乳酸乳球菌RBX7通过产生多种抗菌代谢物抑制水稻白叶枯病原菌的生物防治潜力研究

《Scientific Reports》：Lactococcus lactis subsp. lactis as a biocontrol agent against phytopathogens causing rice bacterial leaf blight

　　本研究针对水稻白叶枯病(BLB)化学防治不安全的难题，研究人员开展了乳酸乳球菌RBX7作为生物防治剂的研究。结果表明RBX7的无细胞上清液(CFS)和活菌对Xoo和Pan均表现出显著抑菌活性，通过LC-MS/MS-QTOF鉴定出cefixime、antimycin A等关键抗菌代谢物，为水稻病害绿色防控提供了新策略。

　　

水稻作为全球主要粮食作物，其生产长期受到细菌性病害的威胁。在马来西亚等水稻主产区，由Xanthomonas oryzae pv. oryzae(Xoo)和Pantoea ananatis(Pan)引起的细菌性白叶枯病(BLB)每年造成巨大的经济损失。传统化学农药的过度使用不仅导致病原菌抗药性增强，更对生态环境和食品安全构成严重威胁。因此，开发安全高效的生物防治剂成为当前水稻病害防控的重要研究方向。

在这项发表于《Scientific Reports》的研究中，马来西亚普特拉大学的研究团队从甜罗勒根际土壤中分离到一株乳酸乳球菌RBX7，系统评估了其对水稻白叶枯病原菌的抑制效果及作用机制。研究人员通过琼脂扩散法证实RBX7无细胞上清液对Xoo和Pan均具有显著抑菌活性；时间杀灭试验显示RBX7对Xoo呈杀菌作用，对Pan为抑菌作用；扫描电镜观察发现RBX7处理导致Pan细胞破裂、Xoo细胞皱缩；代谢组学分析鉴定出cefixime、antimycin A等14种具有已知抗菌活性的代谢物；离体叶片和温室实验进一步验证了RBX7活菌和无细胞上清液都能有效抑制白叶枯症状。

本研究主要采用琼脂扩散法评估抑菌活性，时间杀灭曲线分析抗菌动力学，扫描电镜观察细胞形态变化，LC-MS/MS-QTOF进行代谢物鉴定，离体叶片法和温室盆栽实验验证防治效果。实验所用病原菌来自马来西亚水稻主产区分离株，水稻品种为当地主栽品种MR219。

抗菌活性表征结果显示，RBX7无细胞上清液在琼脂扩散实验中对Xoo和Pan均形成明显抑菌圈，甲醇和乙酸乙酯提取物也表现出显著抑菌效果。这表明RBX7能产生具有广谱抑菌活性的代谢产物。

时间杀灭动力学分析表明，RBX7对Xoo的最小抑菌浓度(MIC)为10.78 mg/mL，4倍MIC浓度可在30分钟内完全抑制Xoo生长，呈现浓度依赖性杀菌作用；而对Pan则主要表现为抑菌作用，不同浓度处理组均能显著抑制病原菌生长速率。这种差异可能与两种病原菌细胞结构特性有关。

离体叶片实验证实，经RBX7无细胞上清液处理的叶片在接种病原菌后10天内未出现典型病斑，而对照组叶片在第5天即出现黄化病变。这表明RBX7产生的抗菌物质能有效阻止病原菌侵染水稻组织。

扫描电镜观察发现，RBX7处理导致Xoo细胞形态发生明显皱缩，而Pan细胞出现破裂现象。这种差异化的细胞损伤模式提示RBX7可能通过不同机制作用于两类病原菌，Xoo细胞可能经历程序性死亡，而Pan细胞则遭受直接裂解。

代谢组学分析鉴定出多种已知抗菌物质，包括β-内酰胺类抗生素cefixime、线粒体抑制剂antimycin A、植物源抗菌化合物gedunin等。主成分分析和热图显示抑菌圈内外代谢物谱存在显著差异，表明这些特异性表达的代谢物是RBX7抑菌活性的物质基础。

植物内试验结果表明，RBX7活菌和无细胞上清液处理均能显著降低白叶枯病发病程度，活菌处理组病害抑制效果略优于无细胞上清液组，但统计学分析显示两者无显著差异。这为RBX7制剂化开发提供了重要依据，既可使用活菌制剂也可考虑代谢产物提取物。

该研究首次系统揭示了乳酸乳球菌RBX7对水稻白叶枯病的生物防治潜力，通过多维度实验证实其能通过产生多种抗菌代谢物有效抑制主要病原菌。研究不仅为水稻病害绿色防控提供了新的候选菌株，还通过代谢组学分析阐明了其作用物质基础，为后续制剂开发和田间应用奠定了重要理论基础。这项研究成果对推动水稻生产可持续发展、减少化学农药使用具有重要实践价值，也为其他作物病害的生物防治提供了可借鉴的研究思路。