根际微生物增强了抗性诱导剂fTDP对烟草花叶病毒的抗病毒活性

《Biological Psychology》：Rhizosphere microorganisms enhance the antiviral activity of the resistance inducer fTDP against tobacco mosaic virus

fTDP通过调节土壤理化性质和根际微生物群落结构，显著增强烟草对TMV的抗性，筛选出8株具有抗病毒活性的细菌，其中6株通过诱导防御酶活性发挥抗性作用，构建的复合菌群与fTDP协同增效达51.5倍。研究揭示了生物农药通过微生物介导的协同作用机制抑制叶部病害的新途径。

　　植物根际微生物在农业生态系统中扮演着至关重要的角色，它们不仅影响土壤的健康状况，还与植物的生长和抗病能力密切相关。近年来，随着对生物农药研究的深入，越来越多的学者开始关注这些微生物如何与生物控制剂协同作用，以增强植物对病原体的防御能力。本研究聚焦于烟草植株的根际微生物群落如何与一种名为fTDP（融合TEER-降低蛋白）的生物农药相互作用，以抑制烟草花叶病毒（TMV）对叶片的侵害。TMV是一种广泛存在于农业生产中的植物病毒，其传播会导致严重的经济损失。传统的化学农药虽然能有效控制病害，但其对环境的负面影响以及对食品安全的威胁促使科研人员探索更环保、更安全的替代方案。而生物农药则因其对生态系统的友好性，逐渐成为研究的热点。

本研究通过高通量测序技术（包括16S rRNA和ITS测序）以及定量逆转录PCR（qRT-PCR）方法，系统分析了fTDP对烟草根际微生物群落的影响。研究发现，fTDP的使用不仅能够改变土壤的理化性质，还能够恢复TMV破坏的根际微生物群落，并且在某些情况下，能够富集具有益处的细菌种类。同时，研究还揭示了根际微生物在增强fTDP抗病毒功能方面的重要性。研究人员从fTDP处理组的土壤中分离出8种可培养的细菌菌株，并通过实验验证了它们对TMV的抑制作用。其中，6种菌株被进一步组合成一个复杂的微生物联合体，与fTDP协同作用，显著提升了抗病毒效果。这一发现表明，根际微生物不仅能够通过自身作用抵御病原体，还能与生物农药形成协同效应，从而增强植物对病害的抵抗力。

在实验设计方面，研究人员采用了严格的对照措施，以确保实验结果的可靠性。他们设置了三个处理组：对照组（CV）在接种TMV后使用无菌水处理；实验组（TV）在接种TMV前使用fTDP处理；空白对照组（CK）则仅使用无菌水处理。通过对这些处理组进行比较，研究团队能够准确评估fTDP和根际微生物对TMV感染的抑制效果。此外，为了更全面地了解根际微生物与土壤理化性质之间的关系，研究人员还通过冗余分析（RDA）和相关性分析，探讨了土壤成分如何影响微生物群落的组成和多样性。研究结果显示，fTDP的应用显著改善了土壤中的氮素含量、pH值以及有机碳含量，从而为微生物的生长提供了更有利的环境。

从微生物群落的组成来看，实验组（TV）的细菌种类和数量明显高于对照组（CV）。这表明，fTDP的使用能够促进根际微生物的多样性，并可能通过增强某些有益菌的丰度来提升植物的抗病能力。例如，研究发现，TV组中某些有益细菌的丰度显著高于CV组，如链霉菌（Streptomyces）和伯克霍尔德氏菌（Burkholderia）。这些细菌通常被认为具有生物控制潜力，它们能够通过多种机制，如竞争性排斥、诱导系统性抗性（ISR）以及增强植物的防御酶活性，来抑制病原体的生长。与此同时，真菌群落的组成也发生了变化，实验组中某些有益真菌的丰度明显上升，如小曲霉（Talaromyces）和青霉菌（Penicillium）。这些真菌不仅能够促进植物的生长，还可能通过其代谢产物或与其他微生物的相互作用，间接增强植物的抗病能力。

在研究过程中，研究人员还对根际微生物的抗病毒活性进行了详细分析。通过半叶点接种法，他们评估了不同菌株对TMV的抑制效果。结果显示，8种菌株中，有6种表现出显著的抗病毒活性，而另外两种则具有病毒钝化效果。这些菌株能够通过增强植物的防御酶活性（如过氧化物酶、超氧化物歧化酶、几丁质酶和苯丙氨酸解氨酶）来提升植物对TMV的抵抗力。例如，XZN9菌株在第9天显著提升了过氧化物酶的活性，比对照组提高了281.07%；XZN2菌株则在第5天显著提升了超氧化物歧化酶的活性，达到245.14%的增幅；而XZN2菌株在第9天还表现出对苯丙氨酸解氨酶活性的显著提升，增幅高达1193.54%。这些数据表明，根际微生物不仅能够直接抑制TMV的传播，还能够通过增强植物自身的防御机制，提高其抗病能力。

此外，研究人员还评估了这些菌株对烟草生长的影响。结果表明，与使用无菌水的对照组相比，接种了这些菌株的烟草植株在生长高度和叶片面积方面均有所提升。例如，XZN2菌株在第21天的生长高度比对照组增加了16.11%，而HXC12菌株在第7至第14天的叶片面积比对照组增加了98.56%。这些结果表明，根际微生物不仅能够帮助植物抵抗病毒侵害，还能够促进其正常生长，从而在提高作物产量的同时增强其抗病能力。这种双重作用机制为生物农药的开发和应用提供了新的思路。

为了进一步验证根际微生物在抗病毒过程中的作用，研究人员构建了一个复杂的微生物联合体，并与fTDP进行了联合处理。实验结果表明，该联合体与fTDP共同作用时，能够显著增强对TMV的抑制效果。相较于单独使用fTDP或单一菌株的处理，联合处理组在TMV接种后的第五天表现出更强的抗病毒能力。这说明，根际微生物与生物农药之间可能存在协同作用，共同作用能够更有效地控制病原体的传播。然而，本研究也指出了一些局限性，例如在真菌方面的研究较为有限，未来可以进一步探讨真菌在抗病毒过程中的作用及其与fTDP的相互影响。

总体而言，本研究揭示了生物农药fTDP与根际微生物之间的相互作用机制。通过改变土壤的理化性质，fTDP不仅能够恢复被TMV破坏的根际微生物群落，还能够富集有益的微生物种类，从而提升植物的抗病能力。根际微生物在这一过程中起到了关键作用，它们能够通过多种方式增强植物的防御系统，如促进防御酶的活性、诱导系统性抗性以及与病原体竞争生存空间。此外，这些微生物还能够促进植物的生长，提高其对环境胁迫的适应能力。这些发现不仅为生物农药的开发提供了理论依据，也为农业可持续发展提供了新的方向。未来的研究可以进一步探讨根际微生物与生物农药之间的相互作用机制，以及如何通过优化微生物组合来提高抗病效果。同时，对真菌在这一过程中的作用进行深入研究，也有助于更全面地理解植物与微生物之间的复杂关系，为生物防治技术的发展提供更多的科学支持。