一种嗜热内生真菌Thielavia subthermophila Q22能够促进秸秆的生物降解，提高植物的耐热性，并增强其对病原体的抵抗力，从而为可持续农业做出贡献

Thielavia subthermophila Q22是高温内生真菌，具有高效秸秆分解能力（39%重量损失），促进bok choy发芽率提升116.4%，大豆株高增加28.5%，同时抑制Sclerotinia sclerotiorum病原菌54%，通过上调热休克蛋白（HSPs）及转录因子（HSFs）增强作物耐热性，为农业废弃物资源化及作物生物防控提供新资源。

　　

袁梦|鲍庆华|魏毅|张世宏

国家农业环境微生物种质资源中心（辽宁），极端环境微生物学重点实验室，沈阳农业大学工程学院植物保护系，中国沈阳110866

摘要

内生真菌由于在木质纤维素废弃物转化、植物抗逆性和病原体控制方面的作用，对可持续农业至关重要。本文介绍了从Platycladus orientalis中分离出的嗜热内生真菌Thielavia subthermophila Q22的特性。Q22具有优异的热稳定性，在45°C时生长最佳，并能以39%的效率水解玉米秸秆，这归因于其高内葡聚糖酶活性（752 U/mL）。该菌株提高了作物产量：白菜发芽率增加了116.4%，大豆高度增加了28.5%，白菜生物量增加了36.8%。此外，Q22对病原体Sclerotinia sclerotiorum的抑制率为54%，这与其高几丁质酶活性（45°C时为500 U/mL）有关。Q22还上调了植物热休克蛋白（HSPs）及其转录因子（HSFs）的表达（2-25倍），增强了植物的耐热性。这项研究将Q22确立为一种循环生物经济工具，整合了农业废弃物利用、作物抗逆性和生物防治，减少了对外部化学投入的依赖。

引言

农业残留物的可持续利用和减轻作物非生物胁迫是现代农业面临的两大挑战，尤其是在气候变化和向循环生物经济转型的背景下。每年会产生大量木质纤维素生物质，但其复杂的结构限制了自然降解和利用。传统的处理方法（燃烧或填埋）不仅浪费了资源，还会造成严重的环境污染。相比之下，微生物介导的木质纤维素降解为秸秆的利用提供了一种绿色且经济可行的替代方案（Potprommanee等人，2017年）。

内生真菌能够在不损害植物的情况下定植于其内部组织，成为可持续农业中有前景的微生物资源。这些真菌通过与宿主植物的共生作用，通过次级代谢产物和酶分泌来调节宿主生理。许多内生真菌有助于养分循环、缓解胁迫和抑制病原体（Khan等人，2015年；Busby等人，2016年）。特别是嗜热内生真菌，由于其耐热酶系统和在热胁迫条件下的抗逆性，为高温生物质降解提供了独特优势。嗜热真菌产生的内葡聚糖酶（EG）、外葡聚糖酶（CBH）和β-葡萄糖苷酶（BGL）在高温（50–70°C）下仍保持高催化活性，显著提高了纤维素水解效率（Lee等人，2014年；Thakur等人，2024年）。与中温真菌相比，这些酶还具有降低冷却成本和污染风险的优势（Singhania等人，2010年）。

除了降解能力外，一些内生真菌在高温、干旱或盐碱等非生物胁迫条件下还表现出促进植物生长的特性。这些益处通常通过抗氧化调节、渗透调节物质的产生、热休克蛋白（HSPs）的诱导或植物激素信号传导来实现（Zhou等人，2015年）。例如，从地热栖息地中分离出的Curvularia protuberata通过激活茉莉酸（JA）信号通路增强了宿主植物的耐热性（Márquez等人，2007年）。然而，很少有研究在田间相关条件下发现同时具备强大生物质降解能力和耐热性以及促进植物生长特性的菌株（Rai等人，2014年）。

内生真菌是生物防治剂的丰富来源，能够通过多种机制抑制植物病原体，包括产生抗真菌代谢产物和水解酶（Strobel和Daisy，2003年）。其中，几丁质酶等细胞壁降解酶的分泌特别值得关注。这些酶可以水解大多数真菌病原体细胞壁中的几丁质聚合物，从而发挥强效且针对性的作用（Lorito等人，2010年）。此外，几丁质水解过程中释放的寡糖片段可作为诱导剂，激活植物的免疫反应，提供双重防御机制（Van Wees等人，2008年）。因此，强大的几丁质酶活性是理想生物防治候选菌株的重要特征。

Thielavia subthermophila是一种嗜热内生真菌，近年来在农业微生物学中受到越来越多的关注，因为它具有独特的生态适应性（Niu等人，2022年）。现有研究表明，它作为内生真菌能够在多种植物中成功定植，并且其代谢产物对植物病原体（如Sclerotinia sclerotiorum）具有抑制作用（Kumar等人，2011年）。然而，尽管对其应用潜力有了一定的了解，但在农业和环境领域的系统研究仍然不足。

本研究报道了从Platycladus orientalis中分离并鉴定出的多功能嗜热内生真菌T. subthermophila Q22的特性。Q22在45°C下生长旺盛，表现出强烈的纤维素分解活性，使用羧甲基纤维素作为底物时内葡聚糖酶活性达到752 U/mL。此外，在高温条件下，Q22使玉米秸秆的重量减少了39%，证实了其高效的木质纤维素降解能力。同时，Q22促进了种子发芽，增加了生物量积累，提高了宿主的耐热性，并抑制了病原体S. sclerotiorum》。通过结合微生物学、酶学和植物生理学研究，本研究将Q22确立为一种有前景的生物资源，可用于高温环境下同时实现农业废弃物利用和作物抗逆性提升。

部分内容摘要

内生真菌Q22的分离与鉴定

从中国辽宁省采集了Platycladus orientalis的健康叶片。依次使用75%乙醇（3分钟）、无菌水（30秒）、2%次氯酸钠（3分钟）和无菌水（30秒）进行表面消毒。将消毒后的组织接种在马铃薯葡萄糖琼脂（PDA；200克/升马铃薯，20克/升葡萄糖，16克/升琼脂）上，在28°C下培养5天。将出现的真菌菌落进行三次传代培养以获得纯化菌株。

基因组DNA的提取方法...

嗜热内生真菌Q22的分离与鉴定

从Platycladus orientalis的叶片中分离出一种耐热内生真菌，命名为Q22。Q22形成的菌落呈圆形、扁平状，中心区域密集，带有浅绿色色素，边缘呈白色絮状（图1A）。显微镜观察显示其菌丝具有隔膜、分枝且透明。当Q22菌株暴露在恒定光照下时，开始进行有性繁殖。诱导后约5天，最初形成了闭囊壳...

讨论

尽管已有文献记载T. subthermophila具有抗真菌特性和生态适应性（Kumar等人，2011年；Niu等人，2022年），但在农业和环境修复领域的系统研究仍十分有限。在此之前，关于其在农业中的广泛应用潜力还存在一些关键知识空白。首先，其嗜热降解能力，尤其是其木质纤维素酶系统的组成和活性，尚未得到系统的研究。

结论

嗜热内生真菌T. subthermophila Q22表现出较高的木质纤维素降解潜力，在45°C下通过高内葡聚糖酶活性（752 U/mL）使玉米秸秆重量减少了39%。此外，Q22显著促进了种子发芽和植物生物量的增加，并对S. sclerotiorum的抑制率超过50%，显示出其在生物防治和促进植物生长方面的双重作用。此外，Q22还诱导了热休克转录因子（HSFs）及其下游的HSP70/90...

CRediT作者贡献声明

袁梦：撰写初稿、验证、方法学设计、数据管理。鲍庆华：撰写初稿、方法学设计、数据管理。魏毅：方法学设计。张世宏：撰写、审稿与编辑、概念框架构建。

资助

本研究得到了辽宁省兴辽人才计划领军人才项目（XLYC2202031）、辽宁省种质创新与技术驱动粮食安全专项项目（2023JH1/10,200,008-2023020529-JH1/102）、国家自然科学基金联合资助（项目编号U22A20441）以及沈阳农业大学高层次人才引进项目（880420019）的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究结果的财务利益或个人关系。