文献速览 | 云南农业大学团队Microbiological Research发文 揭开木霉-芽孢杆菌联手防控柑橘两大病害的底层逻辑

由亚洲韧皮部杆菌（Candidatus Liberibacter asiaticus, CLas）引起的柑橘黄龙病与根腐病的协同发生，正严重威胁全球柑橘产业的可持续发展。本研究对中国7个省份9个主要柑橘产区开展系统性田间调查，明确了两者的广泛共存关系，其中卵菌纲（包括疫霉菌属Phytophthora spp.和腐霉菌属Pythium spp.）占根腐病病原体的65.22%。鉴定出高致病性菌株烟草疫霉（Phytophthora nicotianae）CR62和茄病镰刀菌（Fusarium solani）CR15为主要根腐病致病菌。通过定向筛选获得棘孢木霉（Trichoderma asperellum）NY-1，其对根腐病病原菌抑制率超过60%，且与具有黄龙病防控功能的枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）L1-21高度兼容。代谢分析表明，NY-1的无细胞滤液主要通过调控氨基酸代谢、能量代谢及ABC转运蛋白通路，显著重塑了L1-21的整体代谢谱，全面改变了其细胞代谢活性。基于此构建的跨界合成菌群SynCom NL，在盆栽试验中处理90天后显著促进了植株生长，提高了根际脲酶和蔗糖酶活性。高通量测序分析表明，SynCom NL有效富集了有益微生物类群（芽孢杆菌属、鞘氨醇单胞菌属、木霉属、腐质霉属），同时抑制了病原菌类群（镰刀菌属、青霉属、新赤壳属）。根系防御酶活性检测结果显示，超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、苯丙氨酸解氨酶和多酚氧化酶均被显著激活，最终实现了92.86±8.25%的根腐病防控效果。本研究针对黄龙病-根腐病复合病害开发的木霉-芽孢杆菌跨界合成菌群，为柑橘产业的生物综合防控与可持续生产提供了重要的技术基础。

柑橘属植物是全球重要的多年生木本经济作物，2024年中国柑橘产量约达5000万吨，位居世界前列。然而，黄龙病和根腐病的发生严重威胁着柑橘产业的稳定性。柑橘黄龙病由不可培养的细菌亚洲韧皮部杆菌引起，若不采取控制措施，产量损失可超过50%。该病主要通过带病苗木、嫁接材料和亚洲柑橘木虱传播，破坏韧皮部运输，诱发胼胝质沉积并抑制免疫应答，导致叶片黄化、枝条衰退、果实畸形、根腐减产甚至植株死亡。柑橘根腐病则由多种病原体引起，其中疫霉菌和镰刀菌属为主因，这些病原体侵染根系和茎基部，阻碍养分吸收，导致树势衰弱，并削弱植株对黄龙病等逆境的抵抗力。先前研究表明，黄龙病感染会提升疫霉菌和镰刀菌的水平，单独根腐导致的根系损失约10%，而复合感染下根系损失超过27%。这种协同效应通过破坏微生物群落加剧了病害严重度并加速植株衰退，但核心机制尚不明确，综合防控策略的缺乏是柑橘病害管理中的主要研究瓶颈之一。目前，黄龙病和根腐病的管理在很大程度上依赖抗生素和杀菌剂，不仅效果有限，且对食品安全和人类健康构成威胁。基于宿主-微生物相互作用的生物防治为植物病害管理提供了一条可持续的替代路径，但维管束病害的生物防治长期以来面临挑战，因为常规化学药剂和根际微生物很难到达病原体侵染部位。相比之下，植物内生菌在植物体内具有独特的稳定定殖和系统分布潜力。团队前期研究发现，从柑橘叶片分离的内生菌枯草芽孢杆菌L1-21具有卓越的内生定殖能力，甚至在韧皮部也能与CLas竞争共同生态位。田间应用结果表明，施用L1-21可显著降低感染植株中的CLas菌量，L1-21诱导的柑橘源代谢产物可通过养分与生态位竞争以及免疫诱导减轻黄龙病症状。然而，在我国主要柑橘产区，黄龙病与根腐病的共发生已显著加剧了柑橘衰退，削弱了常规单一病害防控策略的效果。此外，病原体动态、毒力及其与植物微生物组的相互作用正因气候变化而快速演变，可能降低现有生防制剂的效力。木霉属和芽孢杆菌属是目前应用最广泛的生防菌。最新研究表明，两者联用在植物病害和逆境胁迫中可产生协同效应：木霉菌分泌几丁质酶等酶类攻击病原菌细胞壁，芽孢杆菌则产生脂肽抗生素破坏细胞膜，形成对细胞壁和细胞膜的双重攻击。因此，芽孢杆菌与木霉的联合应用可能实现对细菌性病原体（CLas）和真菌/卵菌性病原体（镰刀菌和疫霉）的同时控制，并能调节根际微生物组，应对柑橘损失的复合因素。基于此，本研究对柑橘园进行了实地调查，以评估黄龙病与根腐病共感染对柑橘的叠加有害效应，并在此基础上合理构建了由木霉和芽孢杆菌组成的跨界合成菌群，探索其协同防控柑橘黄龙病与根腐病的潜力，旨在为跨界合成菌群在复合病害生物防治中的应用提供科学依据，助力化学农药减量背景下柑橘产业的可持续发展。

研究团队在中国7个省份（云南、四川、广西、广东、江西、湖南、福建）的9个主要柑橘产区开展田间调查与样本采集（图1A）。基于种植面积、品种分布和栽培实践，采用分层随机抽样在每个省份选取一个具有典型黄龙病症状的果园（面积≥0.3公顷，树龄5-8年，主要品种包括沃柑、砂糖橘、脐橙等）。利用TaqMan qPCR检测样品中CLas的携带情况。采用组织分离法从病根中分离根腐病病原菌，结合形态学观察与ITS序列系统发育分析进行鉴定，并通过柯赫氏法则验证致病性。木霉菌筛选采用平板对峙法，以高致病性菌株烟草疫霉CR62和茄病镰刀菌CR15为靶标，评估各木霉菌株的抑制率与寄生活性。枯草芽孢杆菌L1-21为本实验室从柑橘叶片中分离的内生菌，前期研究已证明其在韧皮部具有卓越的内生定殖能力，并能与CLas竞争共同生态位，田间施用可显著降低CLas菌量。跨界合成菌群的兼容性分析通过共培养实验和无细胞滤液代谢组学（UHPLC-MS/MS）进行，重点检测氨基酸代谢、能量代谢及ABC转运蛋白通路的变化。盆栽实验在温室条件下进行，处理90天后分别测定植株生物量、根际土壤酶活性（脲酶、蔗糖酶）、根际微生物群落结构（16S rRNA/ITS高通量测序）以及根系防御酶活性（超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶）。数据统计分析采用单因素方差分析和相关性分析。

本研究首先对中国7个省份9个主要柑橘产区的田间调查发现，黄龙病与根腐病在柑橘园中广泛共存。健康柑橘树表现为枝叶繁茂、根系发达，而染病植株则长势衰弱，叶片黄化，根系表皮腐烂、须根大量脱落。所有采样点的叶片和根系CLas检测Ct值均低于35，证实存在黄龙病感染。根腐病病原体分离鉴定结果显示，卵菌纲（包括疫霉菌和腐霉菌）占根腐病病原体的65.22%，其中高致病性菌株烟草疫霉CR62和茄病镰刀菌CR15为主要致病菌。值得注意的是，根腐病病情指数与CLas菌量无显著相关性，暗示两者在田间可能呈现协同而非直接的因果关系。针对上述主要致病菌，研究团队定向筛选了多株木霉菌。结果显示，棘孢木霉NY-1对烟草疫霉CR62和茄病镰刀菌CR15的抑制率超过60%，且对CR62表现出强拮抗活性与寄生效应。

更为重要的是，NY-1与前期已证明可有效防控黄龙病的枯草芽孢杆菌L1-21在共培养体系中高度兼容，无明显的生长抑制现象。采用UHPLC-MS/MS进行的代谢组学分析进一步揭示，NY-1的无细胞滤液通过调控氨基酸代谢、能量代谢及ABC转运蛋白通路，显著重塑了L1-21的整体代谢谱，全面改变了其细胞代谢活性。这一发现从代谢层面阐明了跨界菌株之间通过代谢物交换实现协同增效的分子机制。基于上述兼容性分析，研究团队将棘孢木霉NY-1与枯草芽孢杆菌L1-21按优化比例构建了跨界合成菌群，命名为SynCom NL。盆栽实验结果显示，SynCom NL处理90天后，植株的地上部分生物量和根系生物量均显著高于对照组。根际土壤酶活性检测表明，脲酶和蔗糖酶活性均显著提升，提示SynCom NL能够改善根际土壤的养分转化效率。同时，SynCom NL在非灭菌土壤环境中仍能维持稳定的促生效果，显示出良好的环境适应性与实际应用潜力。

为进一步揭示SynCom NL的作用机制，研究团队对根际微生物群落进行了16S rRNA/ITS高通量测序分析。结果表明，SynCom NL处理显著改变了柑橘根际微生物群落的组成结构：有益微生物类群（芽孢杆菌属、鞘氨醇单胞菌属、木霉属、腐质霉属）被显著富集，而病原菌类群（镰刀菌属、青霉属、新赤壳属）则被有效抑制。功能预测分析进一步显示，SynCom NL处理显著强化了与碳代谢、氮循环、生物膜形成以及群体感应相关的代谢通路，这些功能变化与植株生物量积累和根系生长呈现出显著的正相关关系，表明跨界合成菌群可能通过重塑根际微生态环境、建立“抑病型”微生物群落的方式，间接提升植株的健康水平。根系防御酶活性检测结果显示，SynCom NL处理显著激活了超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、苯丙氨酸解氨酶和多酚氧化酶的活性。其中，苯丙氨酸解氨酶和多酚氧化酶是与植物系统性获得抗性密切相关的关键酶，其活性的显著升高提示SynCom NL可能通过诱导植物自身的免疫应答来增强根系保护能力。综合酶活性数据与病情指数分析，SynCom NL最终实现了92.86±8.25%的根腐病防控效果，展现出良好的综合防控性能。

综上所述，本研究首次系统揭示了黄龙病与根腐病在我国主要柑橘产区的田间共存特征，并成功构建了基于木霉-芽孢杆菌的跨界合成菌群SynCom NL。与传统的单一菌株生物防治相比，本策略具有以下突出优势：通过真菌与细菌的代谢互补与协同增效，实现了对复合病害的多靶点防控；在重塑根际微生物组结构的同时，有效激活了植物自身的免疫防御系统，形成了“双管齐下”的保护机制；菌群成员均具有良好的环境适应性与菌株兼容性，为田间规模化应用奠定了基础。这一研究为柑橘复合病害的生物综合防控提供了可借鉴的范式。

本研究从柑橘黄龙病与根腐病复合危害的产业痛点出发，系统开展了病原菌鉴定、拮抗菌株筛选、跨界合成菌群构建及其作用机制解析等工作，取得了以下主要结论：

① 黄龙病与根腐病在中国主要柑橘产区广泛共存，其中卵菌纲（Phytophthora spp.和Pythium spp.）占根腐病病原体的65.22%，高致病性菌株烟草疫霉CR62和茄病镰刀菌CR15为主要致病菌；

② 棘孢木霉NY-1对根腐病病原菌抑制率超过60%，且与枯草芽孢杆菌L1-21在代谢层面高度兼容，NY-1的无细胞滤液主要通过调控氨基酸代谢、能量代谢及ABC转运蛋白通路重塑L1-21的整体代谢谱；

③ SynCom NL通过富集根际有益微生物（芽孢杆菌属、鞘氨醇单胞菌属、木霉属、腐质霉属）、抑制病原菌定殖（镰刀菌属、青霉属、新赤壳属），同时激活根系超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等防御酶系统，构建了多层次协同的植物保护网络；

④ SynCom NL处理90天后，植株生长显著改善，根际土壤脲酶和蔗糖酶活性提升，根腐病防控效果达92.86±8.25%。本研究针对黄龙病-根腐病复合病害开发的木霉-芽孢杆菌跨界合成菌群，为柑橘产业乃至其他经济作物的生物综合防控提供了可推广的技术路线，也为化学农药减量背景下的农业可持续发展注入了新的微生物资源。

DOI: 10.1016/j.micres.2026.128528