新型广谱噬菌体与拮抗性细菌菌株的联合应用：显著提升了针对由链霉菌引起的马铃薯疮痂病的生物防治效果

《Pharmaceutical Science Advances》：Combined application of novel broad-spectrum bacteriophages and antagonistic bacterial strain: enhanced biocontrol efficacy against Streptomyces induced potato common scab

　　土豆常见溃疡病由链霉菌引起，化学防治存在环境风险。本研究从土壤中分离出三种新型广谱噬菌体（pSt2308、pSt2402、pSs2407），对致病性链霉菌（S. scabies、S. acidiscabies等）具有裂解活性且环境稳定（耐温4-50℃、pH3-11、UV），与拮抗菌Bacillus cereus BC-1协同增效，显著降低病害严重度并促进作物生长。该组合为可持续生物防治提供新策略。

　　土豆普通疮痂病（Potato Common Scab, PCS）是一种由致病性链霉菌（*Streptomyces* spp.）引起的全球性病害，对土豆生产造成严重的经济损失。目前，传统化学防治方法虽然在一定程度上可以控制该病害，但其带来的环境风险以及促进抗生素耐药性的潜在危害，使得寻找可持续的替代方案成为迫切需求。本研究从土豆田土壤中分离出三种新型广谱噬菌体（pSt2308、pSt2402 和 pSs2407），这些噬菌体能够有效裂解多种致病性链霉菌菌株，同时不会对非致病性菌种产生显著影响。所有三种噬菌体在环境稳定性方面表现出色，能够耐受较宽的温度范围（4–50?°C）、pH 值（3?11）以及紫外线照射。全基因组测序结果表明，这三种噬菌体属于尾部噬菌体纲（*Caudoviricetes*），其中 pSt2308 和 pSt2402 被鉴定为新的噬菌体物种。在体外实验中，噬菌体混合物（噬菌体 cocktails）能够迅速裂解病原菌，而在体内实验中，对土豆切片和萝卜幼苗的处理则显著降低了病害的严重程度，并促进了植物的生长。此外，结合具有强抑制作用的拮抗菌 *Bacillus cereus* BC-1，该噬菌体混合物在控制混合感染的致病性链霉菌时表现出协同增强的生物防治效果。研究结果突显了噬菌体与拮抗菌组合在生物防治中的协同潜力，为管理 PCS 提供了一种环保且有效的策略，为化学农药的替代方案提供了新的希望。

土豆（*Solanum tuberosum L.*）是全球第三重要的粮食作物，仅次于小麦和水稻（Wang et al., 2024a）。它在全球范围内广泛种植，是超过十亿人口的主食，对全球粮食安全起着至关重要的作用（Haq et al., 2023; Li et al., 2025）。然而，土豆普通疮痂病（PCS）作为一种由致病性链霉菌引起的细菌病害，成为全球土豆种植面临的重要挑战和严重威胁（Biessy et al., 2024; Chen et al., 2024）。这种病原菌通常通过土壤或种子传播，并在块茎表面诱导形成坏死病变，表现为不规则的褐色或黑色菌核斑块。这些病变通过表皮栓化和木栓层增生形成扁平、凹陷或隆起的菌核斑块，严重破坏块茎表面的完整性，影响其市场价值，因为表皮损伤严重（Xia et al., 2022）。目前，已有超过20种链霉菌被确认为引起 PCS 的病原菌（Zhang et al., 2024）。新的链霉菌病原菌仍在不断出现，包括近年来在中国被报道为引起土豆普通疮痂病的 *S. niveiscabiei* 和 *S. brasiliscabiei*（Wu et al., 2024; Wu et al., 2023）。其中，*S. scabies*、*S. acidiscabies* 和 *S. turgidiscabies* 被认为是最广泛分布的致病性链霉菌种类（Cui et al., 2021; Li et al., 2019b）。除了引起 PCS，致病性链霉菌还可能在其他作物如萝卜、胡萝卜和甜菜上诱发类似疮痂的病害症状（Clarke et al., 2022; Li et al., 2019a）。

尽管在 PCS 管理方面持续进行研究，但高效且可持续的病害控制仍然是一个重大挑战。传统化学防治方法，如使用农药或土壤熏蒸，可能会导致环境污染，破坏土壤微生物群落，并促进抗生素耐药性细菌的出现（Li et al., 2021; Tao et al., 2023）。另一方面，常规农业实践如优化轮作和调节土壤 pH 值，由于环境限制和实施障碍，往往无法实现一致的病害控制效果，导致田间防治效果不稳定（Braun et al., 2017; Cao et al., 2025）。因此，有效的病害管理需要能够适应多种环境条件、具有广谱病原菌抑制能力，并且能特异性针对病原菌的干预措施。作为化学农药的可持续替代方案，生物防治可以在不破坏生态系统的前提下实现对病原菌的针对性控制。已广泛研究的拮抗菌包括 *Bacillus* 属（Cui et al., 2022; Meng et al., 2013; Zhou et al., 2022）、非致病性链霉菌（Hiltunen et al., 2017; Zhang et al., 2020）以及 *Pseudomonas* 属（Arseneault et al., 2015; Biessy and Filion, 2022），这些微生物通过抗菌作用、竞争或诱导系统性抗性等方式显示出显著的病原菌抑制潜力。

近年来，噬菌体被广泛认为是控制细菌病害的安全且有效的生物制剂（Biosca et al., 2024; Colin et al., 2017; Kim et al., 2025）。针对 PCS 的噬菌体应用首次于2001年被报道（McKenna et al., 2001），随后有多个研究探讨了基于噬菌体的生物防治策略，以应对致病性链霉菌。从 *S. scabies* 中分离出的噬菌体 SscP1EGY 在受控的盆栽实验中显著降低了土豆疮痂病的症状严重程度（Abdelrhim et al., 2021）。此外，从 *S. stelliscabiei* 中分离出的三种噬菌体株（Psst1、Psst2 和 Psst4）在盆栽实验中也表现出良好的效果（Zhang et al., 2024）。这些研究表明，噬菌体的应用能够显著缓解疮痂病症状的发展，降低病害发生率，并减少与土豆普通疮痂病相关的病害指数。然而，研究也表明，针对致病性链霉菌的噬菌体宿主范围仍然较为狭窄，而 PCS 可能由多种不同的病原菌引起。因此，迫切需要分离出能够高效裂解多种致病性链霉菌、具有广谱宿主特异性的噬菌体，并探索噬菌体与拮抗菌的协同应用，以增强对 PCS 的生物防治效果。

在本研究中，三种广谱噬菌体被成功分离并鉴定，能够有效裂解大多数致病性链霉菌。同时，一种有效的拮抗菌株被筛选出来，用于与噬菌体混合物的组合。通过多种实验测试，系统评估了噬菌体混合物（PC）、拮抗菌（AB）以及它们的组合（PC?+?AB）作为生物防治剂在 PCS 管理中的潜力。研究结果表明，这种生物防治策略在控制由致病性链霉菌引起的植物病害方面具有显著的前景。通过综合运用噬菌体和拮抗菌，可以实现对病害的高效控制，同时减少对生态环境的负面影响。这种组合不仅能够有效应对 PCS，还可能在其他由致病性链霉菌引起的病害中发挥重要作用。本研究提出的生物防治方法为植物病害的防控提供了一种新的思路，具有重要的应用价值。

本研究的实验设计涵盖了多个关键方面，包括细菌菌株的选择、噬菌体宿主范围的确定、环境稳定性测试以及基因组特征分析。在细菌菌株的选择上，共使用了20种菌株，其中包括15种致病性链霉菌分离株、2种非致病性链霉菌菌株、1种 *Kitasatospora xanthocidica* 菌株、1种 *Escherichia coli* 菌株和1种 *Bacillus cereus* 菌株（见表1）。其中，*S. scabies*（CGMCC 4.1765）、*S. acidiscabies*（CGMCC 4.1789）和 *S. turgidiscabies*（CGMCC 4.4780）是从中国普通微生物文化收集中心（CGMCC）获得的，其致病性在体内实验中得到了验证。所有链霉菌菌株在实验中均表现出不同的致病特性，这为后续噬菌体筛选和宿主范围分析提供了基础。通过选择具有代表性的致病菌株，研究能够更准确地评估噬菌体的裂解能力，并确保其在实际应用中的有效性。

在噬菌体宿主范围的确定方面，共从云南和山东的土豆田土壤中分离出13种噬菌体，使用多种致病性宿主菌株进行测试。所有三种噬菌体在48小时内能够在敏感宿主细菌上形成明显的噬菌斑（直径为1–2?mm），且在延长培养后未观察到进一步的噬菌斑形成。大多数这些噬菌体表现出较广的宿主范围（见表2），而 pSt2308 和 pSt2402（使用 CGMCC 4.4780 作为宿主分离）以及 pSs2407（使用 CGMCC 4.1765 作为宿主分离）则显示出更强的宿主特异性。这一结果表明，虽然某些噬菌体具有较广的宿主适应性，但特定的噬菌体与特定的致病菌株之间的匹配关系仍然重要。通过筛选具有广谱宿主范围的噬菌体，可以提高其在实际田间应用中的适应性，从而更有效地控制 PCS。

此外，研究还评估了噬菌体混合物与拮抗菌组合的生物防治效果。在体外实验中，噬菌体混合物能够迅速裂解致病菌，显示出高效的病原菌抑制能力。而在体内实验中，对土豆切片和萝卜幼苗的处理则显著降低了病害的严重程度，并促进了植物的生长。这表明，噬菌体混合物不仅能够在实验室条件下有效控制病害，而且在实际种植环境中也具有良好的应用潜力。同时，拮抗菌 *Bacillus cereus* BC-1 在控制 PCS 病害方面表现出较强的抑制能力，其与噬菌体混合物的协同作用进一步增强了生物防治效果。这种协同作用可能源于两种生物防治手段在病原菌抑制机制上的互补性，即噬菌体通过直接裂解病原菌，而拮抗菌则通过抗菌作用、竞争或诱导植物系统性抗性等方式抑制病原菌的生长和扩散。

研究还探讨了噬菌体与拮抗菌组合在不同环境条件下的稳定性。噬菌体混合物在较宽的 pH 值（3?11）和温度范围（4–50?°C）内均表现出良好的稳定性，同时对紫外线照射具有一定的耐受性。这一特性使得噬菌体混合物在实际田间应用中更加可行，因为其能够适应不同的土壤环境，并在自然条件下保持活性。此外，拮抗菌 *Bacillus cereus* BC-1 在不同环境条件下也表现出良好的适应性，其能够在多种土壤类型中存活并发挥抑制作用。这种环境适应性使得噬菌体与拮抗菌的组合在实际应用中具有更高的灵活性和可靠性。

在基因组特征分析方面，研究对三种噬菌体进行了全基因组测序，发现它们均属于尾部噬菌体纲（*Caudoviricetes*）。这一分类结果表明，这三种噬菌体在进化上具有一定的亲缘关系，同时也揭示了它们在基因结构和功能上的相似性。进一步的分析显示，pSt2308 和 pSt2402 被鉴定为新的噬菌体物种，这为未来的研究提供了新的方向。通过鉴定新的噬菌体物种，可以更全面地了解其在病害防控中的作用，并为后续的噬菌体工程和应用提供理论支持。此外，研究还发现，这些噬菌体在基因组中具有某些关键基因，这些基因可能与其裂解能力、宿主范围和环境稳定性有关。通过对这些基因的进一步研究，可以更深入地揭示噬菌体的生物学特性，并为其在农业中的应用提供科学依据。

本研究还评估了噬菌体混合物与拮抗菌组合在不同实验条件下的生物防治效果。在体外实验中，噬菌体混合物能够迅速裂解致病菌，显示出高效的病原菌抑制能力。而在体内实验中，对土豆切片和萝卜幼苗的处理则显著降低了病害的严重程度，并促进了植物的生长。这表明，噬菌体混合物不仅能够在实验室条件下有效控制病害，而且在实际种植环境中也具有良好的应用潜力。同时，拮抗菌 *Bacillus cereus* BC-1 在控制 PCS 病害方面表现出较强的抑制能力，其与噬菌体混合物的协同作用进一步增强了生物防治效果。这种协同作用可能源于两种生物防治手段在病原菌抑制机制上的互补性，即噬菌体通过直接裂解病原菌，而拮抗菌则通过抗菌作用、竞争或诱导植物系统性抗性等方式抑制病原菌的生长和扩散。

研究还探讨了噬菌体与拮抗菌组合在不同环境条件下的稳定性。噬菌体混合物在较宽的 pH 值（3?11）和温度范围（4–50?°C）内均表现出良好的稳定性，同时对紫外线照射具有一定的耐受性。这一特性使得噬菌体混合物在实际田间应用中更加可行，因为其能够适应不同的土壤环境，并在自然条件下保持活性。此外，拮抗菌 *Bacillus cereus* BC-1 在不同环境条件下也表现出良好的适应性，其能够在多种土壤类型中存活并发挥抑制作用。这种环境适应性使得噬菌体与拮抗菌的组合在实际应用中具有更高的灵活性和可靠性。

本研究的实验结果表明，噬菌体与拮抗菌的组合在生物防治中具有显著的协同效应。这种协同效应不仅提高了生物防治的效果，还增强了其在不同环境条件下的适应性。此外，研究还发现，噬菌体混合物能够有效降低病害的严重程度，促进植物的生长，而拮抗菌则能够增强植物的抗病能力。这种综合性的生物防治策略可能为未来的农业实践提供新的方向，尤其是在应对由多种病原菌引起的复合病害时。通过结合噬菌体和拮抗菌，可以实现对病原菌的高效控制，同时减少对生态环境的破坏，为可持续农业提供可行的解决方案。

此外，研究还强调了生物防治在现代农业中的重要性。随着人们对环境保护和食品安全的关注不断提高，传统化学防治方法的弊端日益显现，而生物防治则提供了一种更加环保和有效的替代方案。通过合理选择和应用噬菌体与拮抗菌，可以实现对病害的精准控制，同时减少对非目标微生物和环境的负面影响。这种生物防治策略不仅适用于 PCS，还可能在其他由细菌引起的植物病害中发挥重要作用。因此，本研究的成果不仅对 PCS 的防控具有重要意义，也为其他植物病害的生物防治提供了参考价值。

在实际应用中，噬菌体与拮抗菌的组合可能需要进一步优化，以提高其在不同环境条件下的适应性和效果。例如，可以通过筛选具有更广宿主范围的噬菌体，或者优化拮抗菌的接种方法，以提高其在田间环境中的有效性。此外，还可以通过研究噬菌体与拮抗菌之间的相互作用机制，进一步揭示其协同效应的生物学基础。这些研究将有助于开发更加高效和可持续的生物防治策略，为农业生产提供更加安全和环保的解决方案。

综上所述，本研究通过分离和鉴定三种新型广谱噬菌体，结合有效的拮抗菌，提出了一种创新的生物防治方法，用于控制由致病性链霉菌引起的植物病害。这种生物防治方法不仅能够有效降低病害的严重程度，促进植物的生长，还能够减少对生态环境的破坏，为可持续农业提供可行的解决方案。通过进一步的研究和优化，这种生物防治策略有望在未来的农业生产中发挥更大的作用，为全球粮食安全和环境保护做出贡献。