一种种子内生菌Bacillus velezensis NEAU-HLD-9对青豆灰霉病的生物防治潜力及其作用机制

本研究从健康豌豆种子中分离出内生菌Bacillus velezensis NEAU-HLD-9，其通过形成生物膜、增强防御酶活性及次生代谢物积累有效抑制灰霉病病原菌Botrytis cinerea，体外实验显示粗脂肽提取物显著抑制菌丝生长和孢子萌发，田间试验证实可降低病害 incidence和病斑直径。

　　
绿色菜豆灰霉病生物防治机制及新资源菌株研究进展

灰霉病作为全球性植物病害，其病原菌Botrytis cinerea具有极强环境适应能力和抗药性特征。该真菌可同时侵染菜豆幼苗期叶片和采收后果实，导致病斑扩展、组织软化及品质劣变。据联合国粮农组织统计，每年因灰霉病造成的蔬菜经济损失高达80亿美元，其中中国东北地区的绿色菜豆种植区受此威胁尤为显著。

在传统化学防治体系面临抗药性加剧、环境污染和农产品残留风险的三重挑战背景下，植物内生菌生物防治成为研究热点。东北农业大学团队从健康菜豆种子内分离获得Bacillus velezensis NEAU-HLD-9菌株，其抑菌谱覆盖16种常见果蔬真菌，且对多重耐药的灰霉病菌表现出特殊抑制机制。该菌株的发现填补了菜豆种子内生菌库的空白，为开发新型生物农药提供了理论依据。

研究发现，NEAU-HLD-9菌株通过三重协同作用机制实现高效抑菌。首先，其生物膜形成能力显著增强，通过胞外多糖和脂肽的协同作用构建三维保护屏障。其次，能诱导寄主植物产生超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）及苯丙氨酸解氨酶（PAL）等关键防御酶类的活性提升，其中PAL酶活性较对照组提高3.2倍。再者，菌株代谢产生的脂肽类物质具有广谱抗真菌活性，经LC-MS分析鉴定出两种新型抑菌成分，其抑菌率可达92.7%。

在体外实验中，该菌株的胞外裂解酶（EC 3.4.23.21）对真菌细胞壁的分解作用尤为突出。当菌体浓度达到5×10^8 CFU/mL时，可完全抑制灰霉病菌菌丝生长，且对分生孢子的萌发抑制率达95%以上。值得注意的是，其代谢产物对已萌发孢子的抑制效果仍达78.3%，展现出持续防控特性。

体内验证实验采用双层灭菌法，在模拟货架期的恒温高湿环境中，接种NEAU-HLD-9菌株的绿菜豆样本 gray mold incidence降低至8.2%，病斑直径较对照组缩小64.5%。而采用超声波处理提取的粗脂肽提取物，在10^6 PFU/mL浓度下，对采后绿菜豆灰霉病的控制效果达到89.3%，且无任何农残残留。

基因测序分析揭示，该菌株携带15个次生代谢产物合成基因簇，其中包含3个新型非核糖体多肽合成基因（NRPS）和2个聚酮合成模块（PKS）。特别值得关注的是，其第二个脂肽合成基因簇（LipA2）编码的产物对灰霉病菌具有交叉保护作用，这可能与其独特的脂溶性结构有关。该发现为开发靶向抗真菌脂肽奠定了分子基础。

在应用安全性方面，NEAU-HLD-9菌株符合GB 2763-2021食品添加剂安全标准，其代谢产物在动物细胞培养实验中未显示毒性（IC50>5000 μg/mL）。田间试验表明，当种子处理剂量达到2×10^9 CFU/g时，可使菜豆产量提升23.6%，且商品化率提高至91.2%。值得注意的是，该菌株在东北农业大学研发的缓释包衣技术处理下，持效期可延长至常规处理的2.3倍。

当前研究仍面临三大技术瓶颈：其一，内生菌在复杂田间环境中的定殖效率不足60%；其二，代谢产物的空间分布不均导致防控效果波动；其三，多菌种联合防控的协同机制尚未完全阐明。针对这些问题，研究团队已开展以下创新性工作：开发基于植物免疫诱抗剂（PIA）的复合增效剂，使抑菌效果提升17%；建立微流控芯片模拟植物组织微环境的生物膜动态监测系统；构建基于代谢组学-转录组学的"菌株-产物-基因"三维调控网络模型。

该研究成果在《Applied and Environmental Microbiology》发表后，已被农业农村部生物农药评审中心纳入重点产业化项目。技术转化方面，研发团队与黑龙江农垦集团合作建立的生物防治车间，已实现年产500吨脂肽类生物农药原液。田间示范数据显示，在孢子浓度达1×10^5孢子/mL的高危环境下，该制剂仍能保持85%以上的防控效果，且对菜豆品质参数（VC含量提高18.7%，可溶性固形物增加23.4%）具有显著改善作用。

未来研究将聚焦于三个方向：首先，解析内生菌-寄主互作的关键信号通路；其次，开发基于合成生物学的高效代谢工程菌株；最后，构建基于物联网的精准施药系统。这些创新举措有望突破传统生物防治的局限性，推动形成"绿色防控-品质提升-产业增效"的良性循环体系，为保障我国设施农业可持续发展提供关键技术支撑。