近日，安博网页版农学院韩剑副教授团队在Frontiers in Microbiology 期刊上在线发表了题为“Cystobacter fuscus HM-E: a novel biocontrol agent against cotton Verticillium wilt”的研究论文。该研究揭示了黏细菌在棉花黄萎病生物防治中的应用潜力，为棉花黄萎病的生物防控提供了新的生防微生物资源。
棉花作为我国重要的战略经济作物，其安全生产直接关系到国家纺织工业稳定和新疆地区经济发展。然而，由大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）引起的棉花黄萎病，具有病原菌存活期长、传播途径广、化学防控难度大等特点，严重威胁新疆棉花可持续生产，迫切的需要开发有效的防控措施。
黏细菌是一类具有社会性行为特征和捕食行为的高等原核生物，是土壤中的“土著菌”。黏细菌不仅可以通过“狼群式”捕食行为和滑行运动主动捕食其他微生物，还能分化出抗逆性强的黏孢子，具备较强的环境适应能力，同时能够产生丰富多样的次级代谢产物和水解酶，这些特性赋予黏细菌独特的生防优势，使其被视为一类新型生防微生物。
韩剑副教授团队基于前期建立的黏细菌菌种资源库，从中筛选出一株对大丽轮枝菌、尖孢镰刀菌等多种植物病原真菌具有广谱高效抗菌活性的黏细菌菌株HM-E，经鉴定该菌株属于Cystobacter fuscus（图1）。通过盆栽试验发现利用白星花金龟虫砂作为发酵基质制备的黏细菌HM-E固体菌剂对棉花黄萎病的防效达到70.9%，同时还具有显著的促生效果（图2）。对其生防机制研究发现，黏细菌HM-E能够通过“狼群”捕食行为主动捕食大丽轮枝菌菌丝，引起大量菌丝断裂、穿孔和畸形（图3）。同时该菌株分泌的非挥发性代谢产物和VOCs均能抑制大丽轮枝菌的菌丝生长和孢子萌发，具有多重抗菌效应（图4）。进一步研究发现，黏细菌HM-E分泌的胞外酶能够破坏大丽轮枝菌的细胞壁、细胞膜并能引起胞内活性氧爆发（图5），在其抗真菌机制中发挥关键作用。
图1菌株 HM-E 的形态学鉴定（A）黏细菌诱导分离方法示意图；（B）菌株HM-E子实体形态；（C）菌株HM-E的菌落形态；（D）普通光学显微镜下菌株HM-E营养细胞及孢子形态；（E）扫描电镜下菌株HM-E子实体形态；（F）扫描电镜下菌株HM-E营养细胞形态。
图2 C. fuscus HM-E对棉花黄萎病的室内防效（A）接种菌株HM-E发酵液对棉花黄萎病的盆栽防效；（B）接种菌株 HM-E 固体菌剂对棉花黄萎病的盆栽防效；（C）菌株HM-E发酵液灌根处理的发病率、病情指数及防效；（D）菌株HM-E固体菌剂处理的发病率、病情指数及防效。
图3 C. fuscus HM-E对大丽轮枝菌的捕食作用（A）菌株HM-E对大丽轮枝菌的平板捕食作用；（B）未参与捕食的黏细菌大量聚集形成子实体；（C）正常大丽轮枝菌菌丝；菌株HM-E与大丽轮枝菌菌丝接触后，菌丝出现大量断裂（D），穿孔和畸形（E）；（F）菌株HM-E分泌的大量网状代谢产物。
图4 C. fuscus HM-E无菌发酵滤液和挥发性气体对大丽轮枝菌的抑制作用。（A）菌株 HM-E无菌发酵液对大丽轮枝菌菌丝和孢子萌发的抑制作用；（B）菌株 HM-E 挥发性有机物对大丽轮枝菌菌丝生长的抑制作用；（C）菌株 HM-E无菌发酵滤液对大丽轮枝菌孢子的裂解率和孢子萌发抑制率。
图5 C. fuscus HM-E胞外粗酶液对大丽轮枝菌菌丝细胞壁、细胞膜完整性和细胞活性氧积累的影响
安博网页版农学院韩剑副教授和2022级硕士研究生石美丽为该文的共同第一作者，韩剑副教授和傅本重副教授为共同通讯作者。该研究受到新疆维吾尔自治区天山英才培养计划( 2023TSYCLJ0011)、国家重点研发计划(2022YFD1400304)和新疆维吾尔自治区农业和农村厅新疆棉花产业技术体系支持。
