番茄（Solanum lycopersicum L.）是全球重要的蔬菜作物，但由尖孢镰刀菌番茄专化型（Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici, FOL）引起的番茄枯萎病严重威胁其产量，可造成高达80%的损失。传统化学防治成本高、污染环境，且病原菌厚垣孢子在土壤中可存活多年，抗性品种也因病原菌的快速演化而面临失效风险。另一方面，硅是地壳中第二大元素，但植物可利用的有效硅含量极低。兼具解硅能力的益生菌，不仅可活化土壤硅素，还可能直接抑制病原菌，具备绿色农业应用的巨大潜力。
2026年8月28日，台湾省中兴大学Pi-Fang Linda Chang团队联合国际合作伙伴在Botanical Studies在线发表了题为″Biocontrol potential of Burkholderia spp. against Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici infecting tomato″的研究论文。该研究从农田根际土壤中分离筛选出13株具备解硅、解磷、产铁载体和产IAA等多重促生特性的菌株，并从中优选出两株伯克霍尔德氏菌（Burkholderia contaminans NRBC 和 Burkholderia sp. NRBA），系统评估了其对番茄生长促进及FOL（2号生理小种）的防治效果。研究发现，单独接种NRBA或NRBC可显著降低枯萎病发病率和病情指数，并诱导番茄水杨酸（SA）和茉莉酸/乙烯（JA/ET）防御信号通路相关基因的表达，而外源硅的添加反而削弱了菌株的防病效果。该研究为解硅细菌作为新型生防制剂的开发提供了重要理论和实验依据。
解硅细菌的″多面手″特性：促生与抑菌兼备
研究团队从台湾屏东地区有机农田的根际土壤中分离出68株根际细菌，经形态学、解硅能力、解磷能力和抑菌活性等多轮筛选，最终获得13株具有多重促生特性的菌株。16S rDNA测序鉴定显示，这些菌株分属于Acinetobacter、Burkholderia、Klebsiella、Pseudomonas、Ralstonia和Serratia六个属，其中Pseudomonas为优势属。
在解硅能力方面，所有菌株均能在硅酸盐培养基上形成透明圈，其中Acinetobacter baumannii WRAB的解硅指数（SSI）最高（4.10），其余菌株SSI介于2.03至3.66之间。进一步通过液体培养定量验证，NRBA和NRBC在含二氧化硅（SiO₂）的培养基中分别使可溶性硅含量提升了21.74%和24.58%；在含田间土壤的培养基中，NRBA甚至使可溶性硅释放量提升达100%，证实了这两株菌具有高效的解硅能力。此外，所有菌株均具备解磷能力（PSI：1.37–3.00），其中7株能产铁载体（SPI：1.24–2.23），全部13株均能产IAA（6.50–48.72 μg/mL），显示出丰富的植物促生潜力。
在抑菌活性方面，通过平板对峙实验（图2），NRBA、NRBC和Pseudomonas aeruginosa LCPA三株菌对所有测试的5种植物病原真菌（包括FOL两个分离株、西瓜枯萎病菌、芒果炭疽病菌和稻瘟病菌）均表现出广谱抑制作用。其中NRBC对FOL Foly4的抑制率达63.61%，对稻瘟病菌达83.58%。由于LCPA与条件致病菌P. aeruginosa具有100%的16S rRNA序列相似性而排除后续实验，NRBA和NRBC被选为温室实验的候选菌株。
多基因序列分析（MLSA）精准鉴定伯克霍尔德氏菌
由于16S rRNA基因在伯克霍尔德氏菌近缘种间分辨率不足，研究团队进一步采用基于7个看家基因（atpD、gltB、gyrB、lepA、phaC、recA和trpB）的多基因序列分析（MLSA）构建系统发育树（图3）。结果显示，NRBC与Burkholderia contaminans LMG 23361ᵀ聚类（bootstrap值98），确认其为B. contaminans；而NRBA虽与B. cepacia ATCC 25416ᵀ聚类（bootstrap值80），但其串联序列相似性仅为97%，低于伯克霍尔德氏菌复合群（Bcc）物种界定的99%阈值，因此被保守鉴定为Burkholderia sp. NRBA。该结果表明，在Bcc复合群中，仅靠16S rRNA基因难以区分有益菌与潜在致病菌，MLSA结合全基因组分析和生物安全评估对于农业应用至关重要。
温室实验：菌株单独施用显著降低枯萎病发生
温室盆栽实验设置12个处理组，包括菌株接种（NRBA/NRBC）、硅添加（2 mM K₂SiO₃）及FOL（2号生理小种）挑战，于接菌后21天测定各项指标。
在无病原菌胁迫的正常条件下，NRBC与硅共处理组的地上部干重较对照+硅组显著提高了22.86%（表3），表明NRBC在硅存在时可协同促进番茄营养生长。在FOL胁迫下，对照（水处理）组植株生长明显矮化，而所有菌株处理组的株高均显著高于对照，平均增高约10 cm（表4），表明菌株有效抑制了FOL对生长的抑制作用。在发病率和病情指数方面（图4），NRBA处理在接菌后21天使发病率降低65.02%（相较于对照），NRBC降低34.98%；NRBA单独处理的病情指数最低（16.7%），较对照（66.7%）降低超过74%，其病情进展曲线下面积（AUDPC）也最低（99.40），较对照降低约76%。然而，NRBA与硅共处理组的发病率和AUDPC反而高于NRBA单独处理，提示硅添加可能干扰了菌株的防病效果。
病原菌再分离实验进一步证实，NRBA单独处理的植株下胚轴组织中FOL回收率最低（33.33%），远低于对照（95.24%）；而NRBA+硅共处理组的回收率升至71.43%，再次表明硅共处理削弱了NRBA的定殖抑制能力。
防御基因表达谱揭示SA和JA/ET通路协同激活
为进一步探究菌株诱导的分子防御机制，研究团队选取了6个防御相关基因（WRKY70、PR1、ACS2、UDP-G、ERF1和AOS），在FOL侵染后0、4、8天对番茄下胚轴进行qRT-PCR分析（图5）。
结果显示：SA通路标记基因（WRKY70和PR1）：在NRBA+硅处理组于侵染后4天早期显著上调，在NRBC处理组于8天上调，表明SA信号被激活。
ET通路标记基因（ACS2）：在NRBA处理组4天、NRBC处理组8天明显上调。JA/ET通路标记基因（ERF1和AOS）：整体变化较为温和，但趋势与SA/ET通路协同。
值得注意的是，NRBA或NRBC与硅共处理组中WRKY70和PR1的表达虽早期升高，但其病害严重度却高于菌株单独处理组，提示硅添加可能打破了SA与JA/ET信号之间的精细平衡，影响了防御的有效性。该结果与ACS2、ERF1在共处理组中相对较低的表达趋势一致，进一步支持这一推测。
结论与展望
本研究从根际土壤中分离鉴定出13株具有解硅、解磷、产铁载体和IAA等多重促生特性的细菌，并筛选出两株伯克霍尔德氏菌（NRBC和NRBA）作为番茄枯萎病（FOL 2号小种）的潜在生防菌。温室实验证明，两株菌单独施用可显著降低枯萎病发病率和病情指数，促进病原胁迫下植株生长，并诱导SA和JA/ET防御信号通路相关基因的表达。然而，外源硅的共添加并未增强防病效果，反而削弱了NRBA的保护作用，提示硅与菌株间可能存在复杂的信号交互。该研究为解硅细菌作为新型、安全、多功能的生防制剂提供了理论基础，也为今后从菌株全基因组分析、激素定量和田间应用等多维度深入解析生防机制指明了方向。
图1. 候选菌株NRBC和NRBA的体外促生特性展示（解硅、解磷、产铁载体透明圈）
图2. NRBC和NRBA对植物病原真菌的平板对峙抑菌效果
图3. 基于7个看家基因串联序列（2760 bp）构建的伯克霍尔德氏菌MLSA系统发育树（确认NRBC为B. contaminans，NRBA为Burkholderia sp.）
图4. 温室条件下NRBA和NRBA对番茄枯萎病发病率和病情进程的影响（单独施用菌株显著降低发病率和AUDPC，硅共处理削弱NRBA防效）
图5. FOL侵染后番茄防御相关基因（WRKY70、PR1、ACS2、UDP-G、ERF1、AOS）的表达动态（菌株处理诱导SA和JA/ET通路基因上调，硅共处理改变表达模式）
论文链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s40529-026-00497-z
来源: 广东省农科院生物育种研究中心