近日，新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院韓劍副教授團隊在Frontiers in Microbiology 期刊上在線發(fā)表了題為“Cystobacter fuscus HM-E: a novel biocontrol agent against cotton Verticillium wilt”的研究論文。該研究揭示了黏細菌在棉花黃萎病生物防治中的應用潛力，為棉花黃萎病的生物防控提供了新的生防微生物資源。

棉花作為我國重要的戰(zhàn)略經(jīng)濟作物，其安全生產(chǎn)直接關系到國家紡織工業(yè)穩(wěn)定和新疆地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。然而，由大麗輪枝菌（Verticillium dahliae）引起的棉花黃萎病，具有病原菌存活期長、傳播途徑廣、化學防控難度大等特點，嚴重威脅新疆棉花可持續(xù)生產(chǎn)，迫切的需要開發(fā)有效的防控措施。

黏細菌是一類具有社會性行為特征和捕食行為的高等原核生物，是土壤中的“土著菌”。黏細菌不僅可以通過“狼群式”捕食行為和滑行運動主動捕食其他微生物，還能分化出抗逆性強的黏孢子，具備較強的環(huán)境適應能力，同時能夠產(chǎn)生豐富多樣的次級代謝產(chǎn)物和水解酶，這些特性賦予黏細菌獨特的生防優(yōu)勢，使其被視為一類新型生防微生物。

韓劍副教授團隊基于前期建立的黏細菌菌種資源庫，從中篩選出一株對大麗輪枝菌、尖孢鐮刀菌等多種植物病原真菌具有廣譜高效抗菌活性的黏細菌菌株HM-E，經(jīng)鑒定該菌株屬于Cystobacter fuscus（圖1）。通過盆栽試驗發(fā)現(xiàn)利用白星花金龜蟲砂作為發(fā)酵基質(zhì)制備的黏細菌HM-E固體菌劑對棉花黃萎病的防效達到70.9%，同時還具有顯著的促生效果（圖2）。對其生防機制研究發(fā)現(xiàn)，黏細菌HM-E能夠通過“狼群”捕食行為主動捕食大麗輪枝菌菌絲，引起大量菌絲斷裂、穿孔和畸形（圖3）。同時該菌株分泌的非揮發(fā)性代謝產(chǎn)物和VOCs均能抑制大麗輪枝菌的菌絲生長和孢子萌發(fā)，具有多重抗菌效應（圖4）。進一步研究發(fā)現(xiàn)，黏細菌HM-E分泌的胞外酶能夠破壞大麗輪枝菌的細胞壁、細胞膜并能引起胞內(nèi)活性氧爆發(fā)（圖5），在其抗真菌機制中發(fā)揮關鍵作用。

圖1菌株 HM-E 的形態(tài)學鑒定（A）黏細菌誘導分離方法示意圖；（B）菌株HM-E子實體形態(tài)；（C）菌株HM-E的菌落形態(tài)；（D）普通光學顯微鏡下菌株HM-E營養(yǎng)細胞及孢子形態(tài)；（E）掃描電鏡下菌株HM-E子實體形態(tài)；（F）掃描電鏡下菌株HM-E營養(yǎng)細胞形態(tài)。

圖2 C. fuscus HM-E對棉花黃萎病的室內(nèi)防效（A）接種菌株HM-E發(fā)酵液對棉花黃萎病的盆栽防效；（B）接種菌株 HM-E 固體菌劑對棉花黃萎病的盆栽防效；（C）菌株HM-E發(fā)酵液灌根處理的發(fā)病率、病情指數(shù)及防效；（D）菌株HM-E固體菌劑處理的發(fā)病率、病情指數(shù)及防效。

圖3 C. fuscus HM-E對大麗輪枝菌的捕食作用（A）菌株HM-E對大麗輪枝菌的平板捕食作用；（B）未參與捕食的黏細菌大量聚集形成子實體；（C）正常大麗輪枝菌菌絲；菌株HM-E與大麗輪枝菌菌絲接觸后，菌絲出現(xiàn)大量斷裂（D），穿孔和畸形（E）；（F）菌株HM-E分泌的大量網(wǎng)狀代謝產(chǎn)物。

圖4 C. fuscus HM-E無菌發(fā)酵濾液和揮發(fā)性氣體對大麗輪枝菌的抑制作用。（A）菌株 HM-E無菌發(fā)酵液對大麗輪枝菌菌絲和孢子萌發(fā)的抑制作用；（B）菌株 HM-E 揮發(fā)性有機物對大麗輪枝菌菌絲生長的抑制作用；（C）菌株 HM-E無菌發(fā)酵濾液對大麗輪枝菌孢子的裂解率和孢子萌發(fā)抑制率。 

圖5 C. fuscus HM-E胞外粗酶液對大麗輪枝菌菌絲細胞壁、細胞膜完整性和細胞活性氧積累的影響

新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院韓劍副教授和2022級碩士研究生石美麗為該文的共同第一作者，韓劍副教授和傅本重副教授為共同通訊作者。該研究受到新疆維吾爾自治區(qū)天山英才培養(yǎng)計劃( 2023TSYCLJ0011)、國家重點研發(fā)計劃(2022YFD1400304)和新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村廳新疆棉花產(chǎn)業(yè)技術體系支持。