土傳青枯病是西紅柿、辣椒、煙草等數(shù)百種常見經(jīng)濟(jì)作物最主要的病害之一，在我國各省份幾乎都有發(fā)現(xiàn)，影響作物上百種，最嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致絕收。
一直以來，傳統(tǒng)的農(nóng)藥噴施、熏蒸等措施在阻控病害發(fā)生中發(fā)揮重要作用，但容易使病原菌產(chǎn)生耐藥性，并且廣譜殺菌手段在殺滅病原菌的同時(shí)，也殺滅了其他微生物，破壞了土壤生態(tài)，使反撲回來的有害菌更難被抑制。
近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院沈其榮教授帶領(lǐng)的土壤微生物與有機(jī)肥團(tuán)隊(duì)微生態(tài)與根際健康實(shí)驗(yàn)室，在利用噬菌體定向調(diào)控土壤菌群-防控土傳青枯病領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該成果揭示噬菌體不僅可以“專性獵殺”和“精準(zhǔn)靶向”病原菌，降低其生存競爭能力；同時(shí)還能夠重新調(diào)整根際土壤菌群的結(jié)構(gòu)，恢復(fù)群落多樣性，增加群落中拮抗有益菌的豐度。成果于12月3日凌晨零點(diǎn)發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然生物技術(shù)》上。
土壤環(huán)境惡化，土傳病害頻頻發(fā)生
近年來，一些地區(qū)因?yàn)榧s化農(nóng)業(yè)的不合理措施，如化肥農(nóng)藥的持續(xù)過量投入以及經(jīng)濟(jì)作物的單一連作，導(dǎo)致土壤微生物群落結(jié)構(gòu)嚴(yán)重失衡，生態(tài)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(nóng)作物是無害的，有一些還承擔(dān)著一定的功能，比如養(yǎng)分周轉(zhuǎn)、分解進(jìn)入土壤的有害物質(zhì)等。但也有一部分是有害的，可能導(dǎo)致農(nóng)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，客觀上也有保護(hù)農(nóng)作物的作用，有效降低有害菌對農(nóng)作物的危害”，論文共同第一作者韋中博士說。
土壤養(yǎng)分周轉(zhuǎn)不暢、污染難以消解、土傳病害頻發(fā)就是土壤微生態(tài)失衡重要證據(jù)，這些也是農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境領(lǐng)域亟待解決的難題。“土壤不健康了，給作物供應(yīng)再多養(yǎng)分也沒有用?！鄙蚱錁s教授說道。
由青枯菌引起的土傳青枯病，是團(tuán)隊(duì)中徐陽春教授和韋中博士負(fù)責(zé)的微生態(tài)與根際健康實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)關(guān)注的對象。
韋中博士介紹，“青枯菌在土壤中存活時(shí)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(diào)查顯示，在我國，只有三四個(gè)省份沒有報(bào)道過相關(guān)疾病，其他地方都有，100多種植物受它影響。我們曾經(jīng)在一些地方見到青枯病導(dǎo)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(tǒng)的方法多是噴施農(nóng)藥或藥物熏蒸，韋中介紹，化學(xué)農(nóng)藥和熏蒸等方法短期內(nèi)見效快，但病原菌容易形成耐藥性；再加上農(nóng)藥和熏蒸劑靶向性不強(qiáng)，在殺滅病原菌的同時(shí)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(tài)功能，很可能導(dǎo)致病原菌二次侵染時(shí)造成更大危害。
“就像‘化療’一樣，殺滅癌細(xì)胞，也殺滅了健康細(xì)胞。青枯病的傳統(tǒng)治療方式也類似，因?yàn)槎嗍褂脧V譜抗生素，針對性不強(qiáng)，殺滅青枯菌的同時(shí)，也會(huì)殺滅其他微生物，結(jié)果導(dǎo)致土壤微生態(tài)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(jìn)去都能分解，其實(shí)不然。農(nóng)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(tài)的紊亂，進(jìn)而使得有害菌泛濫，難以控制”。
能否找到一種既能精準(zhǔn)獵殺土壤病原菌，又不破壞土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能的環(huán)境友好型措施呢？這是可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展亟須的土傳病害防控技術(shù)：“精準(zhǔn)治療+生態(tài)友好”。
“我們發(fā)現(xiàn)，土壤中噬菌體經(jīng)過一定組合，可以顯著降低根際病原青枯菌的數(shù)量”，韋中介紹說，“噬菌體是一類專性侵染細(xì)菌的病毒，有很多種，在環(huán)境中普遍存在。噬菌體對宿主細(xì)菌具有高度侵染特異性，可以實(shí)現(xiàn)對特定病原菌的精準(zhǔn)裂解，并且能夠動(dòng)態(tài)壓制病原菌數(shù)量。但單一種類的噬菌體對青枯菌的侵染并不顯著，在經(jīng)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(huì)下降”。
和傳統(tǒng)的“滅殺病原菌同時(shí)也滅殺其他細(xì)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(zhǔn)滅殺青枯菌，“就像是靶向治療一樣，只打靶子，不會(huì)誤傷”，韋中說。
此外，研究發(fā)現(xiàn)，噬菌體組合滅殺青枯菌之后，還在一定程度上有恢復(fù)土壤微生態(tài)的作用。研究發(fā)現(xiàn)，病原青枯菌會(huì)導(dǎo)致土壤群落結(jié)構(gòu)發(fā)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(fù)，被破壞的微生物群落多樣性可以恢復(fù)提升到原有水平。
“這就相當(dāng)于，不僅找到了精確獵殺病原菌的‘狙擊手’，同時(shí)還觸發(fā)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(tuán)’，這將為應(yīng)用推廣噬菌體療法作為精準(zhǔn)靶控、生態(tài)安全的土傳病害防治措施提供重要的理論依據(jù)”，沈其榮說。