西紅柿、煙草青枯病最新研究發現“靶向療法”

發布日期:2019/12/12 9:09:52 瀏覽量:1489

土傳青枯病是西紅柿、辣椒、煙草等數百種常見經濟作物最主要的病害之一,在我國各省份幾乎都有發現,影響作物上百種,最嚴重時可能導致絕收。

  一直以來,傳統的農藥噴施、熏蒸等措施在阻控病害發生中發揮重要作用,但容易使病原菌產生耐藥性,并且廣譜殺菌手段在殺滅病原菌的同時,也殺滅了其他微生物,破壞了土壤生態,使反撲回來的有害菌更難被抑制。

  近日,南京農業大學資源與環境科學學院沈其榮教授帶領的土壤微生物與有機肥團隊微生態與根際健康實驗室,在利用噬菌體定向調控土壤菌群-防控土傳青枯病領域取得重要進展。該成果揭示噬菌體不僅可以“專性獵殺”和“精準靶向”病原菌,降低其生存競爭能力;同時還能夠重新調整根際土壤菌群的結構,恢復群落多樣性,增加群落中拮抗有益菌的豐度。成果于123日凌晨零點發表在國際頂級學術期刊《自然生物技術》上。

  土壤環境惡化,土傳病害頻頻發生

  近年來,一些地區因為集約化農業的不合理措施,如化肥農藥的持續過量投入以及經濟作物的單一連作,導致土壤微生物群落結構嚴重失衡,生態功能急劇削弱。

  “和人體一樣,土壤中有大量微生物,這些微生物絕大部分對農作物是無害的,有一些還承擔著一定的功能,比如養分周轉、分解進入土壤的有害物質等。但也有一部分是有害的,可能導致農作物生病、死亡等。正常情況下,微生物之間也有相互制約的作用,在一定程度上維系著微生物群落的平衡,客觀上也有?;づ┳魑锏淖饔?,有效降低有害菌對農作物的危害”,論文共同第一作者韋中博士說。

  土壤養分周轉不暢、污染難以消解、土傳病害頻發就是土壤微生態失衡重要證據,這些也是農業資源與環境領域亟待解決的難題。“土壤不健康了,給作物供應再多養分也沒有用?!鄙蚱淙俳淌謁檔?。

  由青枯菌引起的土傳青枯病,是團隊中徐陽春教授和韋中博士負責的微生態與根際健康實驗室重點關注的對象。

  韋中博士介紹,“青枯菌在土壤中存活時間長,能夠侵染番茄、茄子、辣椒、煙草、生姜、花生等400多種植物。青枯病是一種全球廣泛流行的土傳疾病,有調查顯示,在我國,只有三四個省份沒有報道過相關疾病,其他地方都有,100多種植物受它影響。我們曾經在一些地方見到青枯病導致整棚西紅柿死亡的例子”。

  從“化療”到“靶向治療”

  治療青枯病,傳統的方法多是噴施農藥或藥物熏蒸,韋中介紹,化學農藥和熏蒸等方法短期內見效快,但病原菌容易形成耐藥性;再加上農藥和熏蒸劑靶向性不強,在殺滅病原菌的同時也破壞了土壤正常的微生物群落,危及到土壤微生物的生態功能,很可能導致病原菌二次侵染時造成更大危害。

  “就像‘化療’一樣,殺滅癌細胞,也殺滅了健康細胞。青枯病的傳統治療方式也類似,因為多使用廣譜抗生素,針對性不強,殺滅青枯菌的同時,也會殺滅其他微生物,結果導致土壤微生態被破壞,微生物之間的制約性沒有了,一旦病原菌傳播,可能更難抑制”,韋中說,“土壤并不是任勞任怨的,看起來什么東西埋進去都能分解,其實不然。農藥、化肥的長期使用,單一作物的長期種植等,都可能造成土壤微生態的紊亂,進而使得有害菌泛濫,難以控制”。

  能否找到一種既能精準獵殺土壤病原菌,又不破壞土壤微生物群落結構和生態功能的環境友好型措施呢?這是可持續農業發展亟須的土傳病害防控技術:“精準治療+生態友好”。

  “我們發現,土壤中噬菌體經過一定組合,可以顯著降低根際病原青枯菌的數量”,韋中介紹說,“噬菌體是一類專性侵染細菌的病毒,有很多種,在環境中普遍存在。噬菌體對宿主細菌具有高度侵染特異性,可以實現對特定病原菌的精準裂解,并且能夠動態壓制病原菌數量。但單一種類的噬菌體對青枯菌的侵染并不顯著,在經過一定組合之后,才開始變得高效,并且組合多樣性越高,病原菌成功突變抵御噬菌體的概率越低。即便有一些青枯菌成功突變、殘存了下來,但它們的生長顯著減緩,這說明它們與土壤中其它微生物競爭的能力減弱,再次侵染作物根系的能力會下降”。

  和傳統的“滅殺病原菌同時也滅殺其他細菌”的藥物不同,噬菌體是土壤中原本就有的微生物,我們篩選的專性裂解噬菌體能夠精準滅殺青枯菌,“就像是靶向治療一樣,只打靶子,不會誤傷”,韋中說。

  此外,研究發現,噬菌體組合滅殺青枯菌之后,還在一定程度上有恢復土壤微生態的作用。研究發現,病原青枯菌會導致土壤群落結構發生巨變,并且多樣性顯著下降。不過,這種影響可以被噬菌體修復,被破壞的微生物群落多樣性可以恢復提升到原有水平。

  “這就相當于,不僅找到了精確獵殺病原菌的‘狙擊手’,同時還觸發了根際免疫,讓原先被打垮的根際菌群又組建了一支‘防御軍團’,這將為應用推廣噬菌體療法作為精準靶控、生態安全的土傳病害防治措施提供重要的理論依據”,沈其榮說。

{ganrao}