aBIOTECH | 中国农科院植保所揭示甲基硫菌灵及代谢物削弱根际微生物介导对黄瓜枯萎病的防御反应

黄瓜枯萎病是由尖孢镰刀菌黄瓜专化型（Fusarium oxysporum f. sp. Cucumerinum）侵染引起的一种土传病害，常年发病率介于10%~30%，主要从黄瓜根部或伤口侵入，一旦发病就是毁灭性的。根际微生物与植物根系共同生长、共同演化形成复杂功能性的生态区域，被认为是抵御病原微生物入侵的第一道防线，与植物的健康密切相关。甲基硫菌灵和多菌灵灌根施用是生产上用来防控黄瓜枯萎病的常见措施。然而，农药灌根处理会使药剂直接接触土壤，这是否会改变土壤微生物群落，微生物群落的变化又会如何影响黄瓜枯萎病的效应，均尚缺乏相关的研究。

近日，中国农业科学院植物保护研究所郑永权团队吴小虎研究员在aBIOTECH 发表了题为“Thiophanate-methyl and its major metabolite carbendazim weaken rhizobacteria-mediated defense responses in cucumbers against Fusarium wilt” 的研究论文。

该研究首先利用胚根接菌法，对19份黄瓜种质资源进行枯萎病抗性鉴定，筛选出龙园秀春和蔬研2号为抗病品种，中农6号和中农38号为感病品种。利用盆栽试验，进一步证实了以上4个黄瓜品种对枯萎病抗、感性差异，并选择其作为后续实验的种质资源（图1）。

图1 不同黄瓜品种枯萎病抗性鉴定

作者研究了2种不同土壤中抗/感枯萎病黄瓜根际微生物组的差异，发现土壤类型是影响黄瓜根际细菌组成的主要因素，其次是黄瓜品种。在黑土中，抗、感病黄瓜品种根际细菌的组成存在显著差异，且抗病品种根际细菌的多样性显著高于感病品种。网络结构分析表明，Bacillus是微生物网络结构的关键物种，且抗病品种根际土壤中的丰度显著高于感病品种。进一步从黄瓜根际土壤中分离鉴定，获得Bacillus subtilis属菌群（LD15），经对峙培养发现Bacillus subtilis LD15具有体外抑菌活性，而且盆栽试验证实土壤LD15能降低黄瓜枯萎病的病情指数。此外，抗病品种根际富集的Bacillus subtilisLD15数量显著高于感病品种。研究结果证实了抗病黄瓜品种可通过招募具有拮抗功能Bacillus在根际富集，增强自身对抗枯萎病的拮抗能力（图2）。

图2 抗/感枯萎病黄瓜根际微生物的结构和组成

然而，杀菌剂甲基硫菌灵及代谢物多菌灵灌根处理，显著降低了黄瓜根际细菌的多样性和Bacillus在抗病品种黄瓜根际微生物的丰度，消除了其在细菌网络结构中的核心种群地位，而且减少了Bacillus subtilis LD15在根际的定殖能力，这在一定程度上削弱了黄瓜抗枯萎病的能力（图3）。

图3 甲基硫菌灵及代谢物多菌灵胁迫下的微生物群落以及Bacillus subtilis LD15种群的变化

该研究得到了中国农业科学院青年创新专项等项目的资助。中国农业科学院植物保护研究所崔凯博士（现工作于山东省农业科学院质量标准研究所）和山东农业大学植物保护学院夏晓明教授为本文的共同第一作者。中国农业科学院植物保护研究所吴小虎研究员为通讯作者。中国农业科学院植物保护研究所郑永权研究员、董丰收研究员、刘新刚研究员、徐军研究员、潘兴鲁副研究员、张盈博士、曹俊丽博士，山东省农业科学院张悦丽副研究员以及山东农业大学硕士生王有为参与了研究。

引用本文：

Cui, K., Xia, X., Wang, Y. et al. Thiophanate-methyl and its major metabolite carbendazim weaken rhizobacteria-mediated defense responses in cucumbers against Fusarium wilt. aBIOTECH(2024). https://doi.org/10.1007/s42994-024-00181-5

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