《Biological Control》：Biological control of
Bacillus licheniformis PR2 against Fusarium oxysporum and growth promotion of
Pinus strobus L. As an urban greening strategy
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本研究针对北美乔松（Pinus strobus L.）苗期易受尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）侵染导致死亡率高、化学药剂使用引发环境与健康风险的问题，开展了地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）PR2的生物防治与促生作用研究。结果表明，PR2菌株通过分泌几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶和蛋白酶等细胞壁降解酶，显著抑制尖孢镰刀菌孢子萌发（85.9%）和菌丝生长（61.5%），并产生植物激素IAA（108.9?mg/mL）促进幼苗根系发育。温室试验显示，PR2处理使幼苗存活率提升2.3倍，根颈直径和生物量显著增加。该研究为城市绿化苗木的健康生产提供了环保、高效的微生物替代方案，对可持续城市生态建设具有重要意义。
在城市绿化建设中，北美乔松（Pinus strobus L.）因其树形优美、适应性强且能有效净化空气颗粒物而备受青睐。然而，这种乔木在苗期极易受到土壤中尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）的侵染，引发猝倒病和枯萎，导致苗木大量死亡。传统防治依赖化学熏蒸剂（如氯苦）和化肥，但这些方法不仅 indiscriminately 杀灭土壤中有益微生物，破坏生态平衡，还会对人体健康造成威胁。随着生态环保意识的增强，开发既能有效控病又能促进植物生长的绿色替代技术成为当务之急。在此背景下，植物促生菌（PGPB）的应用展现出巨大潜力，其中地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）PR2 因其在其它作物上表现出的生防与促生双重功效而进入研究视野。本研究旨在系统评估 PR2 菌株对北美乔松苗期尖孢镰刀菌的抑制效果及其促生长作用，为城市绿化苗木的健康生产提供新策略。相关研究成果发表在《Biological Control》期刊上。
为达成研究目标，研究人员采用了一系列关键技术方法。首先，从表现枯萎症状的北美乔松幼苗根部进行病原真菌分离，并通过18S rRNA基因测序鉴定为尖孢镰刀菌。其次，在实验室条件下分析了PR2菌株的生长曲线及其分泌的细胞壁降解酶（几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶、蛋白酶）的活性动态。接着，通过硫酸铵沉淀法制备PR2的粗酶液，并评估了不同浓度粗酶液对尖孢镰刀菌孢子萌发和菌丝生长的抑制效果。同时，利用Salkowski比色法测定了PR2菌株产生植物生长素吲哚-3-乙酸（IAA）的能力。最后，在温室条件下设置了对照组、化学肥料处理组和PR2菌液处理组，进行了为期近两年的苗木培育试验，定期监测幼苗存活率，并在试验结束时测量了根颈直径以及地上部和根部生物量等生长指标。
3.1. 地衣芽孢杆菌PR2对尖孢镰刀菌的生物防治作用
3.1.1. PR2菌株的生长及细胞壁降解酶活性
研究显示，PR2菌株在PB培养基中培养7天时达到最大生长量（63.3 × 107CFU/mL）。其产生的几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶和蛋白酶活性均在培养第7天达到峰值，分别为88.1 U/mL、4.8 U/mL和33.1 U/mL，表明PR2在此时期具备最强的酶解潜力。
3.1.2. 粗酶液对尖孢镰刀菌菌丝生长和孢子萌发的抑制活性
PR2粗酶液对尖孢镰刀菌表现出浓度依赖性的抑制效果。在100%浓度下，对孢子萌发和菌丝生长的抑制率分别高达85.9%和61.5%。显微镜观察发现，高浓度粗酶液导致孢子细胞壁破裂、变形，菌丝出现肿胀、畸形等结构损伤。
3.1.3. 北美乔松幼苗的存活率
温室试验结果表明，PR2菌液处理显著提高了幼苗存活率。至2023年10月，PR2处理组幼苗存活率为83.3%，分别是化学肥料处理组（36.7%）和对照组（40.0%）的2.3倍和2.1倍。视觉对比显示，PR2处理幼苗长势旺盛，根系发达，而其他两组幼苗则表现出明显的生长不良和枯萎症状。
3.2. 地衣芽孢杆菌PR2对北美乔松幼苗的促生长作用
3.2.1. 吲哚-3-乙酸（IAA）的产生
PR2菌株能够分泌IAA，产量在培养第7天达到峰值（108.9 mg/mL）。IAA作为一种植物生长素，能有效促进根系发育，从而增强植物对水分和养分的吸收能力。
3.2.2. 北美乔松幼苗的生长参数
与化学处理组和对照组相比，PR2处理显著改善了幼苗的各项生长指标。PR2处理组的根颈直径（4.6 cm）、地上部干重（17.0 g）和根部干重（10.7 g）均显著高于其他两组。这表明PR2不仅通过抑制病原菌间接促进生长，还通过分泌IAA直接刺激了幼苗的生长发育。
本研究结论部分明确指出，地衣芽孢杆菌PR2通过产生细胞壁降解酶（几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶、蛋白酶）有效抑制了尖孢镰刀菌的侵染，并通过分泌植物激素IAA促进了北美乔松幼苗的根系发育和整体生长。讨论部分进一步强调，该菌株的生防机制在于其酶解作用破坏了真菌细胞壁的结构完整性，使其失去侵染能力；而其促生作用则源于IAA对根系的刺激效应，二者协同作用最终表现为苗木存活率和生长活力的显著提升。该研究成功验证了PR2菌株作为化学杀菌剂和肥料替代品的巨大潜力，为城市绿化中苗木的健康、环保生产提供了可靠的技术支持，对推动可持续城市林业发展具有重要意义。
