菠萝泛菌通过营养竞争和微生物群落重塑抑制水稻白叶枯病的生防机制研究

《Frontiers in Microbiology》：Mechanism of Pantoea ananatis in the biocontrol of rice bacterial leaf blight

本综述系统阐述了Pantoea ananatis（菠萝泛菌）在防治水稻白叶枯病（Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo）中的双重角色与生防机制。研究发现分离株ZJU1-ZJU18不仅具备溶解磷、产铁载体和合成吲哚-3-乙酸（IAA）等促生特性，还能通过营养竞争显著抑制Xoo在离体及活体条件下的生长（抑制率达95.14–97.92%），并重塑叶片微生物群落结构，为绿色防控提供新策略。

　　

1 引言

水稻白叶枯病由Xanthomonas oryzae pv. oryzae（Xoo）引起，是全球水稻生产的重大威胁。其发生受品种、生育期、地域及环境因素影响，病原菌通过伤口或水孔侵入，经木质部扩散，侵染叶片和叶鞘。高湿、暴雨和台风天气加剧病害传播。生物防治作为化学防治的可持续替代方案，具有生态安全、适应性强、对非靶标生物影响小等优势。在稻-Xoo病理系统中，Pantoea ananatis（菠萝泛菌）呈现病原与生防菌的双重角色，厘清其具体功能对病害治理至关重要。

2 材料与方法

2.1 菌株与试剂

从中国多地水稻病叶分离获得P. ananatis菌株ZJU1-ZJU18，以Xoo菌株C2、PXO99^A和N1为对照。使用胰蛋白胨大豆琼脂（TSA）和营养肉汤（NB）培养基进行培养，通过多位点序列分析（MLSA）、核心基因组系统发育和平均核苷酸一致性（ANI）鉴定菌株。

2.2 菌株特性测定

菌株表现出游泳运动性、溶解有机/无机磷、产铁载体和合成IAA等促生特性。甲基红（MR）试验阴性，VP试验阳性，未检测到接触酶、纤维素酶、蛋白酶和淀粉酶活性。

2.3 致病性评估

采用剪叶法和浸种法接种水稻叶片和种子，发现ZJU1-ZJU18在实验条件下不引发白叶枯症状，且对种子萌发无抑制。

2.4 生防活性检测

离体与活体实验表明，P. ananatis与Xoo共接种可显著降低病斑长度（抑制率95.14–97.92%），且该效果受接种比例、Xoo菌株及水稻品种影响较小。

2.5 机制探究

通过生长曲线、流式细胞术、共培养计数和叶内定殖量化，发现P. ananatis生长速率（0.140 h^?1）显著高于Xoo（0.063 h^?1），在氮限制（NL）和碳限制（CL）培养基中均占种群优势（>98%）。叶内共接种使Xoo定殖量减少96.78–99.00%，而Xoo感染反促进P. ananatis定殖（提高1.99–7.96倍）。

2.6 微生物群落分析

16S扩增子测序显示，Xoo感染降低叶片微生物群落丰富度和多样性，而P. ananatis接种恢复群落平衡，降低Xanthomonadaceae相对丰度，增强Enterobacteriaceae等有益菌群。

3 结果

3.1 菌株鉴定

ZJU1-ZJU18经16S rRNA、MLSA和ANI（与模式菌株LMG 2665^T一致性99.28%）确认为P. ananatis。核心基因组系统发育支持其单系起源。

3.2 生防与促生特性

菌株具溶磷（无机磷晕圈直径至3.23 mm，有机磷至22.33 mm）、产铁载体（晕圈直径至44.53 mm）和合成IAA（产量至172.78 μg/mL）能力。

3.3 营养竞争主导抑菌机制

双層平板中P. ananatis细胞及代谢物均未产生抑菌圈，但共培养时在NB、NL和CL培养基中均占种群优势（>90%），斑点试验显示其对Xoo的空间竞争抑制。

3.4 微生物群落重塑

主坐标分析（PCoA）表明P. ananatis对群落结构的影响强于Xoo，共接种处理（XP1/XP14）的群落相似性更接近单接P. ananatis（P1/P14），而非Xoo处理。

4 讨论

P. ananatis ZJU1-ZJU18不引起白叶枯症状，但通过营养竞争抑制Xoo定殖。Xoo感染可能通过抑制植物免疫（PTI）和提供营养泄漏，间接促进P. ananatis定殖。群落水平上，P. ananatis重塑微生物结构，缓解Xoo引起的生态失衡。其生防机制不依赖抗菌物质，而源于生态位竞争和微环境调控，为开发新型生防制剂提供依据。

5 结论

P. ananatis通过营养竞争和微生物群落调控抑制水稻白叶枯病，具备多重促生特性，在可持续农业中具应用潜力。后续需开展田间试验及生态风险评估。