大豆是世界上重要的經(jīng)濟(jì)油料作物，但其在生長過程中極易受各種病害侵襲，嚴(yán)重影響其產(chǎn)量及品質(zhì)。其中，大豆鐮刀菌根腐病是世界范圍內(nèi)大豆生產(chǎn)面臨的重要病害之一，在大豆的整個(gè)生育期內(nèi)均可發(fā)生。

近日，齊齊哈爾大學(xué)生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人王芳團(tuán)隊(duì)篩選出一種優(yōu)秀菌株，能夠防控病害與促進(jìn)生長，為大豆鐮刀菌根腐病的生物防治提供了新思路。研究成果日前在線發(fā)表于《生物技術(shù)通報(bào)》。

大豆鐮刀菌根腐病發(fā)病率高

“大豆鐮刀菌根腐病是一種由鐮刀菌屬真菌引起的土傳病害，從大豆苗期至成株期均可能發(fā)生?！蓖醴冀榻B，這種病害嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊憘?cè)根，阻礙大豆結(jié)莢、造成籽粒發(fā)育不良，導(dǎo)致減產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大豆鐮刀菌根腐病在大豆產(chǎn)區(qū)的發(fā)病率普遍較高，重病地塊發(fā)病率可達(dá)80%以上，嚴(yán)重影響大豆產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

然而，大豆鐮刀菌根腐病的防治面臨諸多難點(diǎn)。王芳說，該病害的病原菌種類多樣，包括尖孢鐮刀菌、禾谷鐮刀菌等多種鐮刀菌屬真菌，且這些病原菌在土壤中腐生能力強(qiáng)，難以徹底根除。該病害的發(fā)生還受多種環(huán)境因素影響，如土壤溫度、濕度、耕作方式、播種深度等，增加了防治的難度。此外，大量使用化學(xué)殺菌劑不僅成本高，還可能破壞土壤生態(tài)平衡，導(dǎo)致病原菌產(chǎn)生耐藥性，進(jìn)一步加劇防治的復(fù)雜性。

近些年，利用芽孢桿菌等土著微生物的拮抗特性抵御植株病害，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)病害防治的新策略。

王芳說：“很多生活在植物根部的根際微生物，就像是植物的貼身保鏢，不僅能幫植物吸收營養(yǎng)、強(qiáng)健根系，還能在植物面臨病菌侵襲或環(huán)境壓力時(shí)挺身而出?！毖挎邨U菌就是這些“隱形衛(wèi)士”的其中一員。

基于此，王芳團(tuán)隊(duì)致力于從大豆根基土壤中篩選出具有強(qiáng)拮抗特性的芽孢桿菌。

是“抗病衛(wèi)士”也是“營養(yǎng)專家”

兩年前，王芳團(tuán)隊(duì)深入齊齊哈爾市、黑河市大豆鐮刀菌根腐病發(fā)病區(qū)進(jìn)行病害樣本的調(diào)查取樣，從染病的大豆根部樣品中分離獲得46株菌株，最終篩選出5株菌株。

經(jīng)過一系列試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)其中一株編號為20-8的菌株展現(xiàn)出對多種鐮刀菌的強(qiáng)大拮抗能力，特別是對引發(fā)大豆鐮刀菌根腐病的主要病原菌——禾谷鐮刀菌的抑制效果尤為顯著。

通過16S rRNA序列分析、生理生化特性鑒定及形態(tài)學(xué)觀察，團(tuán)隊(duì)最終確認(rèn)這位“抗病衛(wèi)士”為暹羅芽孢桿菌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，利用菌株20-8的稀釋發(fā)酵液處理接種了病原菌的大豆植株，不僅成功將病情指數(shù)降低了32.64%，更實(shí)現(xiàn)了對大豆鐮刀菌根腐病達(dá)46.08%的防治效果。

為了進(jìn)一步探索菌株20-8的抗病機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)深入研究了不同濃度發(fā)酵液對禾谷鐮刀菌的影響。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，隨著處理時(shí)間的延長或發(fā)酵液濃度的增加，該菌株對病原菌的抑制效果愈發(fā)顯著——菌落直徑減小、菌絲生長受阻、孢子萌發(fā)率降低。一系列現(xiàn)象表明菌株20-8正通過分泌蛋白酶、纖維素酶、葡聚糖酶等拮抗代謝物，以及揮發(fā)性化合物，對病原真菌實(shí)施精準(zhǔn)打擊，破壞其細(xì)胞膜與細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，致其功能喪失、胞質(zhì)泄漏，最終走向凋亡。

值得一提的是，菌株20-8不僅是一位出色的“抗病衛(wèi)士”，還是“營養(yǎng)專家”，能促進(jìn)植物生長。它具備溶磷、溶鉀、固氮及產(chǎn)鐵載體的能力，可通過轉(zhuǎn)變土壤中營養(yǎng)元素的形態(tài)，提高植物根際養(yǎng)分的可利用性，為大豆生長提供源源不斷的動力。

王芳表示，菌株20-8能夠在大豆根際有效定殖，形成生物被膜，占據(jù)有利生態(tài)位點(diǎn)，在防控大豆鐮刀菌根腐病的同時(shí)，也為幼苗的茁壯成長創(chuàng)造了有利條件。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了根際微生物在植物健康生長中的關(guān)鍵作用，也為未來開發(fā)新型生物農(nóng)藥和植物生長調(diào)節(jié)劑開辟了新途徑?！澳壳斑@一研究成果已經(jīng)進(jìn)入田間試驗(yàn)階段?！蓖醴颊f。

大豆鐮刀菌根腐病的防治是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的任務(wù)，但王芳團(tuán)隊(duì)相信，生物防治將成為未來大豆病害防控的重要手段之一，為大豆產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供有力保障。