《Journal of Plant Pathology》：Growth promotion and alleviation of Ralstonia pseudosolanacearum-induced wilt symptoms in tomato (Solanum lycopersicum) by Streptomyces nigra
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链霉菌属（Streptomyces）细菌可定殖于多种生态位，并可表现出具有潜在应用价值的多样性状。在作物生产方面，部分物种可诱导植物病害，而另一些则能够促进植物生长或控制病害。为鉴定适用于作物促生与病害管理的台湾链霉菌菌株，本研究从一份菌种保藏库中获取了49株
链霉菌属（Streptomyces）细菌可定殖于多种生态位，并可表现出具有潜在应用价值的多样性状。在作物生产方面，部分物种可诱导植物病害，而另一些则能够促进植物生长或控制病害。为鉴定适用于作物促生与病害管理的台湾链霉菌菌株，本研究从一份菌种保藏库中获取了49株自马铃薯分离、具链霉菌样特征的菌株，并筛选兼具刺激植物生长与防控土传植物病原细菌潜力的菌株。研究人员首先检测了各受试菌株对萝卜幼苗生长的影响，并剔除了表现出不利作用的菌株。随后采用琼脂扩散试验测定其对土传植物病原细菌假茄青枯雷尔氏菌（Ralstonia pseudosolanacearum）和疮痂链霉菌（S. scabiei）的抗菌活性，结果仅有8株菌能够同时抑制这两种病原。对致病相关基因txtAB、tomA和nec1的检测结果以及多位点序列分析（multilocus sequence analysis, MLSA）表明，这8株菌均不太可能对植物造成危害。研究人员进一步通过盆栽条件下的番茄试验评估其促生能力，在两次重复试验后，鉴定为黑色链霉菌（S. nigra）的94-b菌株表现出最稳定的植物生长促进活性。在生物防治试验中，94-b菌株还显著降低了假茄青枯雷尔氏菌在番茄上引起的症状严重度。进一步检测表明，该菌株可产生淀粉酶、脂肪酶、铁载体（siderophore）、吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid, IAA），并具备溶磷能力。这是关于黑色链霉菌（S. nigra）兼具促进植物生长和防治土传细菌性病害能力的首次报道。
本文发表于《Journal of Plant Pathology》，聚焦链霉菌属（Streptomyces）资源在农业中的双重应用潜力，即植物生长促进与土传病害生物防治。链霉菌广泛分布于自然环境，代谢类型复杂，既包含可产生植物毒素并引起病害的植物病原型类群，也包含能够分泌胞外酶、铁载体（siderophore，螯合铁离子的次级代谢产物）、植物激素及溶磷因子的有益菌株。因此，在农业利用中，核心问题并不只是“筛到链霉菌”，而是必须先从生态来源复杂、功能差异显著的链霉菌群体中区分潜在有害菌与真正有益菌。与此同时，番茄青枯病等由土传病原细菌引起的病害长期难以高效治理，单一化学防治措施效果不稳，且易受抗性群体形成、病原遗存能力强、寄主范围广等因素限制。正因如此，筛选既安全、又具有促生及抑病能力的链霉菌菌株，具有重要的理论价值与应用意义。
本研究以前期自台湾马铃薯块茎表皮/表面样品分离获得的49株链霉菌样菌株为材料，建立了一套由“植物安全性初筛—体外拮抗筛选—分子排除致病性—系统发育鉴定—盆栽促生验证—生物防治验证—功能表型补充解析”组成的递进式筛选流程。研究人员首先利用萝卜幼苗生物测定评价菌株是否抑制下胚轴或根生长，以排除可能产生类似thaxtomin毒素效应的菌株；随后对保留下来的菌株开展针对假茄青枯雷尔氏菌与疮痂链霉菌的琼脂扩散试验，筛选广谱拮抗候选菌；再通过致病相关基因txtAB、tomA、nec1的聚合酶链式反应（polymerase chain reaction, PCR）检测及5个管家基因的多位点序列分析（MLSA），确认候选菌株不属于已知植物病原链霉菌近缘类群。之后，研究人员在番茄盆栽体系中重复开展促生试验，并从中遴选表现最稳定的菌株用于青枯病生物防治测定。最终，94-b菌株被鉴定为黑色链霉菌（S. nigra），其不仅对番茄地上部和地下部生长指标表现出较稳定的促进作用，还能显著减轻假茄青枯雷尔氏菌引起的萎蔫症状。研究还显示，该菌株具备产IAA、产铁载体、溶磷、降解淀粉和脂质等多种与促生及根际适应相关的表型特征。文章的重要意义在于，首次报道了黑色链霉菌（S. nigra）兼具作物促生与土传细菌病害防控能力，为链霉菌资源的农业开发提供了新的候选对象。
就主要技术方法而言，研究样本来源于台湾采集的马铃薯块茎表皮/表面分离菌株，共49株链霉菌样菌株。研究人员采用萝卜幼苗生物测定进行植物安全性初筛；采用琼脂扩散法评价对假茄青枯雷尔氏菌和疮痂链霉菌的体外拮抗活性；采用PCR检测txtAB、tomA、nec1等致病相关基因；采用基于atpD、gyrB、recA、rpoB和trpB五个管家基因的MLSA进行系统发育鉴定；在番茄盆栽体系中重复开展植物生长促进试验与青枯病生物防治试验；并通过分光光度法和平板定性试验检测IAA产生、溶磷、产铁载体以及淀粉酶和脂肪酶相关性状。
在研究结果部分，论文首先报告了“Radish seedling bioassay”的结果。研究人员通过萝卜幼苗生物测定对49株链霉菌样菌进行安全性筛选，比较不同处理对幼苗下胚轴与根长度的影响。结果显示，与阴性对照相比，4-b、13-b、65-a和77-a可明显降低下胚轴生长，65-a、77-a和113-a抑制根生长；作为阳性对照的疮痂链霉菌18-c则同时抑制下胚轴和根。基于这一结果，4-b、13-b、65-a、77-a和113-a被排除，不再进入后续筛选。该部分说明，仅凭既往经验判断“可能无害”并不足够，实际生物测定对于排除潜在植物毒性链霉菌是必要步骤。
在“Agar diffusion assays”部分，研究人员对通过初筛的44株菌开展了体外拮抗试验。结果表明，其中41株能够稳定抑制假茄青枯雷尔氏菌PS152；但在针对疮痂链霉菌18-c的试验中，只有26-a、31-a、33-a、42-a、81-b、84-b、94-a和94-b共8株菌在全部重复中形成稳定抑菌圈。由于这8株菌同时抑制两种系统发育距离较远的植物病原细菌，因此被认为具备较强的土传病害防控潜力，并进入后续分子与植株验证阶段。
在“Detection of pathogenicity-associated genes using polymerase chain reaction assays”部分，研究人员利用PCR检测上述8株候选菌的txtAB、tomA和nec1基因。结果所有受试菌株均未扩增出这3个致病相关基因片段，而阳性对照18-c则得到预期扩增条带。这一结果说明，入选菌株缺乏常用的植物病原链霉菌分子标志，支持其为非致病型或低风险菌株。
在“Identification of bacterial strains using multilocus sequence analysis (MLSA)”部分，研究人员进一步对8株候选菌进行系统发育分析。基于atpD、gyrB、recA、rpoB和trpB五个管家基因拼接序列构建的最大似然树显示，这些菌株均不与已知植物病原链霉菌物种紧密聚类。其中，84-b与S. coelicolor A3(2)最接近；26-a和81-b与S. coelicoflavus近缘；31-a与S. griseoflavus较近；33-a、42-a与94-a序列完全相同，并与现归并为S. albogriseolus的S. viridodiastaticus近缘；94-b则与S. nigra 452
T仅相差1个碱基。由于33-a、42-a与94-a属于遗传冗余型，研究人员将33-a和42-a剔除，保留代表不同基因型的6株菌进行后续盆栽试验。该部分的结论是：候选菌株在系统分类学上均不支持其为已知植物病原链霉菌，并可据此优化筛选集合。
在“Determination of plant growth promotion efficacies in the selected Streptomyces strains”部分，研究人员对保留的6株链霉菌在番茄上的促生能力进行了两次独立重复验证，并综合地上部与地下部多个指标进行评估。结果显示，在地上部方面，26-a、81-b、84-b和94-b在两次试验中均显著增加茎长；6株菌均能显著提高地上部鲜重；94-a和94-b在两次试验中均提高地上部干重。地下部方面，各处理对根长影响不显著，但94-a和94-b在两次试验中均提高根鲜重与根干重，其他菌株则仅在单次试验中表现出部分增效。总体来看，94-b在不同重复间表现最稳定，且在至少一次试验中各项指标均达到最高平均值，因此被确定为最佳候选促生菌株。该部分结果强调了独立重复试验在评价促生菌株稳定性方面的重要性，也说明促生效果存在明显菌株间差异。
在“Biological control assay”部分，研究人员以94-b为对象，进一步验证其对番茄青枯病的缓解能力。试验设置包括“94-b预处理后再接种PS152”“仅接种PS152”以及“不接种任何菌株”3组。结果显示，同时接受94-b与病原菌处理的植株平均病情指数为32.78%，显著低于仅接种病原菌组的57.78%，配对t检验差异显著。未接种组未见症状。按重复计算的平均生物防治效率为45.2%。这一结果表明，94-b不仅具备体外抑菌活性，而且能够在植株水平上有效减轻由假茄青枯雷尔氏菌引起的萎蔫症状。
在“Additional phenotypic characterization of the best-performing Streptomyces strain”部分，研究人员对94-b进行了功能表型补充解析。结果表明，该菌株能够降解淀粉和脂质（Tween 80），说明其具有淀粉酶和脂肪酶相关活性；其在CAS培养基上表现为产铁载体阳性，在PVK培养基上表现为溶磷阳性。此外，定量测定显示94-b在培养7 d后可产生IAA，产量为1.53 ± 0.101 μg/ml。虽然其IAA产量低于阳性对照疮痂链霉菌18-c的6.96 ± 1.1 μg/ml，但仍证明其具备植物激素产生能力。综合这些表型，94-b的促生效应可能与营养元素有效化、铁获取调节及激素相关作用共同相关。
讨论部分围绕筛选策略的有效性、菌株安全性以及94-b潜在作用机制进行了总结。研究人员指出，链霉菌农业应用的首要前提是排除植物有害菌株，而萝卜幼苗生物测定对于鉴别具有植物生长抑制效应的菌株具有实用价值；同时记录下胚轴和根长度有助于更全面地识别不同类型的毒性效应。进一步地，体外拮抗、致病基因检测和MLSA联合应用，能够在功能筛选与生物安全评估之间取得平衡，并有效筛出兼具抑菌潜力和较低植物致病风险的候选菌。对于94-b而言，文章认为其促生能力可能与溶磷、产铁载体、IAA产生及胞外酶分泌等性状有关，而其减轻青枯病症状的能力则与其对病原菌的直接拮抗作用相一致。研究同时强调，虽然关于S. nigra应用潜力的报道十分有限，但本研究证实其可同时用于促进植物生长与缓解土传细菌病害，拓展了该物种在农业微生物资源中的应用认知。
研究结论部分可译为：据研究人员所知，本研究是最早证明黑色链霉菌（S. nigra）菌株能够同时促进植物生长并缓解土传细菌性病害的研究之一。本研究数据表明，尽管已有许多链霉菌成员被鉴定并用于实际开发，但持续发掘环境中的链霉菌资源，仍有望发现具有较高应用潜力的新菌株。这些微生物的发现可为提高作物产量及防控破坏性病害提供新的选择。
