《Industrial Crops and Products》：Biocontrol efficiency and potential mechanism of
Bacillus subtilis GNRP-01A against
Astragalus mongholicus root rot
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本研究针对蒙古黄芪根腐病这一严重制约中药材生产的土传病害，从野生黄芪根际土壤中分离获得一株枯草芽孢杆菌GNRP-01A。通过全基因组测序、GC-MS分析和盆栽实验，系统解析了其生防效率与作用机制。结果表明，该菌株能产生表面活性素等多种抗菌代谢物和13种挥发性有机化合物（VOCs），其中2-十二酮、2-十三酮和6-甲基-2-庚酮对尖孢镰刀菌抑制率高达81.53%~91.86%；同时可显著上调植物系统抗性相关基因（AmCHI2、AmPAD4等）表达。该研究为开发黄芪根腐病绿色防控制剂提供了理论依据。
蒙古黄芪作为拥有2000多年药用历史的重要中药材，在呼吸系统疾病、免疫调节和心血管保护等方面具有显著药理活性。随着2023年被列入中国"药食同源"目录，其市场需求激增，规模化种植面积不断扩大。然而，由尖孢镰刀菌引起的根腐病已成为制约黄芪产业发展的关键瓶颈，重病区发病率高达70%-80%，造成严重经济损失。传统化学农药虽能一定程度控制病害，但存在农药残留、病原菌抗药性和环境污染等问题。因此，开发绿色高效的生物防治策略对保障黄芪安全生产至关重要。
本研究从甘肃省华池县野生黄芪根际土壤中分离到一株具有广谱抑菌活性的细菌GNRP-01A，通过形态学观察、16S rRNA和全基因组序列分析鉴定为枯草芽孢杆菌。研究人员采用盆栽实验评估其生防效果，通过GC-MS技术分析挥发性有机化合物组成，利用实时荧光定量PCR检测植物抗病相关基因表达，并结合全基因组测序解析其代谢潜能。
关键技术方法包括：从野生黄芪根际土壤分离菌株并通过多基因序列鉴定；采用平板对峙法测定抑菌活性；利用PacBio和Illumina双平台进行全基因组测序；通过SPME-GC-MS分析挥发性有机物；采用双培养皿法验证VOCs抑菌效果；通过盆栽实验评估生防效率；运用RT-qPCR检测ISR相关基因表达。
3.1. 菌株分离与鉴定
从野生黄芪根际土壤中分离的14株细菌中，GNRP-01A对尖孢镰刀菌抑菌活性最强，经多基因鉴定确认为枯草芽孢杆菌，菌株保藏编号CGMCC NO:34737。
3.2. 促生长特性
该菌株能分泌淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶等多种水解酶，具备解钾、固氮、产铁载体和吲哚类物质的能力，但无解磷活性。
3.3. 抑菌谱分析
平板对峙实验显示，GNRP-01A对多种植物病原菌均有抑制作用，对茄病镰刀菌的抑制率最高达76.31%，表明其具有广谱抗真菌活性。
3.4. 基因组特征
全基因组测序显示染色体大小为4.1 Mb，GC含量43.81%，预测编码4076个基因，包含13个次级代谢产物合成基因簇。
3.5. 次级代谢潜能
基因组中发现13个生物合成基因簇，与表面活性素、枯草菌素A、杆菌霉素等已知抗菌物质合成基因高度同源。
3.6. VOCs鉴定
GC-MS分析鉴定出13种挥发性有机物，包括7种酮类、3种醇类，其中2-乙基己基叔丁基醚和2H-吡喃为首次在枯草芽孢杆菌中发现。
3.7. VOCs抑菌活性
纯物质验证实验表明，2-十二酮、2-十三酮和6-甲基-2-庚酮在0.16 μL/mL浓度下对尖孢镰刀菌抑制率分别达81.53%、89.17%和91.86%。
3.8. 盆栽防效
GNRP-01A发酵液处理使黄芪根腐病防治效果达77.8%，单独接种能显著促进植株生长，根干重增加2.75倍。
3.9. 系统抗性激活
RT-qPCR分析发现，接菌后处理组中AmCHI2、AmPAD4、AmPDF2.2和AmPR-10等ISR相关基因表达显著上调，其中AmPR-10表达量提高5.57倍。
研究结论表明，枯草芽孢杆菌GNRP-01A通过三重协同机制防控黄芪根腐病：产生抗菌代谢物直接抑制病原菌生长；释放挥发性有机化合物发挥熏蒸抑菌作用；激活植物诱导系统抗性增强自身免疫力。全基因组分析揭示了其丰富的次级代谢潜能，为解析生防机制提供了遗传基础。该研究首次系统阐明了枯草芽孢杆菌对药用植物根腐病的生防机制，为开发黄芪专用生物农药奠定了理论基础。论文发表于《Industrial Crops and Products》期刊，对推动中药材绿色生产具有重要意义。
