中国农业科学院烟草所在微生物农业化学生物学研究及应用拓展方面取得系列进展

近日，中国农业科学院烟草研究所滨海盐碱地生物资源评价利用创新团队在微生物农业化学生物学研究及农业微生物应用拓展方面取得系列进展，相关研究结果发表在《农业食品化学（Journal of Agricultural and Food Chemistry）》（中科院一区top期刊，IF=6.1），《微生物学研究（Microbiological Research）》（中科院一区top期刊，IF=6.7）和《脱盐（Desalination）》（中科院一区top期刊，IF=9.9）上。

农业微生物在土壤修复、水体净化、动植物病虫害防治、农业废弃物转化利用等方面发挥着重要作用，可以有效提升农作物的产量，优化农作物的品质，降低种植成本，改善土壤环境，保护整个生态环境。团队依托“国家农业环境微生物种质资源库（山东）”，从一株土曲霉（Aspergillus terreus）HT5获得了系列结构新颖的环戊烯酮类化合物。其中，aspergilethers A和B具有环戊烯酮中罕见的中长链脂肪族侧链，并且以侧链次甲基差向异构体的形式存在。通过NMR和ECD计算，解决了新化合物的构型问题。盆栽和田间试验表明，(+)-terrein对苋科、马齿苋科、豆科和禾本科杂草表现出了显著的除草效果。同时，首次发现了该类化合物的抗卵菌作用。转录组学和qRT-PCR结果表明，(+)-terrein能加速植物器官衰老，并引起植物解毒反应。构效关系研究表明，环戊烯酮中的α,β-不饱和酮和侧链共轭体系，以及五元环邻二醇的构型是影响除草活性的关键。通过结构修饰和改造，有望开发成为新型微生物源除草剂（论文1）。由于环戊烯酮同时具有广谱的抗菌活性，团队与合作者将(+)-terrein用戊二醛嫁接到反渗透聚酰胺膜上，形成薄层复合（Terrein-PA）膜，这种膜具有更好的透水性，防污和抗菌性能。与传统的反渗透膜相比，Terrein-PA膜具有更好的渗透性能，同时兼具抗菌效果，由于使用天然的(+)-terrein，比氯处理对人体健康更安全（论文2）。

团队前期开发了新型微生物共培养菌剂，在蔬菜和烟草等经济作物上开展了大面积的示范，然而，两种生防菌棘孢木霉和枯草芽孢杆菌的互作机制还不清晰。团队运用多组学联用及生化试验验证的方法，揭示了共培养菌株的竞争性互作机制，通过共培养可干扰细胞稳态，抑制棘孢木霉ATP酶活性，降低ATP含量，促进枯草芽孢杆菌芽孢形成，并促进两株菌抗菌代谢物的产生。研究为新型共培养菌剂的进一步推广应用提供了理论支撑（论文3）。

烟草所与云南农业大学联合培养王伟博士和烟草所徐康文博士为论文1的共同第一作者，硕士研究生李清钰为论文3的第一作者，赵栋霖副研究员和张成省研究员为论文1和3通讯作者，赵栋霖副研究员和青岛科技大学宋娜博士为论文2的通讯作者。相关研究得到了国家自然科学基金、青岛市自然科学基金、中国烟草总公司和贵州省烟草公司项目的资助。

新型农业微生物活性物质研究示意图

微生物共培养菌剂的互作机制示意图