当前位置:首页>农业>【作者解读】一箭双雕:华南农业大学研发“航天宝”微生物菌剂既助力芝麻绿色防控,又促进芝麻丰产提质

【作者解读】一箭双雕:华南农业大学研发“航天宝”微生物菌剂既助力芝麻绿色防控,又促进芝麻丰产提质

  • 2026-10-23 00:10:47
【作者解读】一箭双雕:华南农业大学研发“航天宝”微生物菌剂既助力芝麻绿色防控,又促进芝麻丰产提质
稿件来源:舒灿伟(华南农业大学)
近日,华南农业大学舒灿伟博士联合江西省农科院植物保护所杨迎青研究员团队在Food and Energy Security期刊上发表了题为Potential mechanism of Paenibacillus kribbensis in boosting sesame productivity and pathogen defense through metabolic reprogramming of Flavonoid and Carbon fixation Pathways的研究论文,在芝麻绿色生产与微生物互作机制研究中取得重要进展。本研究以自主研发的“航天宝”微生物菌剂(由克里本类芽孢杆菌航天突变体△PS04-17发酵制成)为材料(以下简称HTB),系统阐明其在大田条件下对芝麻促生、防病、提质的调控效应,并通过转录组与代谢组联合分析解析核心通路,为油料作物绿色高效生产提供技术支撑。

研究背景

芝麻是我国四大油料作物之一,在食用油脂供给与农业经济发展中占据不可替代的地位。然而,当前芝麻生产长期受青枯病和茎点枯病等土传病害威胁,加之品种抗病性弱、栽培模式粗放,导致产量和品质下降,严重制约产业高质量发展。微生物菌剂因兼具促生、抗病、改良土壤、绿色安全等优势,成为破解上述瓶颈的关键技术。

主要结果

(1)大田验证

本研究在江西省芝麻主产区开展规范化大田试验,设置对照(CK)与HTB处理组。结果显示,HTB对芝麻具有显著的促生增产效应,单株鲜重、根鲜重、单株蒴果数、每蒴粒数及籽粒重均大幅提升,小区产量达0.14±0.01 kg/m²,显著高于对照(图1);在病害防控方面,HTB处理组青枯病发病率由8.74%降至4.79%,茎点枯病发病率由5.08%降至2.62%,相对防效稳定在45%~49%,可有效控制土传病害发生,保障芝麻稳产(图2)。同时HTB显著改善芝麻品质,单株总脂肪产量由1.55 g提升至3.84 g,增幅显著。

图1 微生物菌剂HTB处理对大田条件下芝麻生长指标的影响

图2 不同时期芝麻病害发病率和相对防效

(2)转录组分析:关键基因激活,脂肪酸合成通路显著上调

转录组分析显示,HTB处理后,抗病免疫相关基因如苯丙烷途径、类黄酮合成、病程相关蛋白基因显著上调、能量代谢相关通路高表达(图3)。此外,脂肪酸合成通路被显著富集,该通路中关键基因FabG显著上调,提升芝麻油脂合成能力(图4)。

图3 DEGs表达变化及GO和KEGG富集分析

图4  脂肪酸合成通路

(3)代谢组分析:抗病代谢物富集,光合与脂类物质显著积累

HTB处理后,芝麻中类黄酮、酚酸、生物碱等抗病抗氧化代谢物显著富集;糖类、氨基酸、有机酸等光合初级产物明显增加,为生长与产量提升提供物质基础;同时,脂肪酸、甘油酯等品质相关代谢物含量提高,与芝麻含油量提升直接相关(图5)。

图5 差异代谢物KEGG通路富集分析

(4)转录组与代谢组联合分析

为揭示内在调控机制,团队开展转录组与代谢组联合分析,结果表明HTB通过三大核心代谢通路实现“抗病+增产+提质”协同效应:一是激活类黄酮生物合成通路,关键基因CHI显著上调,短针松素、橙皮素等抗病代谢物大量积累,增强植株免疫与抗氧化能力(图6);二是强化光合碳固定通路,rbcL/S、PRK、ALDO等关键基因高表达,丙氨酸、天冬氨酸等光合产物积累,显著提升光合效率(图7)。

图6类黄酮生物合成通路分析

图7光合碳固定通路分析

本研究系统揭示克里本类芽孢杆菌△PS04-17对芝麻的多功能调控效应,HTB微生物菌剂兼具防病、促生、提质三重核心效应,大田应用效果稳定可靠,为微生物菌剂在芝麻绿色生产中的应用提供了理论依据与技术支撑,对减少化学农药与化肥施用、推动油料作物绿色高质量发展具有实践价值。

图7 实验所用的菌剂以及获得的发明专利证书

作者介绍

华南农业大学植物保护学院硕士研究生廖思思为该论文的第一作者,舒灿伟副教授、江西省农业科学院植物保护研究所杨迎青研究员为通讯作者。本研究是专业型硕士研究生培养的实践和探索,将研究生的培养与生产实践和成果转化紧密联合在一起。

END

➤【学术之光】山西大学张犇教授以共同指导作者在Nature plants发表研究论文解析植物GORK钾通道门控调控机制

➤【学术之光】河南农业大学科技团队绿色防控助力粮食安全,积极推进创新成果转化

➤ 实验技术分享 # Tri-SUS酵母三蛋白互作高效检测系统
➤ 基因家族分析So Easy!河南师范大学朱墨博士团队保姆式免费视频教程
统筹监制:
张犇(山西大学生命科学学院)
朱墨(河南师范大学生命科学学院)
柳海涛(河南农业大学资源与环境学院)
责任编辑:
任锐(河南农业大学农学院)
本期编辑:
张犇(山西大学生命科学学院)
审核校对:

国志信(河南农业大学园艺学院)

郭建伟(昆明学院云南省魔芋生物学重点实验室)

郝宇琼(山西农业大学)

黄俊文(肇庆学院生命科学学院)

蒋伟(湘湖实验室/南京农业大学)

李正男(内蒙古农业大学园艺与植物保护学院)

李博(湖北省农业科学院粮食作物研究所)

廖新阳(四川农业大学农学院)

吕斌娜(中国农业科学院烟草研究所)

聂文锋(山东农业大学园艺科学与工程学院)

舒灿伟(华南农业大学植物保护学院)

夏子豪(沈阳农业大学植物保护学院)

徐晓召(青岛农业大学园艺学院)

赵旭升(中国科学院深圳先进技术研究院)

朱玉涛(河南城建学院生命科学与工程学院)

投稿、转载、合作、加群请扫描以下微信二维码
投稿邮箱:renruinjau@163.com
扫描图中二维码关注我们!
新青年植物学家公众号仅为推广植物学/作物学/园艺学/生态学等相关领域科学前沿研究,互相交流学习,纯公益行为。将不定期邀请相关领域专家学者,围绕基金申请、专利申请与转化和最新科研成果等方面开展在线交流分享,不定期发布植物学趣味科普,高水平科研论文解读、基金申报经验分享、生物信息学和实验技术教学视频等相关实用内容。本平台还建有微信学术交流群,希望更多从事植物生物胁迫(病虫害)、非生物胁迫(重金属、盐碱、高温、干旱等)、生物信息学、产量和品质等相关科学研究的青年学者关注和加入我们(可私信留言)。

最新文章

随机文章