有益细菌是一把双刃剑

　　最近的一篇论文表明，特拉华大学获得专利的有益细菌UD1022可以保护苜蓿植物免受导致植物疾病的真菌病原体的侵害。与此同时，一篇较早的论文表明，促进植物生长的细菌，如UD1022，有时有黑暗的一面，并对抗土壤中存在的其他有益细菌。这是一个重要的信息，因为农业行业正朝着广泛使用生物刺激素来促进作物生长和产量的方向发展。

　　

   

   

图片:UD博士后研究员Amanda Rosier是两篇报告UD1022行为的论文的主要作者，UD1022是一种UD专利的有益细菌，可以帮助保护紫花苜蓿免受真菌病原体的侵害。

紫花苜蓿，在拉丁语中也被称为Medicago sativa，是一种农业作物，是豆科植物的一部分。对于奶牛来说，它是一种富含蛋白质的食物来源，容易消化，可以增加牛奶产量。如果你是冰淇淋或其他乳制品的爱好者，这是个好消息。

然而，紫花苜蓿容易受到常见真菌疾病的影响，如春季黑茎或根腐病，这可能会限制作物产量。

特拉华大学植物生物学家Harsh Bais和博士后研究员Amanda Rosier最近在《植物》杂志上发表的一篇论文表明，UD1022，一种获得ud专利的有益细菌，可以保护苜蓿植物免受导致植物疾病的真菌病原体的侵害。

获得ud专利的微生物UD1022是一种独特的枯草芽孢杆菌菌株，枯草芽孢杆菌是一种天然有益细菌，生活在根表面和周围土壤或根际。UD1022是一种生长促进剂，可以帮助植物茁壮成长。它也被认为是一种植物保护者，因为它有能力帮助植物在受到这些微观疾病病原体之一的攻击时，产生全系统的抵抗。

该论文的第一作者Rosier通过之前的工作了解到UD1022对豌豆和扁豆等豆类有益。她想知道UD1022是否能帮助紫花苜蓿抵御常见的真菌疾病。因此，她在实验室里用UD1022挑战了四种不同的真菌病原体，看看它是否能阻止真菌感染紫花苜蓿。它做到了。

罗西尔说，她认为这是因为像UD1022这样的枯草芽孢杆菌会产生一种叫做表面素的分子，这种分子可以起到抗生素的作用，增强植物对真菌的抵抗力。为了验证这一理论，她去除了UD1022中产生这种抗生素的基因，然后重新测试了改良的UD1022细菌和真菌菌株。Rosier发现，如果没有产生表面素的基因，UD1022就失去了作为广谱抗真菌药物的能力。进一步的实验表明，生物膜——帮助微生物粘附在植物上的厚的含糖涂层——也在UD1022抑制某些物种的紫花苜蓿真菌病原体的能力中发挥作用。

这是一个好消息，可以为进一步的植物和现场研究铺平道路，以了解这种拮抗行为。

然而，Rosier和Bais发现并不是UD1022的所有属性都是有益的。事实上，UD1022的关系似乎很复杂，这个臭名昭著的植物助手甚至可能有黑暗的一面。

对朋友和敌人都不友好

UD1022生活在植物根的表面，它可以帮助促进植物生长。它已被证明对一些与根瘤菌相互作用的豆科植物特别有帮助，根瘤菌是一种与豌豆和扁豆家族植物形成特殊关系的好细菌。

根瘤菌生活在植物根部的结节内，并固定大气中的氮，这是植物生长所必需的营养物质，通常很难获得。这是一种共生关系，植物以氮为食，细菌则有了家。

UD1022已获得巴斯夫(BASF)的许可，并被纳入市场上已有的四种商业产品中，并在美国和加拿大销售。一种名为nodator Duo的成功商业产品在美国和加拿大销售和使用，以促进豌豆和扁豆的固氮和植物健康。

在早期的研究中，Rosier展示了根瘤菌等形成结节的细菌使用一种称为群体感应的通信方式，在这种方式中，信号分子呼叫其群落中的细胞，并告诉它们在植物根部定居并帮助固定氮。

研究小组理论上认为，既然已知UD1022在小扁豆和根瘤菌的相互作用中如此有帮助，它也可能通过促进根系生长和为根瘤菌生长提供更多的表面积来促进苜蓿的这种联系。

“但当阿曼达做这个实验时，我们实际上看到了一个负面的结果，”拜斯说。UD1022非但没有起到帮助作用，反而以某种方式损害了植物与根瘤菌之间的联系，导致植物的表现不佳。这项工作表明，UD1022可以通过中断这种通信有效地使这些信号分子沉默。

这促使Rosier深入挖掘(是的，一个土壤双关语)，以解析根瘤菌和UD1022之间的细菌-细菌相互作用。研究小组知道根瘤菌会分泌化学物质来鼓励更多的细菌在根部定植。当Rosier在没有植物的情况下直接将UD1022添加到根瘤菌中时，它无法生长。

在去年秋天发表的一篇植物方法论文中，Rosier描述了一种用肉眼可视化这种“群体感应”的方法，使用一种叫做生物传感器的工具来检测这些通信信号分子。当生物传感器检测到培养皿中存在通信信号分子时，它变成了蓝色。蓝色的量越大、颜色越深，就表示存在越多的交流信号。蓝色越少，通信信号就越少。

当她将根瘤菌添加到苜蓿植株中时，Rosier在植株根表面观察到一个漂亮的蓝色斑点。但是当Rosier把根瘤菌和UD1022放在一起时，蓝色斑点几乎完全消失了。UD1022正在分泌一种分子，这种分子中断了根瘤菌发送的信息，使其同类能够定居在植物根部，以帮助植物生长。这增加了植物的风险，因为它不能正确地固定氮。

罗希尔说:“我们有这种有益细菌UD1022，在某些情况下，它可能没有我们想要的那么有益，所以我们必须小心如何使用它。”

没有一刀切的方法

这两篇论文共同说明了植物生长促进细菌(如UD1022)的不同功能反应范围。这不是万能的。

这是一个重要的信息，因为农业行业正朝着广泛使用生物刺激素来促进作物生长和产量的方向发展。Rosier说，需要更多的研究来了解如何以及何时将这些有益细菌应用于该领域的细节。例如，也许最好的方法是先使用根瘤菌来帮助生长，然后再使用UD1022来控制害虫。

此外，Bais说，了解UD1022在病原体中中断通信信号的能力也可以应用于人类健康。例如，患有囊性纤维化的人免疫功能低下，使他们患医院获得性细菌(如肺炎)的风险增加。肺炎也是一种细菌，它利用群体感应在肺部形成薄膜，导致呼吸困难。

Bais说:“许多人类病原体使用相同的策略来引起毒性或感染。”“了解UD1022如何切断负责生成薄膜的信号分子，可以为新的治疗方法提供线索，使患者更健康。”

文章标题

Surfactin and Spo0A-Dependent Antagonism by Bacillus subtilis Strain UD1022 against Medicago sativa Phytopathogens