生物勘探 Trichoderma viride AKH-4：一种用于增强抗菌性能、减轻植物毒性以及进行农业生态生物修复的新盟友

《International Biodeterioration & Biodegradation》：Bioprospecting Trichoderma viride AKH-4: A new ally for antimicrobial fortification, phytotoxicity mitigation, and agroecological bioremediation

研究鉴定了印度卡纳塔克大学植物园分离的青霉状菌Trichoderma viride AKH-4，发现其乙醚提取物含23种生物活性物质（如苯乙醇、邻苯二甲酸衍生物等），对枯草芽孢杆菌MIC为4 μg/mL，具有抗菌、抗氧化及降解偶氮染料潜力，显著促进豆类种子发芽，凸显其可持续农业和环保应用的生物技术价值。

　　

阿尼尔·胡加尔（Anil Hugar）| 斯里尼瓦萨·纳亚卡（Sreenivasa Nayaka）

印度卡纳塔克邦达尔瓦德（Dharwad）卡纳塔克大学（Karnatak University）植物学研究生院（P.G. Department of Studies in Botany），邮编580003

摘要

Trichoderma viride菌株AKH-4通过形态学、生理学和18S rRNA基因分析被鉴定出来，并对其抗菌、抗氧化和生物降解潜力进行了评估。通过GC-MS代谢组学分析，在乙酸乙酯提取物中发现了23种生物活性化合物，包括苯乙基醇、二丁基邻苯二甲酸酯、邻苯二甲酸衍生物和1-十六醇，这些化合物以其抗菌和抗氧化活性而闻名。该提取物表现出强大的抗菌效果，对Bacillus subtilis的最小抑制浓度（MIC）低至4 μg/mL，最小杀菌浓度（MBC）在32至64 μg/mL之间。抗氧化活性显示IC₅₀为84.37 μg/mL。此外，该菌株还对植物病原体具有抗真菌活性，并能有效降解偶氮染料，显著提高了Vigna radiata种子的发芽率。这些发现突显了AKH-4的新颖性及其作为可持续生物资源的多种生物技术潜力，可用于抗菌控制、作物改良和环境修复。

引言

土壤真菌在陆地生态系统中发挥着关键作用，促进养分循环、有机物分解和植物-微生物相互作用。它们的功能多样性受到pH值、温度和湿度等非生物因素的影响，这些因素塑造了真菌群落并影响其生态角色（Van der Heijden等人，2008；Delgado-Baquerizo等人，2025）。真菌的重要功能包括通过与菌根的关联来帮助植物吸收养分、增强抗逆性和促进植物生长（Smith，2009）。某些土壤真菌，如Trichoderma属物种，表现出对植物病原体的强生物控制潜力，使其在可持续农业实践中具有价值（Harman等人，2004；Guzman-Guzman等人，2023）。除了抑制疾病外，真菌多样性还在土壤形成、元素循环和维持生态系统稳定性方面发挥着重要作用（Peay等人，2016）。分子技术的进步，包括高通量测序，为深入了解土壤微生物群落组成提供了帮助，揭示了其在土壤健康和农业重建中的重要性（Tedersoo等人，2014）。应用促进植物生长的真菌（PGPF）在通过增强抗性机制和抑制病原体活性方面显示出潜在效果（Shoresh等人，2010；Martinez-Medina等人，2014）。理解土壤真菌的生态角色对于制定可持续的土地利用策略和提高农业生态系统的韧性至关重要（Singh等人，2004；Kumar等人，2025a）。

真菌是异养真核生物。它们的细胞壁主要由几丁质和碳水化合物聚合物组成，提供了结构完整性和保护。它们通过菌丝进行丝状生长，从而能够通过寄生、腐生和共生关系有效地从环境中提取养分（Raghukumar，2017；Shree等人，2024）。真菌既可以进行有性繁殖也可以进行无性繁殖，某些分类群表现出明显的二倍体阶段，这对遗传重组和适应性起着重要作用。真菌的生态意义非常广泛，特别是在植物-真菌相互作用中。不同的真菌群体对这些关系有所贡献，影响植物健康和土壤微生物组动态（Rodriguez等人，2009；Xu等人，2025）。真菌作为生物控制剂，通过多种机制（包括寄生、抗菌和养分竞争）表现出对抗植物病原体的潜力。应用真菌生物控制剂不仅可以减轻植物疾病，还可以促进植物生长，从而增加生物量和农业产量（Palmieri等人，2022）。

在生物控制真菌中，Trichoderma属因其抗菌特性而闻名。它们可以对抗广泛的病原体。这种抑制作用通过菌寄生、抗菌和竞争排斥等机制实现（Schuster和Schmoll，2010）。对T. harzianum的研究表明，它可以通过琼脂扩散和MIC测定抑制微生物生长（Vinale等人，2014）。它产生次级代谢产物，如肽醇、萜类化合物和聚酮类化合物。这些化合物破坏病原体膜和信号传导，有助于克服微生物抗性（Zeilinger等人，2016；Hussein和Talib，2024）。基因组研究表明Trichoderma物种具有应激响应基因。此外，它们含有提高生态适应性的生物合成簇。这些特性使它们在恶劣条件下更具韧性（Palmieri等人，2022）。

纺织工业的大规模运作导致了严重的环境污染，尤其是通过排放含有染料的废水。这种工业废水含有数千种合成染料，其中许多具有高毒性和长期持久性，对生态和健康构成严重威胁。传统的处理方法难以完全消除这些污染物，因此需要开发可持续且高效的修复策略（Khattab等人，2020）。传统的废水处理方法（如化学絮凝和吸附）成本高昂且可能产生有害副产品（Sharma，2018；Kumar等人，2025c）。因此，微生物生物降解提供了一种可持续且高效的方法来脱色染料，利用酶途径将复杂的染料分子分解为无毒副产品，同时减轻二次污染（Ngo和Tischler，2022）。

除了生物修复之外，Trichoderma物种还因其适应性和在各种生态系统中的韧性而受到广泛认可，特别是在根际环境中，它们与植物根系形成有益的相互作用（Harman等人，2004；Yao等人，2023）。这些真菌通过直接和间接机制对植物病原体表现出抗性。间接抑制包括养分竞争、促进植物生长和诱导系统抗性。直接抑制则通过菌寄生、酶降解和次级代谢产物的产生实现（Zeilinger等人，2016）。Trichoderma属的次级代谢产物结构多样，在植物保护中起着重要作用（Khan等人，2020）。这些化合物从挥发性低分子量分子（如异氰酸酯和萜类）到高分子量抗菌肽和酶都有（Vinale等人，2008；Keswani等人，2017）。了解这些代谢产物的生物合成和功能对于开发可持续农业实践和改善病原体控制策略至关重要。

我们的研究重点是对Trichoderma viride菌株AKH-4的特性进行表征，评估其对多种植物病原体（包括Colletotrichum capsici、Fusarium oxysporum、Alternaria alternata、Curvularia lunata、Rhizoctonia solani和Sclerotium rolfsii）的拮抗潜力和次级代谢产物的产生。我们假设AKH-4产生的生物活性代谢物具有显著的抗菌特性，能够抑制植物病原体。此外，这些代谢物可能有助于合成染料的生物降解并减少植物毒性。这些特性突显了AKH-4在植物疾病管理和环境可持续修复中的双重作用。

实验材料

本研究使用了多种病原菌株，包括Bacillus subtilis（MTCC 6633）、Staphylococcus aureus（MTCC 6908）、Escherichia coli（MTCC 40）和Pseudomonas aeruginosa（MTCC 9027），以及真菌病原体Candida albicans（MTCC 227）和Candida glabrata（MTCC 3019），这些菌株均购自印度浦那的国家工业微生物收藏库（National Collection of Industrial Microorganisms）。此外，还使用了 beberapa Colletotrichum capsici、Fusarium oxysporum和Alternaria菌株

初步筛选中的拮抗能力评估

AKH-4菌株显示出最强的抗真菌拮抗潜力。Foxysporum和Ccapsici是最易受影响的植物病原体，其菌落生长抑制率分别为75.05%和73.72%，其次是Clunata和Aalternata，抑制率分别为65.97%和63.13%。Rsolani和Srolfsii的抑制率分别为52.26%和40.63%（图1i）。条形图展示了每种植物病原体的菌丝抑制百分比（图1ii）。

讨论

基于真菌的生物控制策略提供了一种经济可行且生态友好的替代合成农药的方法。它们的使用减少了制造成本，同时促进了废物的有效再利用，有助于循环农业经济的发展（Chaudhary等人，2024）。作为土壤生态系统的天然组成部分，这些真菌有助于维持生物多样性并增强土壤健康，而不会引入持久的化学废物。

结论

Trichoderma viride菌株AKH-4通过产生23种具有抗菌、抗氧化和染料降解活性的生物活性代谢物，展现了多功能潜力。其乙酸乙酯提取物表现出强大的抗菌效果（MIC：4 μg/mL）、强抗氧化能力（IC₅₀：84.37 μg/mL），以及对真菌植物病原体的有效抑制。偶氮染料的降解和种子发芽率的提高进一步凸显了其在可持续农业和环保方面的应用价值

作者贡献声明

阿尼尔·胡加尔（Anil Hugar）：撰写 – 审稿与编辑、撰写初稿、数据可视化、方法验证、调查、正式分析、数据管理、概念构思。斯里尼瓦萨·纳亚卡（Sreenivasa Nayaka）：撰写初稿、方法验证、项目监督、方法管理、数据管理、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者感谢卡纳塔克邦达尔瓦德卡纳塔克大学（Karnatak University）植物学研究生院（P.G. Department of Studies in Botany）、大学科学仪器中心（University Scientific Instrumentation Centre, SUIC）和先进分析仪器设施（Sophisticated Analytical Instrumentation Facility, SAIF）以及达尔瓦德萨图尔（Dharmasthala）Dharmasthala Manjunatheshwara大学的SDM生物医学科学研究所（SDM Research Institute for Biomedical Sciences）提供的实验室和仪器支持，以及数据分析帮助。