《Crop Protection》：Rhamnolipid as an antifungal agent against
Pyricularia oryzae USM-PD1 causing blast disease in rice
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生物表面活性剂产自铜绿假单胞菌USM-AR2，可有效抑制稻瘟病菌Pyricularia oryzae USM-PD1的菌丝生长和孢子萌发，最高抑制率达92.47%，并在温室试验中显著减少水稻病害症状，为可持续农业生物防治提供新策略。
Izah Adlina Mohamad Shukri|Ahmad Ramli Mohd Yahya|Masratul Hawa Mohd|Nur Asshifa Md Noh
马来西亚科学大学生物科学学院生物工艺实验室，11800 Gelugor，槟城，马来西亚
摘要
由Pseudomonas aeruginosa USM-AR2产生的鼠李糖脂被评估为一种潜在的环保型抗真菌剂，用于防治由Pyricularia oryzae USM-PD1引起的水稻瘟病。这种生物表面活性剂表现出显著的抗真菌活性，为传统化学杀菌剂提供了一种更安全、更可持续的替代方案。体外实验表明，鼠李糖脂能有效抑制菌丝生长，并在PDA培养基上引起形态异常。在2000 mg L-1的浓度下，直径生长抑制率（PIDG）和孢子抑制率（PIS）分别达到48.30 ± 1.18%和92.47 ± 4.04%。扫描电子显微镜和透射电子显微镜的显微分析进一步证实了其抗真菌效果，表现为菌丝结构收缩、细胞畸形以及细胞内成分减少。在温室试验中，对三种水稻品种（MR212、MR297和MR315）进行鼠李糖脂喷雾处理后，瘟病症状显著减轻，分别减少了13.19 ± 4.13%、45.83 ± 7.12%和25.69 ± 4.13%。这些结果是首次报道，强调了鼠李糖脂在破坏P. oryzae USM-PD1的细胞完整性及减轻水稻瘟病症状方面的有效性，使其成为可持续水稻种植的一种有前景的生物控制策略。
引言
鼠李糖脂是一种糖脂类生物表面活性剂，主要由Pseudomonas aeruginosa在生长过程中作为次级代谢产物产生（Déziel等人，2003年）。生物表面活性剂是两亲性分子，具有亲水-疏水平衡特性，能够降低表面和界面张力，并在不相溶的相之间形成胶束或微乳液（Desai和Banat，1997年；Banat等人，2014年）。由于其低毒性、高生物降解性、环境兼容性以及在极端温度、pH值和盐度条件下的功能稳定性，它们在各种工业和环境应用中引起了兴趣（Georgiou等人，1992年；Razafindralambo等人，1996年；Desai和Banat，1997年）。大多数能够产生鼠李糖脂的P. aeruginosa菌株是从受原油污染的地点分离出来的（Zhao等人，2015年；Cheng等人，2017年；Deepika等人，2017年）。本研究中使用的P. aeruginosa USM-AR2菌株是从原油样本中分离出来的，并且已知能产生高水平的鼠李糖脂（Md Noh等人，2014年）。
由于鼠李糖脂的多功能性，其商业化进程正在加速，尤其是在农业领域（Begum等人，2023年；Sachdev和Cameotra，2013年）。2004年，约有0.2百万吨表面活性剂被用于作物保护和农药制剂（Deleu和Paquot，2004年）。主要的市场参与者包括Evonik Industries（德国）、AGAE Technologies、Stepan Company和Jeniel Biotechnology（美国），以及Biotensidon GmbH（德国）。根据Mordor Intelligence（2025年的数据），全球鼠李糖脂市场预计从2024年的769万吨增长到2030年的3852万吨，复合年增长率为38.03%。为了支持可持续农业实践，人们正在探索使用农业废弃物等可再生原料作为鼠李糖脂生产的原料。Pseudomonas aeruginosa USM-AR2菌株在使用基于油的底物作为唯一碳源时显示出高产量的鼠李糖脂（Md Noh等人，2014年；Aggo等人，2023年；Nasir等人，2025年）。
鼠李糖脂在农业中的应用日益增多，以增强有益微生物和微生物产品的拮抗活性。它已被研究作为对抗多种植物病原真菌的生物控制剂，显示出对Alternaria alternata（Yan等人，2015年）、Colletotrichum falcatum（Goswami等人，2015年）、Fusarium verticillioides（Borah等人，2016年）、Rigidoporus microporus（Hadi等人，2022年）和Rhizoctonia solani（Shukri等人，2025b）的抗真菌效果。此外，由P. aeruginosa USM-AR2产生的鼠李糖脂与印楝提取物混合使用时，对袋蛾Metisa plana显示出生物杀虫潜力（Zaludin等人，2021年）。除了生物控制外，鼠李糖脂还有助于提高植物免疫力（Vatsa等人，2010年；Crouzet等人，2020年）、改善土壤湿度、促进化学肥料的扩散以及促进植物生长（Sachdev和Cameotra，2013年）。它还在生物修复中发挥作用，改善土壤质量（Sachdev和Cameotra，2013年；Randhawa和Rahman，2014年），并有助于从受污染的土壤中去除碳氢化合物（Mulligan和Eftekhari，2003年；Poggi-Varaldo和Rinderknecht-Seijas，2003年；Dittmann等人，2023年）。
水稻瘟病，也称为“karah padi”，是全球范围内危害水稻种植的最严重疾病之一（NurulNahar等人，2020年；Shahriar等人，2020年；Sultana等人，2025年）。该病在包括马来西亚、孟加拉国、中国、印度、印度尼西亚、韩国、南美洲、斯里兰卡和菲律宾在内的主要水稻种植区频繁发生（Nalley等人，2016年；Gupta等人，2021年）。这种疾病每年导致10%至30%的产量损失，是水稻生产中的主要非生物胁迫因素（Hussin等人，2020年）。水稻瘟病由空气传播的子囊菌Pyricularia oryzae引起（Klaubauf等人，2014年；Longya等人，2020年；Shukri等人，2023年）。症状最初表现为白色至灰绿色的病斑，边缘呈黑色，成熟后病斑中心变为白色或灰色，边缘呈红棕色（Hajano等人，2011年）。
已经采用了多种策略来管理水稻瘟病。一种关键方法是开发抗病水稻品种，如Malinja、Mahsuri、MR7、Setanjung、MR219、MR220、MR232、MR253、MARDI Siraj 297和MR315（NurulNahar等人，2020年）。Sultana等人（2025年）的研究报告了不同水稻基因型IR 64和BRRI dhan29在P. oryzae感染下的反应。另一方面，化学控制方法，包括种子处理和叶面喷洒，也被广泛使用（Dutta等人，2012年；Pooja和Katoch，2014年；Zakaria和Misman，2018年）。生物控制也显示出潜力，一些拮抗微生物如Streptomyces属（Zarandi等人，2009年；Law等人，2017年）、Pseudomonas属（Gnanamanickam等人，2002年）和Bacillus属（Koné等人，2022）在体外和体内条件下都对P. oryzae有效。此外，文化措施和营养管理，如使用认证种子、适当的土壤准备、平衡的氮和硅肥施用以及合理的植株间距，在减少疾病发生方面也起着关键作用（Pooja和Katoch，2014年；Asibi等人，2019年；NurulNahar等人，2020年）。
化学农药仍然是农民控制水稻瘟病最常用的方法。这些化合物通过抑制菌丝生长和孢子形成来抑制真菌的发展，从而减少稻田中的病原体数量（Kunova等人，2013年；NurulNahar等人，2020年）。虽然短期内有效，但化学农药存在一些缺点，包括非选择性，会破坏有益和有害微生物；对水生生物有毒性（Kiaune和Singhasemanon，2011年；McLaughlin等人，2023年）；以及由于过度使用而导致的真菌抗性产生（Deising等人，2008年）。相比之下，鼠李糖脂提供了一种生物和环保的替代方案。它通过破坏真菌脂质膜、改变膜流动性和结构（Botcazon等人，2022年）、抑制菌丝生长和阻止孢子萌发（Thakur等人，2021年）来发挥作用。这些干扰会破坏真菌的完整性，导致菌丝变形、生物膜分散和新细胞形成的抑制（Sen等人，2020年；Rodrigues等人，2021年）。尽管鼠李糖脂和合成农药的作用机制不同，但本研究表明鼠李糖脂作为抗水稻瘟病的有效生物控制剂具有潜力。具体来说，通过其对P. oryzae USM-PD1的菌丝生长、孢子抑制和细胞形态的影响，以及其在温室条件下管理水稻感染的效果来评估其抗真菌活性。
部分摘录
细菌和真菌培养
P. aeruginosa USM-AR2菌株是由Nur Asshifa等人（2012年）鉴定为鼠李糖脂生产菌株的，从马来西亚科学大学生物工艺实验室获得。该菌株在4°C下用40%甘油进行长期保存。
目标植物病原真菌P. oryzae USM-PD1（GenBank登录号OR133216）是从马来西亚Kedah州Alor Setar地区（6.15742° N, 100.38066° E）的受瘟病感染的水稻叶片中分离出来的（Shukri等人
鼠李糖脂对PDA培养基上P. oryzae USM-PD1的抗菌活性
鼠李糖脂对P. oryzae USM-PD1的抗菌活性在图1（A部分）中展示。重复实验的结果存在差异，并进行了统计分析。在用azoxystrobin处理的阳性对照培养基中观察到菌丝生长完全被抑制（图1A）。相比之下，阴性对照培养基中的菌丝发育正常，没有受到干扰（图1B）。从100 mg L-1的浓度开始
讨论
在过去二十年里，由于鼠李糖脂的有效性和环保特性，特别是其在农业应用中的潜力，研究人员对其关注度逐渐增加（Pierre等人，2025年）。作为生物来源的表面活性剂，鼠李糖脂相比化学合成的替代品具有多种优势（Singh等人，2007年）。这些优势包括可生物降解性（Pierre等人，2025年）、能够增强植物的先天免疫力，从而加强其防御能力
结论
总体而言，本研究成功记录了由P. aeruginosa USM-AR2产生的鼠李糖脂在体外和体内实验中对P. oryzae USM-PD1的抗真菌活性。本研究强调了鼠李糖脂在作物保护中的有效性和应用前景，特别是在防治水稻瘟病方面。
CRediT作者贡献声明
Izah Adlina Mohamad Shukri：撰写——初稿、项目管理、方法论、研究设计、资金获取、数据分析、概念化。Nur Asshifa Md Noh：撰写——审稿与编辑、验证、监督、项目管理、研究设计、资金获取、概念化。Masratul Hawa Mohd：撰写——审稿与编辑、验证、监督、研究设计、概念化。Ahmad Ramli Mohd Yahya：撰写——审稿与编辑
致谢
本研究得到了马来西亚高等教育部通过基础研究基金计划（FRGS）（FRGS/1/2023/WAB04/USM/02/1）的支持。研究是在马来西亚Kedah州Alor Setar的Muda农业发展局（MADA）的合作下进行的。
