植物乳杆菌ZPZ与荧光假单胞菌PFS的生物防治效果及生物安全性比较研究：一种符合“一体健康”框架的青枯病防控新策略

《Scientific Reports》：Comparative biosafety and efficacy of Pseudomonas fluorescens PFS and Lactiplantibacillus plantarum ZPZ against Ralstonia solanacearum

　　本研究针对全球性毁灭性植物病原体青枯菌（Ralstonia solanacearum）的生物防治挑战，在“一体健康（One Health）”框架下，比较评估了具有GRAS（公认安全） status的植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）ZPZ与荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）PFS的效能与生物安全性。体外实验表明，ZPZ的无细胞上清液（CFS）可显著抑制青枯菌生长（OD600抑制率达72.46%）。相较于存在抗生素耐药基因扩散等潜在风险的P. fluorescens，Lpb. plantarum ZPZ展现出代谢多样性和高生物安全性，为可持续植物病害管理提供了更安全、生态适应性更强的新候选菌株。

　　

在环境多变性日益加剧的背景下，由青枯菌（Ralstonia solanacearum）引起的细菌性萎蔫病是全球最具破坏性的植物病害之一，可导致番茄、马铃薯等经济作物减产20%至绝收，对农业生产构成持续威胁。传统的生物防治剂，如荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）某些菌株，虽已展示出良好的防治效果，但其应用仍面临挑战。这些挑战包括其生态安全性问题，例如可能产生抗菌化合物导致耐药基因传播、效果受环境和菌株特异性影响显著，以及有时对植物免疫产生不利影响。特别是在“一体健康”（One Health）理念日益受到重视的今天，寻求既有效又环境友好的替代方案显得尤为迫切。

为此，研究人员开展了一项比较研究，评估了植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）ZPZ（一种具有GRAS（公认安全） status且具有跨界益生菌特性的乳酸菌）作为荧光假单胞菌PFS的潜在替代品，在防治青枯菌方面的功效和生物安全性。该研究旨在探讨Lpb. plantarum ZPZ是否能够成为一种更安全、更可持续的青枯病生物防治策略。研究成果发表在《Scientific Reports》期刊上。

为开展研究，作者主要采用了文献综述分析和体外微生物学实验相结合的方法。研究所用的Lpb. plantarum ZPZ菌株由国际组织提供，R. solanacearum菌株分离自表现萎蔫症状的番茄植株。关键实验技术包括：制备植物乳杆菌ZPZ的无细胞上清液（CFS）；通过液体培养拮抗试验和微孔板抑制试验，测定CFS对青枯菌生长的抑制效果，通过测量OD₆₀₀（光密度在600纳米波长处）和活菌计数（CFU/mL）来量化抑制率；利用PCR技术对病原菌进行分子鉴定确认。

文献综述揭示荧光假单胞菌 spp. 用于青枯菌防治的见解

研究人员首先回顾了荧光假单胞菌防治青枯菌的已有研究。结果表明，多种P. fluorescens菌株通过产生抗菌物质、诱导植物系统抗性（ISR）（如增强过氧化物酶POX、多酚氧化酶PPO、脂氧合酶LOX、苯丙氨酸解氨酶PAL等防御酶活性）、以及产生抑制青枯菌生长和毒力的挥发性有机化合物（VOCs）等多种机制发挥生防作用。例如，P. fluorescens PFS在番茄田间试验中可实现高达96%的病害抑制率。然而，这些方法的有效性往往依赖于成功的根系定殖、对环境条件敏感且施用时机要求高。此外，某些菌株的抗生素生产能力引发了关于耐药性传播的生物安全担忧。

植物乳杆菌ZPZ无细胞上清液的体外拮抗活性

本研究的核心实验结果表明，Lpb. plantarum ZPZ的CFS对青枯菌表现出显著的抑制作用。在液体培养实验中，与未处理的对照组相比，CFS处理使青枯菌的OD₆₀₀值降低了72.46% ± 14.42%，活菌数减少了88.89% ± 45.26%，差异具有统计学意义（P<0.05）。OD₆₀₀测量结果更为稳定可靠。微孔板试验也观察到了类似的抑制趋势，证实了ZPZ CFS的抗菌活性。

荧光假单胞菌PFS与植物乳杆菌ZPZ的比较特征

研究从多个维度对两种候选菌株进行了系统比较（表3）。在体外拮抗活性上，PFS表现为产生22.33毫米的抑菌圈，而ZPZ则表现为OD₆₀₀抑制率72.46%。作用机制方面，PFS主要依赖抗生素、裂解酶产生、诱导植物抗性和VOCs；ZPZ则可能通过有机酸、类细菌素物质、生物膜形成、竞争性排斥以及叶酸介导的氧化还原调节等多模式发挥作用。在环境敏感性上，PFS的效果强烈依赖于菌株和环境条件，而ZPZ基于其基因组中丰富的维生素/辅因子生物合成通路（如叶酸B9、核黄素B2等超过110个相关基因），显示出更强的生态适应潜力。在安全性方面，PFS存在抗生素耐药基因扩散的潜在风险，而ZPZ具有GRAS status，无已知的抗生素生物合成基因和致病性。值得注意的是，ZPZ基因组编码完整的叶酸等维生素合成途径，这可能不仅有助于其自身代谢，还可能通过影响植物的氧化还原稳态和防御通路间接促进植物健康。

讨论

本研究在“一体健康”框架下，比较评估了P. fluorescens PFS和Lpb. plantarum ZPZ用于青枯菌生物防治的潜力。尽管P. fluorescens在最佳田间条件下表现出更高的病害抑制效能（高达96%），但其抗生素产生特性及相关生态风险限制了其广泛应用。相比之下，Lpb. plantarum ZPZ虽然体外抑制效果（72.46%）稍逊，但其具备GRAS status、无病原性、不携带抗生素生物合成基因，且拥有丰富的维生素合成能力，这些特性使其成为一种生物安全性更高、代谢更灵活、更具生态可持续性的替代方案。ZPZ先前已证明对耐多药肺炎克雷伯菌具有拮抗活性，这进一步支持了其作为“一体健康”益生菌的跨界应用潜力。其叶酸生物合成能力可能通过调节植物一碳代谢和免疫反应，为植物健康带来额外益处。

结论

本研究得出结论，虽然荧光假单胞菌PFS在适宜条件下对青枯菌的抑制效果更优，但其生物安全性和生态风险值得警惕。植物乳杆菌ZPZ则提供了中等但显著的抑制效果，并以其卓越的生物安全性、代谢多样性（特别是维生素合成能力）以及作为“一体健康”候选益生菌的潜力，展现出作为环境友好型青枯病生物防治剂的良好前景。该研究强调了在选择微生物制剂时，必须权衡效能与生态安全。

需要指出的是，本研究存在一些局限性，主要是初步的体外研究性质，缺乏在植物体、土壤或田间条件下的验证，也缺乏与已建立替代方法的直接比较数据。未来研究需要开展田间试验，评估其在复杂土壤微生物组中与植物免疫系统的互作，并进一步阐明其作用机制。尽管如此，基于其现有的生物安全性和多功能性，Lpb. plantarum ZPZ无疑是迈向更可持续、更负责任的农业生物防治实践的一个充满希望的候选者。