可持续的冷等离子体技术能够有效抑制番茄种子中的番茄褐皱果病毒

《Physiological and Molecular Plant Pathology》：Sustainable Cold Plasma Suppresses Tomato brown rugose fruit virus in Tomato Seeds

番茄 Brown Rugose Fruit Virus（ToBRFV）种子经冷空气辉光放电等离子体（CAGDP）处理，3分钟剂量显著提升发芽率（92.3% vs 对照组78.5%）、叶绿素含量（22.1% vs 15.6%）及茎径（1.8 cm vs 1.2 cm），同时使病毒RNA拷贝数降低89.7%。联合次氯酸钠处理可进一步增强分子抑制效果。该技术兼具病毒钝化（RNA降解）与促生长特性，为种子消毒提供环保替代方案。

　　

Sahar Salami|Abozar Ghorbani|Mahsa Rostami|Abolfazl Mazandarani|Davoud Koolivand

伊朗赞詹大学农业学院植物保护系

摘要

番茄褐皱果病毒（ToBRFV）属于Tobamovirus属，具有高度传染性，由于其通过种子传播的特性以及缺乏有效的控制措施，对全球番茄生产构成了严重威胁。本研究探讨了冷空气辉光放电等离子体（CAGDP）作为一种高效、可扩展且环境友好的方法，用于管理番茄种子中的ToBRFV污染的潜力。实验设置了五个处理组：未经处理的番茄种子以及暴露于CAGDP 1至4分钟的ToBRFV感染番茄种子，这些处理可以单独进行，也可以与次氯酸钠结合使用。处理后的种子在温室条件下栽培，并对生长中的植株进行了病毒检测。通过关键生理和分子参数（包括发芽率、叶绿素含量、茎直径以及通过RT-qPCR测量的病毒积累量）来评估每种处理的效果。结果表明，3分钟的CAGDP处理显著提高了发芽率、叶绿素含量和茎直径，同时显著降低了病毒载量，这表明其在分子（RNA）水平上具有抑制作用，并且还具有促进生长的效果。此外，当与次氯酸钠结合使用时，CAGDP在分子水平上表现出抗病毒作用。分子检测表明，CAGDP能够促进病毒RNA的降解并延缓病毒复制，从而支持其激活植物防御反应的作用。总体而言，这些发现突显了CAGDP作为化学消毒剂替代品的前景，它同时具备抑制病毒复制和增强幼苗活力的双重优势。通过进一步优化和田间验证，CAGDP技术可以成为可持续番茄生产和更广泛种子健康管理的宝贵工具。

引言

番茄（Solanum lycopersicum L.）属于茄科植物，是全球最具经济价值的蔬菜作物之一，因其营养价值和健康促进特性而受到重视（Salehi等人，2019年）。番茄作物极易受到各种压力因素的影响，尤其是病毒病原体，这些病原体会严重影响产量并威胁全球粮食安全（Jones，2009年；Oladokun等人，2019年）。其中最紧迫的新兴病毒威胁之一是番茄褐皱果病毒（ToBRFV），这是一种高度传染性的Tobamovirus，首次在中东地区被发现（Ghorbani，2024年）。该病毒已在多个国家引发严重疫情，突破了商业品种的抗性，导致产量大幅下降（Esmaeilzadeh和Koolivand，2022b年；Zhang等人，2022年）。ToBRFV于2015年首次在约旦的温室番茄中被发现，此后成为全球番茄和辣椒作物的主要威胁（Salem等人，2023年）。它感染番茄和辣椒作物，导致果实严重变色和畸形，从而在温室和露天种植系统中造成产量损失（Esmaeilzadeh和Koolivand，2022a年；Rizzo等人，2021年）。该病毒通过机械传播、受污染的种子和农业工具高效传播，使得控制变得极为困难（Luria等人，2017年；Menzel等人，2019年）。尽管该病毒没有已知的昆虫媒介，但研究表明，常用于番茄授粉的大黄蜂（Bombus terrestris）在授粉过程中可以将病毒从感染植株传播到健康植株（Ghorbani等人，2021年；Ling等人，2022年）。

受污染种子作为初始传染源的关键作用得到了强调，因为ToBRFV可以通过种子传播，在种皮中存活，并在发芽过程中感染新生的植物（Davino等人，2020年；Samarah等人，2021年）。然而，目前的管理策略（如使用化学消毒剂和抗性品种）仍然不足。目前市场上没有完全抗ToBRFV的番茄品种，而且化学处理往往无法在不损害种子活力或环境安全的前提下根除病毒（Ghorbani等人，2021年；Ling等人，2022年）。因此，迫切需要创新和可持续的方法来灭活种子携带的病原体，同时保持种子质量。因此，开发一种不使用有害化学物质的安全、环保的方法来消除或灭活病毒可能具有重要意义。

冷等离子体技术作为一种有前景的、环保的非热处理方法，已被用于种子消毒和植物病原体控制（Adhikari等人，2020年；Thirumdas等人，2018年）。等离子体是一种电离气体，含有活性氧物种（ROS）、活性氮物种（RNS）、紫外线（UV）光子和带电粒子。它通过氧化破坏脂质、蛋白质和核酸来破坏微生物结构（Bourke等人，2017年；Filipi?等人，2019年）。与传统化学物质不同，冷空气等离子体不会留下有毒残留物，并且可以通过调节代谢途径来促进种子发芽和植物活力（Jiang等人，2018年；M?gureanu等人，2018年）。最近的研究表明，它对多种病原体（包括细菌、真菌和病毒，如烟草花叶病毒和辣椒斑驳病毒）有效（Filipi?等人，2021年；Hanbal等人，2018年）。然而，其在针对ToBRFV的应用，尤其是在种子处理方面的研究仍较少（Ochi等人，2017年）。

本研究探讨了冷空气辉光放电等离子体（CAGDP）在减少番茄种子中ToBRFV RNA积累以及改善温室条件下早期幼苗性状方面的效果。据我们所知，这是首次将CAGDP应用于ToBRFV感染的番茄种子，并将其与次氯酸钠结合使用，以评估病毒积累和早期幼苗性状的研究。

部分内容摘录

ToBRFV污染的样本制备和分子鉴定

为了调查潜在的ToBRFV感染情况，使用无菌技术从伊斯法罕省的温室中收集了具有症状的植物样本（包括整个植株及其根系）、周围的根际土壤以及商业品种‘SV 3725TH’的种子。样本立即被放置在温度控制的容器中，然后在受控条件下运输到实验室，并储存在-80°C下以保持其完整性，以便后续进行分子检测

分子鉴定和污染分析

在完成总RNA提取、第一链cDNA合成以及使用ToBRFV特异性引物进行RT-PCR扩增后，电泳分析显示成功扩增出了一个842 bp的产物，该产物对应于病毒外壳蛋白基因（图1）。这一分子确认结果在多次生物学重复实验中均一致，明确证实了测试番茄品种（SV 3725TH）中存在ToBRFV感染。目标扩增子的清晰可视化表明

CAGDP对ToBRFV感染番茄种子发芽的影响

在初步筛选过程中，番茄种子被暴露在CAGDP系统中，并在受控条件下评估其发芽情况。处理后的种子被播种在育苗盘中，并在标准温室条件下培养，发芽情况被监测了14天。值得注意的是，处理3分钟的种子（P3组）表现出最高的发芽率，甚至超过了未处理的对照组（图2）。这些结果表明，3分钟的CAGDP处理可能具有促进发芽的作用

结论

本研究表明，冷空气辉光放电等离子体（CAGDP）显著减少了由感染种子培育出的番茄植株中的ToBRFV RNA积累。3分钟的CAGDP处理在温室条件下一致提高了发芽率、叶绿素含量和茎直径。次氯酸钠与等离子体的联合使用进一步增强了病毒RNA的抑制作用和发芽效果，尽管单独使用等离子体时促进生长的效果更为明显。虽然这些结果

CRediT作者贡献声明

Abozar Ghorbani：撰写 – 审稿与编辑、监督、方法学、研究、概念化。Sahar Salami：撰写 – 原稿撰写、软件使用、方法学、研究。Mahsa Rostami：撰写 – 审稿与编辑、验证、软件使用。Davoud Koolivand：撰写 – 审稿与编辑、监督、概念化。Abolfazl Mazandarani：撰写 – 审稿与编辑、方法学

数据和材料的可用性

数据包含在手稿中。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。