基于功能组学整合的长枝木霉生防效能提升策略研究

为解决木霉菌(Trichoderma)土壤定殖率低、次级代谢产物产量不足等问题，研究人员通过整合组学技术，发现长枝木霉Tr-8偏好纤维素碳源并激活聚酮合酶(PKS)基因表达，创新性地利用热灭活枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)作为环境诱导剂，使次级代谢基因表达提升65倍。结合小麦秸秆的联合处理使代谢产物产量提高1.5倍，显著增强对烟草青枯病的防治效果(提升14.3%)，为农业废弃物资源化利用和土传病害协同治理提供新策略。

　　

植物病害每年造成全球40%的农作物减产和超过2200亿美元经济损失，而传统化学农药带来的环境问题日益凸显。在这一背景下，利用木霉菌(Trichoderma)等有益微生物进行生物防治成为研究热点。然而，这些"土壤卫士"在实际应用中面临两大困境：一是难以在土壤中稳定定殖，二是抗菌活性物质产量受环境因素影响显著波动。如何破解这些瓶颈，让这些天然"植物医生"持续高效工作，成为农业可持续发展亟待解决的难题。

山东省重点研发计划和山东省自然科学基金资助下，研究人员选取具有强纤维素降解能力的长枝木霉(Trichoderma longibrachiatum)Tr-8为研究对象，通过整合基因组学、转录组学和代谢组学等多组学方法，系统解析了该菌株的碳氮源偏好与次级代谢调控机制。研究发现发表在国际期刊《Bioresource Technology》上的这项成果，创新性地将农业废弃物利用与微生物诱导技术相结合，为开发生物防治制剂提供了全新思路。

研究采用三大关键技术：一是通过纤维素酶活性测定和竞争性生长实验筛选高效菌株；二是运用整合组学分析碳源代谢与次级代谢的关联；三是建立热灭活芽孢杆菌诱导次级代谢的模型。特别值得注意的是，实验所用小麦秸秆来自当地农业废弃物，热灭活处理的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)菌株为常见生防菌种。

在"木霉菌株筛选与分子鉴定"部分，研究团队从保存菌种库中筛选出Tr-8菌株，其内切葡聚糖酶(0.1 U/mL)和木聚糖酶(0.2 U/mL)活性与工业常用菌株里氏木霉(Trichoderma reesei)相当。通过纤维素CF-11平板实验证实，该菌株能形成最大水解圈，表现出极强的木质纤维素降解能力。

"具有生物质降解和资源竞争能力的木霉菌株筛选"结果显示，Tr-8对纤维素类碳源具有特殊偏好。多组学分析揭示，这种偏好显著促进了聚酮合酶(Polyketide Synthase, PKS)基因簇的表达。更令人惊喜的是，热灭活枯草芽孢杆菌作为环境诱导剂，可激活微生物相关分子模式(Microbe-Associated Molecular Patterns, MAMPs)识别通路，使次级代谢基因表达量最高提升65倍。

在讨论部分，研究人员指出这一发现解决了木霉菌应用中的两个关键问题：通过小麦秸秆提供适宜碳源维持菌体生长，利用热灭活芽孢杆菌解除表观遗传沉默，激活生物合成基因簇(Biosynthetic Gene Clusters, BGCs)表达。实验证实，联合处理使抗菌代谢物产量提高1.5倍，土壤中木霉菌丰度增加1.2倍，对烟草青枯病的防治效果提升14.3%。

该研究的创新价值体现在三方面：首次揭示热灭活芽孢杆菌对真菌次级代谢的诱导作用；建立了"废弃物利用-菌株定殖-代谢激活"的整合调控策略；为开发低成本、高稳定性的土壤接种剂提供了理论依据。这些发现不仅推动了木霉菌生物防治的实际应用，也为农业废弃物资源化利用开辟了新途径，对实现绿色农业可持续发展具有重要意义。