《Plant Science》：Deciphering the potential of biocontrol agents for managing mycotoxin in chickpea: Mechanistic insights and functional dynamics
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本研究针对鹰嘴豆镰刀菌枯萎病防治难题，探索了贝莱斯芽孢杆菌NBRI-SN13和迟缓芽孢杆菌NBRI-CHM12两种生物防治剂的协同作用机制。通过多组学分析发现，BCAs通过调控细胞壁水解酶（CWDEs）、激活抗氧化系统（SOD/APX/GPX/CAT）和重编程代谢通路（半乳糖/果糖代谢等），显著降低种子玉米赤霉烯酮（ZEA）含量77.3-77.5%，为绿色防控提供新策略。
在全球粮食安全面临挑战的当下，鹰嘴豆作为第三大重要豆类作物，其生产正遭受镰刀菌枯萎病的严重威胁。这种由尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）引起的土传病害，不仅造成高达90%的产量损失，更危险的是病原菌会在种子中积累玉米赤霉烯酮（zearalenone, ZEA）等霉菌毒素，通过食物链威胁人类健康。传统化学农药虽能短期控病，却会破坏土壤微生态平衡，形成恶性循环。面对这一困境，印度CSIR国家植物研究所的科研团队将目光投向了绿色可持续的生物防治策略。
在《Plant Science》最新发表的研究中，科学家们系统评估了两种芽孢杆菌属生物防治剂——迟缓芽孢杆菌Paenibacillus lentimorbus NBRI-CHM12和解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens NBRI-SN13的协同增效机制。通过为期两年的温室与微区试验，研究揭示了BCAs通过“土壤-微生物-植物”三级互作网络实现病害防控的完整路径：在土壤层面重构微生物群落，在植物层面激活免疫系统，在分子层面阻断毒素合成。
研究人员采用多组学联用技术解析调控机制。通过扫描电镜直接观察到BCAs对病原菌菌丝的溶解作用（图1），结合代谢组学发现CHM12主要激活果糖/葡萄糖代谢通路，而SN13偏好调控甘露糖/木糖代谢。实时荧光定量PCR分析显示，BCAs处理使细胞壁降解酶基因（PL/PME/PG）表达量降低0.5-0.7倍，同时将多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白（PGIP）基因表达提升4.79-6.55倍（图2）。这种基因层面的调控直接体现为生理指标改善——BCAs处理使病株的丙二醛（MDA）和过氧化氢（H22O2）含量下降30-70%，抗氧化酶活性提升38-54%（图3）。
尤为重要的是，研究首次在鹰嘴豆体系中证实BCAs对霉菌毒素的阻断效应。色谱分析显示，BCAs处理使种子ZEA含量从284.04 ng/g降至52.84-103.16 ng/g（图5），降幅达77.5%。这种毒素减毒与根际微生物群落重构密切相关：BCAs接种使土壤脱氢酶活性提升135-152%，β-葡萄糖苷酶活性增加49-139%，同时镰刀菌种群数量下降6.9-12.8%（表2）。
关键技术方法包括：①对峙培养与真菌生物量测定评估直接拮抗作用；②扫描电镜观察菌丝超微结构变化；③温室/微区双年定位试验验证防控效果；④GC-EIMS代谢组学分析防御代谢物；⑤qRT-PCR检测细胞壁降解酶基因表达；⑥土壤微生物群落与酶活性联测。
3.1 生物防治剂对尖孢镰刀菌的拮抗潜力
通过铁载体和几丁质酶等拮抗性状筛选，从164株细菌中优选出的CHM12和SN13菌株，对峙培养显示对病原菌抑制率达40-80%。电镜观察发现BCAs可引起菌丝畸形、细胞壁降解等超微结构损伤（图1）。
3.2 生物防治剂调控鹰嘴豆-病原菌互作
组织化学分析显示BCAs有效抑制病原菌在根维管束的定殖（图2）。酶活检测发现BCAs使果胶裂解酶（PL）和纤维素酶（CEL）活性降低37-86%，转录组数据证实相关基因表达显著下调。
3.3 生物防治剂重塑植物防御和ROS清除系统
BCAs处理使病株发芽率提升33.43%，叶绿素含量增加314-333%。抗氧化指标显示H22O2和MDA含量降低32-70%，而过氧化物酶（GPX）活性提升38-54%（图3）。
3.4 生物防治剂调控形态指标
微区试验中BCAs使病害发生率从33.75%降至10.87%，单株荚数增加84-98%，产量提升157-163%（表1）。主成分分析表明生长参数与BCAs处理呈正相关。
3.5 生物防治剂调控代谢通路
代谢组学揭示CHM12激活果糖/半乳糖代谢，SN13诱导甘露糖/木糖代谢差异积累（图4）。通路富集分析显示16条代谢通路被显著调控，包括不饱和脂肪酸生物合成等。
3.6 生物防治剂维持土壤微生物平衡
BCAs接种使根际细菌/放线菌种群增加12-15%，土壤酶活性提升35-152%（表2）。主成分分析证实微生物参数与BCAs处理高度相关（图5）。
3.7 生物防治剂降低霉菌毒素
温室和微区试验一致表明BCAs处理使种子ZEA含量降低77.3-77.5%（图5），首次证实其在鹰嘴豆体系中的毒素阻控能力。
该研究通过多维度证据链揭示：两种BCAs通过“竞争-拮抗-诱导”三重机制，在根际微域形成不利于病原菌的生态环境，在植物体内激活系统抗性，在分子层面阻断毒素合成。其中CHM12更倾向于碳水化合物代谢调控，而SN13侧重脂质-多元醇通路，这种分工互补为开发复合生物农药提供理论依据。相比传统化学农药，BCAs在防控病害的同时能提升土壤健康指数，实现增产与质量安全双赢，为豆类作物绿色生产提供关键技术支撑。
