhi)(zhi)作用，而在變形菌(jun)(jun)(jun)門(men)（49.1%）、擬(ni)桿菌(jun)(jun)(jun)門(men)（51.6%）和(he)厚壁菌(jun)(jun)(jun)門(men)（63.9%）中，均發現(xian)有(you)較(jiao)大比(bi)例(li)(li)的(de)根際細菌(jun)(jun)(jun)顯著促進青(qing)(qing)枯(ku)菌(jun)(jun)(jun)的(de)生長。
“這不是(shi)(shi)(shi)一(yi)(yi)個、兩個細菌幫(bang)手(shou)(shou)的(de)問題，而是(shi)(shi)(shi)一(yi)(yi)個很大(da)的(de)群體，它們都是(shi)(shi)(shi)病(bing)原(yuan)菌的(de)幫(bang)手(shou)(shou)。這讓我們思考，細菌幫(bang)手(shou)(shou)對于病(bing)原(yuan)菌來(lai)說(shuo)，不是(shi)(shi)(shi)專一(yi)(yi)的(de)、特異性的(de)關(guan)系，而是(shi)(shi)(shi)在根際微生(sheng)物之間普(pu)遍存在的(de)簡(jian)單合作關(guan)系。”韋中說(shuo)。
為了研究細菌(jun)幫手(shou)在防控土(tu)傳青枯病(bing)的(de)過程中(zhong)發揮的(de)作用，他們選(xuan)擇了兩株青枯菌(jun)的(de)細菌(jun)幫手(shou)Pi和(he)Mp。它們均(jun)能(neng)在離(li)體條件下顯著促進青枯菌(jun)的(de)生長，顯著提高青枯菌(jun)在番茄植株根際的(de)定殖能(neng)力，并可以提高番茄植株青枯病(bing)發病(bing)的(de)嚴重程度。
然后，他們從收集的160株根(gen)際(ji)(ji)細(xi)菌(jun)(jun)(jun)中選(xuan)擇了46個(ge)(ge)，它們對(dui)青枯菌(jun)(jun)(jun)的生(sheng)長有不同的直(zhi)接作用(yong)，包括(kuo)促進、抑制(zhi)和(he)無(wu)影(ying)(ying)(ying)響。他們檢測了這46個(ge)(ge)根(gen)際(ji)(ji)細(xi)菌(jun)(jun)(jun)分別對(dui)兩個(ge)(ge)細(xi)菌(jun)(jun)(jun)幫手(shou)Mp和(he)Pi生(sheng)長的影(ying)(ying)(ying)響，并將這些(xie)影(ying)(ying)(ying)響定義為根(gen)際(ji)(ji)細(xi)菌(jun)(jun)(jun)對(dui)青枯菌(jun)(jun)(jun)生(sheng)長的間接作用(yong)。
李梅(mei)介紹(shao)，當(dang)同(tong)時考慮(lv)每個(ge)根際細菌對青(qing)枯菌生(sheng)長(chang)的(de)(de)(de)直接(jie)(jie)(jie)(jie)作(zuo)(zuo)用(yong)和(he)間(jian)接(jie)(jie)(jie)(jie)作(zuo)(zuo)用(yong)時，發現(xian)(xian)其中16個(ge)根際細菌表(biao)現(xian)(xian)出正(zheng)的(de)(de)(de)直接(jie)(jie)(jie)(jie)作(zuo)(zuo)用(yong)和(he)正(zheng)的(de)(de)(de)間(jian)接(jie)(jie)(jie)(jie)作(zuo)(zuo)用(yong)，8個(ge)表(biao)現(xian)(xian)出負(fu)的(de)(de)(de)直接(jie)(jie)(jie)(jie)作(zuo)(zuo)用(yong)和(he)正(zheng)的(de)(de)(de)間(jian)接(jie)(jie)(jie)(jie)作(zuo)(zuo)用(yong)，30個(ge)表(biao)現(xian)(xian)出負(fu)的(de)(de)(de)直接(jie)(jie)(jie)(jie)作(zuo)(zuo)用(yong)和(he)負(fu)的(de)(de)(de)間(jian)接(jie)(jie)(jie)(jie)作(zuo)(zuo)用(yong)，38個(ge)表(biao)現(xian)(xian)出正(zheng)的(de)(de)(de)直接(jie)(jie)(jie)(jie)作(zuo)(zuo)用(yong)和(he)負(fu)的(de)(de)(de)間(jian)接(jie)(jie)(jie)(jie)作(zuo)(zuo)用(yong)。
“直接作用和間接作用都能夠在一定程度上(shang)影響青枯菌在離體條件下的生長、在番茄(qie)根際的定殖以及番茄(qie)植株的發病程度。”李梅說。
“但有(you)(you)趣的(de)是，間接作用比直接作用能(neng)(neng)在更大程度上解釋對(dui)青(qing)(qing)枯菌(jun)(jun)的(de)生長定殖(zhi)以(yi)及番茄植株(zhu)發(fa)病程度的(de)影響。所(suo)以(yi)，根際細(xi)菌(jun)(jun)對(dui)青(qing)(qing)枯菌(jun)(jun)細(xi)菌(jun)(jun)幫手的(de)抑制有(you)(you)可能(neng)(neng)可以(yi)間接限制青(qing)(qing)枯菌(jun)(jun)的(de)生長，并(bing)降低(di)青(qing)(qing)枯病的(de)嚴(yan)重程度。”韋中說(shuo)。
綜合(he)防(fang)治(zhi)：管理整個(ge)土壤微生物組(zu)組(zu)成
“從土(tu)傳(chuan)病(bing)害防(fang)控的角度考慮，我(wo)們(men)將聚焦于既能抑制青枯菌生長(chang)又能抑制其細(xi)菌幫手生長(chang)的根際細(xi)菌。”徐陽春認為(wei)，這種根際細(xi)菌可以有效壓(ya)制土(tu)傳(chuan)青枯菌。
他(ta)們構建了(le)一(yi)個(ge)模型來預測(ce)根際(ji)細菌(jun)對青(qing)枯(ku)菌(jun)的直接抑制(zhi)作用(yong)和間接抑制(zhi)作用(yong)對青(qing)枯(ku)菌(jun)生長定殖和青(qing)枯(ku)病嚴(yan)重程度的相(xiang)對影響。
結果(guo)發現，根際(ji)細菌(jun)對(dui)病原(yuan)菌(jun)幫(bang)手生(sheng)長的間接抑制(zhi)作(zuo)用(yong)比對(dui)病原(yuan)菌(jun)本身的直(zhi)接抑制(zhi)作(zuo)用(yong)更能預測病原(yuan)菌(jun)在體外(wai)的生(sheng)長情(qing)(qing)況、根際(ji)的定殖情(qing)(qing)況以及青枯病發病的嚴重程(cheng)度。
韋中介紹，總體策略就是要給根際微生物群(qun)落創造(zao)一(yi)個(ge)(ge)競(jing)爭制(zhi)衡性的(de)(de)環境。在這(zhe)種制(zhi)衡的(de)(de)環境下，根際細菌、病原菌的(de)(de)生長(chang)或行為都會受(shou)到相互制(zhi)約。這(zhe)有點(dian)像(xiang)人類(lei)的(de)(de)法(fa)治(zhi)社會，法(fa)律對(dui)個(ge)(ge)體有一(yi)定(ding)限制(zhi)，這(zhe)樣才能保障整個(ge)(ge)群(qun)體的(de)(de)利益最大化。
然而(er)，氣候變化、過度(du)濫用農藥(yao)、高(gao)復種指數等行為已經(jing)威脅土壤(rang)(rang)微(wei)(wei)生物的生存(cun)，從而(er)破(po)壞了(le)土壤(rang)(rang)中本來存(cun)在的微(wei)(wei)生物群(qun)落(luo)制衡環境，導致土傳(chuan)病害日益加重。
“只(zhi)有精準的(de)壓制致病菌(jun)，比如引入噬菌(jun)體或(huo)競(jing)爭性(xing)功能(neng)的(de)微生物(wu)(wu)來重構土壤微生物(wu)(wu)群落(luo)的(de)競(jing)爭性(xing)環境，提升根際群落(luo)總體的(de)免疫(yi)能(neng)力，才可(ke)能(neng)是(shi)解決這個問題的(de)重要策略。”韋中說。
因此(ci)，沈其榮建議(yi)，為(wei)了實現更好地(di)防控(kong)植(zhi)物(wu)土(tu)傳病害(hai)的(de)(de)爆發，需要改(gai)變一直以來(lai)只以病原(yuan)菌為(wei)重點(dian)(dian)的(de)(de)觀點(dian)(dian)，考慮通(tong)過管理整個(ge)土(tu)壤微生物(wu)組(zu)組(zu)成(cheng)的(de)(de)方式來(lai)尋找對病原(yuan)菌的(de)(de)綜合生物(wu)防治策略。（來(lai)源：中國科學報李晨）
相關論文信息：//doi.org/10.1038/s41396-021-01126-2

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