一種嗜熱內(nèi)生真菌Thielavia subthermophila Q22能夠促進(jìn)秸稈的生物降解，提高植物的耐熱性，并增強(qiáng)其對(duì)病原體的抵抗力，從而為可持續(xù)農(nóng)業(yè)做出貢獻(xiàn)
《Journal of Environmental Management》：A thermophilic endophytic fungus
Thielavia subthermophila Q22 enhances straw biodegradation, plant thermotolerance, and pathogen resistance for sustainable agriculture
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時(shí)間：2026年02月28日
來(lái)源：Journal of Environmental Management 8.4
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Thielavia subthermophila Q22是高溫內(nèi)生真菌，具有高效秸稈分解能力（39%重量損失），促進(jìn)bok choy發(fā)芽率提升116.4%，大豆株高增加28.5%，同時(shí)抑制Sclerotinia sclerotiorum病原菌54%，通過(guò)上調(diào)熱休克蛋白（HSPs）及轉(zhuǎn)錄因子（HSFs）增強(qiáng)作物耐熱性，為農(nóng)業(yè)廢棄物資源化及作物生物防控提供新資源。
袁夢(mèng)|鮑慶華|魏毅|張世宏
國(guó)家農(nóng)業(yè)環(huán)境微生物種質(zhì)資源中心（遼寧），極端環(huán)境微生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院植物保護(hù)系，中國(guó)沈陽(yáng)110866
摘要
內(nèi)生真菌由于在木質(zhì)纖維素廢棄物轉(zhuǎn)化、植物抗逆性和病原體控制方面的作用，對(duì)可持續(xù)農(nóng)業(yè)至關(guān)重要。本文介紹了從Platycladus orientalis中分離出的嗜熱內(nèi)生真菌Thielavia subthermophila Q22的特性。Q22具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，在45°C時(shí)生長(zhǎng)最佳，并能以39%的效率水解玉米秸稈，這歸因于其高內(nèi)葡聚糖酶活性（752 U/mL）。該菌株提高了作物產(chǎn)量：白菜發(fā)芽率增加了116.4%，大豆高度增加了28.5%，白菜生物量增加了36.8%。此外，Q22對(duì)病原體Sclerotinia sclerotiorum的抑制率為54%，這與其高幾丁質(zhì)酶活性（45°C時(shí)為500 U/mL）有關(guān)。Q22還上調(diào)了植物熱休克蛋白（HSPs）及其轉(zhuǎn)錄因子（HSFs）的表達(dá)（2-25倍），增強(qiáng)了植物的耐熱性。這項(xiàng)研究將Q22確立為一種循環(huán)生物經(jīng)濟(jì)工具，整合了農(nóng)業(yè)廢棄物利用、作物抗逆性和生物防治，減少了對(duì)外部化學(xué)投入的依賴。
引言
農(nóng)業(yè)殘留物的可持續(xù)利用和減輕作物非生物脅迫是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)面臨的兩大挑戰(zhàn)，尤其是在氣候變化和向循環(huán)生物經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的背景下。每年會(huì)產(chǎn)生大量木質(zhì)纖維素生物質(zhì)，但其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)限制了自然降解和利用。傳統(tǒng)的處理方法（燃燒或填埋）不僅浪費(fèi)了資源，還會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。相比之下，微生物介導(dǎo)的木質(zhì)纖維素降解為秸稈的利用提供了一種綠色且經(jīng)濟(jì)可行的替代方案（Potprommanee等人，2017年）。
內(nèi)生真菌能夠在不損害植物的情況下定植于其內(nèi)部組織，成為可持續(xù)農(nóng)業(yè)中有前景的微生物資源。這些真菌通過(guò)與宿主植物的共生作用，通過(guò)次級(jí)代謝產(chǎn)物和酶分泌來(lái)調(diào)節(jié)宿主生理。許多內(nèi)生真菌有助于養(yǎng)分循環(huán)、緩解脅迫和抑制病原體（Khan等人，2015年；Busby等人，2016年）。特別是嗜熱內(nèi)生真菌，由于其耐熱酶系統(tǒng)和在熱脅迫條件下的抗逆性，為高溫生物質(zhì)降解提供了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。嗜熱真菌產(chǎn)生的內(nèi)葡聚糖酶（EG）、外葡聚糖酶（CBH）和β-葡萄糖苷酶（BGL）在高溫（50–70°C）下仍保持高催化活性，顯著提高了纖維素水解效率（Lee等人，2014年；Thakur等人，2024年）。與中溫真菌相比，這些酶還具有降低冷卻成本和污染風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)勢(shì)（Singhania等人，2010年）。
除了降解能力外，一些內(nèi)生真菌在高溫、干旱或鹽堿等非生物脅迫條件下還表現(xiàn)出促進(jìn)植物生長(zhǎng)的特性。這些益處通常通過(guò)抗氧化調(diào)節(jié)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的產(chǎn)生、熱休克蛋白（HSPs）的誘導(dǎo)或植物激素信號(hào)傳導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)（Zhou等人，2015年）。例如，從地?zé)釛⒌刂蟹蛛x出的Curvularia protuberata通過(guò)激活茉莉酸（JA）信號(hào)通路增強(qiáng)了宿主植物的耐熱性（Márquez等人，2007年）。然而，很少有研究在田間相關(guān)條件下發(fā)現(xiàn)同時(shí)具備強(qiáng)大生物質(zhì)降解能力和耐熱性以及促進(jìn)植物生長(zhǎng)特性的菌株（Rai等人，2014年）。
內(nèi)生真菌是生物防治劑的豐富來(lái)源，能夠通過(guò)多種機(jī)制抑制植物病原體，包括產(chǎn)生抗真菌代謝產(chǎn)物和水解酶（Strobel和Daisy，2003年）。其中，幾丁質(zhì)酶等細(xì)胞壁降解酶的分泌特別值得關(guān)注。這些酶可以水解大多數(shù)真菌病原體細(xì)胞壁中的幾丁質(zhì)聚合物，從而發(fā)揮強(qiáng)效且針對(duì)性的作用（Lorito等人，2010年）。此外，幾丁質(zhì)水解過(guò)程中釋放的寡糖片段可作為誘導(dǎo)劑，激活植物的免疫反應(yīng)，提供雙重防御機(jī)制（Van Wees等人，2008年）。因此，強(qiáng)大的幾丁質(zhì)酶活性是理想生物防治候選菌株的重要特征。
Thielavia subthermophila是一種嗜熱內(nèi)生真菌，近年來(lái)在農(nóng)業(yè)微生物學(xué)中受到越來(lái)越多的關(guān)注，因?yàn)樗哂歇?dú)特的生態(tài)適應(yīng)性（Niu等人，2022年）。現(xiàn)有研究表明，它作為內(nèi)生真菌能夠在多種植物中成功定植，并且其代謝產(chǎn)物對(duì)植物病原體（如Sclerotinia sclerotiorum）具有抑制作用（Kumar等人，2011年）。然而，盡管對(duì)其應(yīng)用潛力有了一定的了解，但在農(nóng)業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域的系統(tǒng)研究仍然不足。
本研究報(bào)道了從Platycladus orientalis中分離并鑒定出的多功能嗜熱內(nèi)生真菌T. subthermophila Q22的特性。Q22在45°C下生長(zhǎng)旺盛，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的纖維素分解活性，使用羧甲基纖維素作為底物時(shí)內(nèi)葡聚糖酶活性達(dá)到752 U/mL。此外，在高溫條件下，Q22使玉米秸稈的重量減少了39%，證實(shí)了其高效的木質(zhì)纖維素降解能力。同時(shí)，Q22促進(jìn)了種子發(fā)芽，增加了生物量積累，提高了宿主的耐熱性，并抑制了病原體S. sclerotiorum》。通過(guò)結(jié)合微生物學(xué)、酶學(xué)和植物生理學(xué)研究，本研究將Q22確立為一種有前景的生物資源，可用于高溫環(huán)境下同時(shí)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物利用和作物抗逆性提升。
部分內(nèi)容摘要
內(nèi)生真菌Q22的分離與鑒定
從中國(guó)遼寧省采集了Platycladus orientalis的健康葉片。依次使用75%乙醇（3分鐘）、無(wú)菌水（30秒）、2%次氯酸鈉（3分鐘）和無(wú)菌水（30秒）進(jìn)行表面消毒。將消毒后的組織接種在馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA；200克/升馬鈴薯，20克/升葡萄糖，16克/升瓊脂）上，在28°C下培養(yǎng)5天。將出現(xiàn)的真菌菌落進(jìn)行三次傳代培養(yǎng)以獲得純化菌株。
基因組DNA的提取方法...
嗜熱內(nèi)生真菌Q22的分離與鑒定
從Platycladus orientalis的葉片中分離出一種耐熱內(nèi)生真菌，命名為Q22。Q22形成的菌落呈圓形、扁平狀，中心區(qū)域密集，帶有淺綠色色素，邊緣呈白色絮狀（圖1A）。顯微鏡觀察顯示其菌絲具有隔膜、分枝且透明。當(dāng)Q22菌株暴露在恒定光照下時(shí)，開始進(jìn)行有性繁殖。誘導(dǎo)后約5天，最初形成了閉囊殼...
討論
盡管已有文獻(xiàn)記載T. subthermophila具有抗真菌特性和生態(tài)適應(yīng)性（Kumar等人，2011年；Niu等人，2022年），但在農(nóng)業(yè)和環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的系統(tǒng)研究仍十分有限。在此之前，關(guān)于其在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用潛力還存在一些關(guān)鍵知識(shí)空白。首先，其嗜熱降解能力，尤其是其木質(zhì)纖維素酶系統(tǒng)的組成和活性，尚未得到系統(tǒng)的研究。
結(jié)論
嗜熱內(nèi)生真菌T. subthermophila Q22表現(xiàn)出較高的木質(zhì)纖維素降解潛力，在45°C下通過(guò)高內(nèi)葡聚糖酶活性（752 U/mL）使玉米秸稈重量減少了39%。此外，Q22顯著促進(jìn)了種子發(fā)芽和植物生物量的增加，并對(duì)S. sclerotiorum的抑制率超過(guò)50%，顯示出其在生物防治和促進(jìn)植物生長(zhǎng)方面的雙重作用。此外，Q22還誘導(dǎo)了熱休克轉(zhuǎn)錄因子（HSFs）及其下游的HSP70/90...
CRediT作者貢獻(xiàn)聲明
袁夢(mèng)：撰寫初稿、驗(yàn)證、方法學(xué)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理。鮑慶華：撰寫初稿、方法學(xué)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理。魏毅：方法學(xué)設(shè)計(jì)。張世宏：撰寫、審稿與編輯、概念框架構(gòu)建。
資助
本研究得到了遼寧省興遼人才計(jì)劃領(lǐng)軍人才項(xiàng)目（XLYC2202031）、遼寧省種質(zhì)創(chuàng)新與技術(shù)驅(qū)動(dòng)糧食安全專項(xiàng)項(xiàng)目（2023JH1/10,200,008-2023020529-JH1/102）、國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合資助（項(xiàng)目編號(hào)U22A20441）以及沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次人才引進(jìn)項(xiàng)目（880420019）的支持。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的可能會(huì)影響本文研究結(jié)果的財(cái)務(wù)利益或個(gè)人關(guān)系。
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