前沿·聚集来给患病的土壤来一针疫苗

原标题：前沿·聚集：来，给患病的土壤来一针“疫苗”

前沿·聚集

来，给患病的土壤来一针“疫苗”

噬菌体精准调控病原菌-根际菌群互作图。南京农业大学供图

土壤患病了怎样治？给它来一针“疫苗” 怎样样？南京农业大学资源与环境科学学院沈其荣教授团队揭开了地下菌群部落的隐秘。他们发现这个天然界存在的“疫苗”——噬菌体，它不只是一个专职猎杀病原菌的狙击手，能下降病原菌生计竞赛才能，一同还能够从头调整土壤菌群的结构，康复群落多样性，添加群落中有益菌的数量，抵达菌落平衡，让土壤康复。

12月初，沈其荣教授带领的土壤微生物与有机肥团队在运用噬菌体定向调控土壤菌群-防控土传青枯病范畴取得重要开展，效果以《噬菌体“鸡尾酒”防控西红柿青枯病》为题宣布在世界尖端学术期刊《天然生物技能》上。

跟着集约化农业的开展，化肥农药的继续过量运用，作物的单一轮作，导致土壤微生物群落结构严峻失衡，生态功用急剧削弱。

土壤营养周转不畅、污染难以消解、土传病害频发便是土壤微生态失衡的重要依据，这些也是农业资源与环境范畴亟待处理的难题。

“土壤不健康了，给作物供给再多营养也没有用。为保持和进步土壤健康，作为土壤肥料作业者，咱们团队早在15年前把处理土传病害这一国家严重需求列为重要研讨方向，力求处理这一难题。”沈其荣告知我国青年报·我国青年网记者。

找到抗病“疫苗”——噬菌体

2007年10月，韦中刚攻读研讨生。在南京麒麟镇的一块西红柿田，他惊奇地发现，许多西红柿就像蒸过桑拿似地耷拉着。有些植株上午看着还挺强健，到了正午就“病蔫蔫儿”的，有些茎秆里就像“流脓”相同。

导师徐阳春教授告知韦中，这是染上了土传青枯病，致病菌是青枯菌，在土壤中能存活可达10多年。

青枯菌在土壤中存活时刻长，能够侵染西红柿、茄子、辣椒、烟草、生姜、花生等400多栽培物，常导致作物减产，乃至绝收。

“传统化学农药和熏蒸等办法短期内见效快，但病原菌简略构成耐药性。”韦中介绍，再加上农药和熏蒸剂靶向性不强，在杀灭病原菌的一同也损坏了土壤正常的微生物群落，危及到土壤微生物的生态功用，很或许会引起病原菌二次侵染时构成更大损害。

传统化疗办法进入了死胡同。能否找到既能精准猎杀土壤病原菌，又不损坏土壤微生物群落结构和生态功用的好办法呢？这是可继续农业开展急需的土传病害防控技能“精准医治+生态友爱”。

2014年5月，来南京农业大学拜访的芬兰人Ville Petri Friman博士提起他们医学研讨作业运用噬菌体疗法。在这个启发下，韦中和南农大博士王孝芳把目光聚集到“噬菌体”这一特别土壤微生物上。

据了解，噬菌体是一类专门侵染细菌的病毒，在环境中普遍存在，在土壤、粪便中很多存在。噬菌体对细菌具有高度侵染性，能轻松完成对特定病原菌的精准裂解，而且能够动态限制病原菌数量。

现在，国内外不少学者运用噬菌体在医学、饲养、果蔬保鲜、农业病害防控等范畴做了不少测验。

但土壤环境杂乱，噬菌体疗法在土传细菌性病害防控中的效果还不安稳。最重要是的，噬菌体在土壤中按捺土传病原菌的效果机制还没有阐明清楚。

为处理这样一些问题，实验室首要从广西、江苏、浙江和江西不同区域别离到1000多株病原青枯菌，并挑选到能高效裂解病原菌的噬菌体。

“依据噬菌体的来历和侵染特性等挑选了4株噬菌体为资料，组组成不同含量的噬菌体组合，以进步噬菌体疗法的效果。”韦中解说说。

经过温室和大田研讨，研讨人员发现噬菌体组合能够明显下降青枯病的发作。噬菌体组合处理使得根际病原青枯菌数量明显下降，而且组合多样性越高，病原菌成功骤变抵挡噬菌体的概率越低。

即使有一些青枯菌成功骤变、残存了下来，但它们的成长明显减缓，这阐明它们与土壤中其他微生物竞赛的才能削弱，再次侵染作物根系的才能会下降。因而，噬菌体组合猎杀并致弱病原菌是其在根际发挥效果的一个重要机制。

幼年成长环境决议成年健康

青枯菌是经过土壤传达的病害，土壤菌群是个杂乱的生态系统，怎样才能真实操控土攘传达病害发作？

韦顶用的是不同于以往的生态系统的思想，他借用了《孙子兵法》做比，“有利地势、有利地势、人和，三者不得，虽胜有殃。”

“有利地势”，便是气候条件和施用时刻；“有利地势”，便是土壤条件。但是，一方面，农户栽培作物的时期，恰恰是病原菌适合的成长环境；另一方面，长期以来的化肥农药过量运用、单一轮作的耕耘方法，土壤生态环境健康状况急剧下降。

没有有利地势和有利地势，能否构建人和？韦中把研讨聚集在“根际”，根际是指受根系影响的土壤微域，这个区域是土壤病原菌侵略根系的必经之路。根际区域内菌群构成丰厚，且而菌群互作杂乱，因而根际菌群必定在土传病原菌抵达作物根表之前发挥着及其重要的效果。

韦中解说，“也便是说，在病原菌进攻植物根系之前，必定要经过根际菌群大本营，这个阵营中都有哪些微生物？它们在干什么？它们是怎样作业的？只要将这些研讨出来，才知道怎么把根际菌群向‘人和’方向调控。”

传统观念以为作物植物发病跟土壤中病原菌的数量、土壤理化特性等要素密切相关。但是，他们的研讨发现，移栽到大田的作物是否发病首要取决于作物苗期根部土壤中微生物群落结构和功用，这一突破性的发现宣布在世界闻名期刊《科学开展》上。

“浅显点讲，也能够理解为‘幼年’成长环境决议着作物‘成年’健康。”沈其荣标明，这一发现不只指出了根际菌群对作物免疫的重要性，还为田间根际土壤菌群办理找到了抓手。

噬菌体“疫苗”能够激发根际免疫

2016年年末，沈其荣提出了“根际免疫”概念。“这是植物免疫的外延，也是抵挡土传病原菌侵略根系的第一道免疫防地，其中心是根际菌群。”沈其荣解说。

根际菌群究竟是经过怎样的彼此效果来按捺土壤病原菌侵略的呢？风趣的是，躲藏于地表之下、肉眼看不见的微生物群落居然和地上的人类社会相同，有着纷繁杂乱的群落互作联系。

本年9月，研讨团队宣布在《科学开展》的研讨也发现，在田间条件下苗期土壤细菌群落或许经过发生抑菌物质构成竞赛互作型群落，有用按捺了作物成长中后期的病原菌侵略，保证作物终身健康。但这一推论没有被证明。

究竟什么样的群落成员互作联系能按捺病原菌的侵略呢？这是一个难题，有必要要把杂乱问题简略化。

2015级直博生李梅刚入学，就在韦中博士的引导下开端应战这个风趣的科学问题。他们以6种根际土著细菌为资料，组成简略的组成菌群，首要探求了群落成员两两互作联系，随后建立了杂乱群落互作联系与抵挡病原菌侵略才能的猜测模型。

研讨发现，便当型土著微生物群落促进了病原菌的侵略，而对立型土著微生物群落则按捺了病原菌的侵略，这一效果宣布于生态学范畴尖端期刊《生态学通讯》。韦中向记者解说，土著微生物之间经过发生很多公共物品彼此供给“便当”，这也大幅度进步了病原菌获取“便当”的时机，而彼此制衡的群落经过充沛耗费环境中资源或着排泄很多抑菌物质有用限制了时机主义者，也就能在某些特定的程度上按捺病原菌的侵略。

实验室研讨和田间发现好像都在阐明根际免疫构成的中心是根际微生物之间构成了限制联系。噬菌体鸡尾酒在猎杀很多病原青枯菌时，对宿主相关微生物群落发生了什么影响？是否也激发了根际免疫？从而保证了作物健康？

这是噬菌体疗法范畴有必要答复的问题，既触及生态危险，也触及噬菌体疗法的效果机制。

“咱们发现噬菌体组合明显改动了根际细菌群落结构，细菌群落多样性随噬菌体组合多样性的添加而添加，阐明这种影响是活跃的。”王孝芳博士说。

细菌群落为什么发作了这么大的改动，是不是噬菌体也能侵染土壤中其他细菌？答案是否定的，从土壤中别离了400株细菌，青枯菌噬菌体都不能侵染，这阐明了噬菌体的侵染特异性很强。

研讨人员发现，噬菌体能够修正被青枯菌损坏的微生物群落多样性，能够康复进步到原有水平。

深入分析发现并不是一切的土壤微生物都有时机从头取得被噬菌体释放出的空间和资源，细菌群落中那些竞赛才能强（如产抑菌物质才能强）的一类物种好像在群落结构调整中取得了优势，它们的丰度明显添加，或许进一步进步了群落的抑病才能。这些竞赛才能强的微生物集体构成了彼此制衡的环境，从而与噬菌体一同一起抵挡病原菌的再次侵略，有用保持了作物的健康。

沈其荣向记者解说，这一发现标明噬菌体不光能够“专性猎杀”和“精准靶向”病原菌，下降其生计竞赛才能，一同还能够从头调整根际土壤菌群的结构，康复群落多样性，添加群落中彼此效果彼此抵消的有益菌丰度。这就相当于，不只找到了准确制导病原菌的“洲际导弹”，一同还触发了根际免疫，让打垮的根际菌群又组成了一支“钢铁部队”！这将为使用推行噬菌体疗法作为精准靶控、生态安全的土传病害防治办法供给重要的理论依据。

我国青年报·我国青年网记者 李润文 通讯员 许天颖 来历：我国青年报

责任编辑：田博群

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