双功能解淀粉芽孢杆菌在单作狐尾粟中能够促进自毒素的降解并抑制病原体的生长

《Biology and Fertility of Soils》：Dual-functional Bacillus amyloliquefaciens mediates autotoxin degradation and pathogen suppression in monocropped foxtail millet

长期连续种植的雀麦中，健康植株（HP）根系土壤通过解淀粉芽孢杆菌YD35抑制尖孢镰刀菌 wilt和自毒效应，其机制包括提高多酚氧化酶活性降解肉桂酸（80%活性增强）和分泌抗菌脂肽（如衣霉素A和芬吉菌素）。与患病植株（DP）相比，HP土壤病原菌丰度更低且生物量显著提升，其生长表现接近轮作对照（雀麦-玉米轮作）。研究提出双机制模型：作物招募关键益生菌降解毒素并定向抑菌，为持续种植提供天然解决方案，推进微生物组辅助的可持续农业发展。

　　

摘要

长期连续种植粟米（Setaria italica）通常会加剧Fusarium枯萎病和自毒作用；然而，在连续种植超过8年的单一种植田中，仍有一些健康的植株（HP）能够茁壮成长。我们假设这些健康植株的根际环境通过某种关键细菌的作用而具备了抑制病害的能力。在长期连续种植的田块中，健康植株的地上和地下生物量、每株植物的穗重以及每穗的谷粒重量都显著高于患病植株（DP）。健康植株在长期连续种植田块中的生长表现甚至与非连续种植田块（粟米-玉米（Zea mays L.）轮作）中的对照植株相当。与患病植株相比，健康植株的根际环境中F. oxysporum的数量较少，肉桂酸含量也较低，土壤浆液接种实验进一步证实了这种抑制作用。16S rRNA基因测序结果显示，健康植株的根际环境中Bacillus amyloliquefaciens（ASV1275）的含量显著高于患病植株（含量是其4.8倍）。从健康植株的根际土壤中，我们分离出了B. amyloliquefaciens YD35（与ASV1275的匹配度达到99.8%），接种YD35后可以降低枯萎病的发生率，并通过打破自毒作用与病原体的协同效应来增加生物量和根长。B. amyloliquefaciens YD35通过多酚氧化酶（活性提高了80%）降解肉桂酸，并在根际土壤中产生抗真菌脂肽（iturin A和fengycin）。因此，我们提出了一种双重机制模型：粟米通过招募B. amyloliquefaciens YD35来降解酚类毒素并发挥针对性的抗菌作用，从而在长期单一种植条件下实现病害的自然抑制。我们的研究结果为解决谷物重播病害问题提供了新的思路，并有助于推动微生物组辅助的可持续农业发展。