當(dāng)?shù)貢r(shí)間12月2日,，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院沈其榮教授帶領(lǐng)的土壤微生物與有機(jī)肥團(tuán)隊(duì)微生態(tài)與根際健康實(shí)驗(yàn)室在利用噬菌體定向調(diào)控土壤菌群-防控土傳青枯病領(lǐng)域取得重要進(jìn)展,，成果以“Phage combination therapies for bacterial wilt disease in tomato”為題發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然生物技術(shù)》（Naturebiotechnology，IF5y=45.12）,。該成果揭示噬菌體不僅可以“專性獵殺”和“精準(zhǔn)靶向”病原菌,，降低其生存競(jìng)爭(zhēng)能力；同時(shí)還能夠重新調(diào)整根際土壤菌群的結(jié)構(gòu),，恢復(fù)群落多樣性,，增加群落中拮抗有益菌的豐度。

近些年,，集約化農(nóng)業(yè)發(fā)展中的不合理措施,，如化肥農(nóng)藥的持續(xù)過(guò)量投入以及經(jīng)濟(jì)作物的單一連作等，導(dǎo)致土壤微生物群落結(jié)構(gòu)嚴(yán)重失衡,，生態(tài)功能急劇削弱,。土壤養(yǎng)分周轉(zhuǎn)不暢、污染難以消解,、土傳病害頻發(fā)就是土壤微生態(tài)失衡重要證據(jù),，這些也是農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境領(lǐng)域亟待解決的難題?！巴寥啦唤】盗?，給作物供應(yīng)再多養(yǎng)分也沒(méi)有用。為維持和提升土壤健康,，作為土壤肥料工作者,，我們團(tuán)隊(duì)早在15年前把解決土傳病害這一國(guó)家重大需求列為重要研究方向，力爭(zhēng)解決這一難題,?！鄙蚱錁s教授告訴記者。

團(tuán)隊(duì)徐陽(yáng)春教授和韋中博士負(fù)責(zé)的微生態(tài)與根際健康實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)關(guān)注由青枯菌（Ralstoniasolanacearum）引起的土傳青枯病,。青枯菌在土壤中存活時(shí)間長(zhǎng),，能夠侵染番茄、茄子,、辣椒,、煙草、生姜,、花生等400多種植物,，常導(dǎo)致作物減產(chǎn)，甚至絕收,。韋中博士向記者介紹,，傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥和熏蒸等方法短期內(nèi)見(jiàn)效快，但病原菌容易形成耐藥性,；再加上農(nóng)藥和熏蒸劑靶向性不強(qiáng),，在殺滅病原菌的同時(shí)也破壞了土壤正常的微生物群落,，危及到土壤微生物的生態(tài)功能，很可能導(dǎo)致病原菌二次侵染時(shí)造成更大危害,。

那么是否能找到既能精準(zhǔn)獵殺土壤病原菌,，又不破壞土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能的環(huán)境友好型措施呢？這是可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展亟需的土傳病害防控技術(shù)：“精準(zhǔn)治療+生態(tài)友好”,。2014年5月,，在首次來(lái)我校訪問(wèn)的Ville PetriFriman博士醫(yī)學(xué)研究工作的啟發(fā)下，韋中博士和團(tuán)隊(duì)一年級(jí)直博生王孝芳把目光聚焦到“噬菌體”這一特殊土壤微生物上,。

噬菌體精準(zhǔn)調(diào)控病原菌-根際菌群互作圖

據(jù)了解，噬菌體是一類專性侵染細(xì)菌的病毒,，在環(huán)境中普遍存在,，其數(shù)量級(jí)可達(dá)109/g土。噬菌體對(duì)宿主細(xì)菌具有高度侵染特異性,，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定病原菌的精準(zhǔn)裂解,，并且能夠動(dòng)態(tài)壓制病原菌數(shù)量。目前,，國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者在醫(yī)學(xué),、養(yǎng)殖、果蔬保鮮,、農(nóng)業(yè)病害防控等領(lǐng)域做了不少嘗試,。土壤環(huán)境復(fù)雜，噬菌體療法在土傳細(xì)菌性病害防控中的效果還不穩(wěn)定,。最重要是的,，噬菌體在土壤中抑制土傳病原菌的作用機(jī)制還沒(méi)有闡明清楚。

為解決這些問(wèn)題,，實(shí)驗(yàn)室首先從廣西,、江蘇、浙江和江西不同地區(qū)分離到1000多株病原青枯菌,，并篩選到能高效裂解病原菌的噬菌體,。其次，根據(jù)噬菌體的來(lái)源和侵染特性等選擇了4株噬菌體為材料,，組合成不同豐富度的噬菌體組合，以提高噬菌體療法的效果,。最后通過(guò)溫室和大田研究,，發(fā)現(xiàn)噬菌體組合能夠顯著降低青枯病的發(fā)生。

為什么噬菌體組合能有效防控土傳青枯病呢,？該成果發(fā)現(xiàn)噬菌體組合處理根際病原青枯菌數(shù)量顯著降低,，并且組合多樣性越高,，病原菌成功突變抵御噬菌體的概率越低。即便有一些青枯菌成功突變,、殘存了下來(lái),，但它們的生長(zhǎng)顯著減緩，這說(shuō)明它們與土壤中其它微生物競(jìng)爭(zhēng)的能力減弱,，再次侵染作物根系的能力會(huì)下降,。因此，噬菌體組合獵殺并致弱病原菌是其在根際發(fā)揮作用的一個(gè)重要機(jī)制,。

當(dāng)大量病原青枯菌被獵殺時(shí),，宿主相關(guān)微生物群落發(fā)生了什么變化呢？這種變化對(duì)宿主健康有利嗎,？這是噬菌體療法領(lǐng)域必須回答的問(wèn)題,，既涉及到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，也涉及到作用機(jī)制,?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)噬菌體組合顯著改變了根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，細(xì)菌群落多樣性隨噬菌體組合多樣性的增加而增加,，說(shuō)明這種影響是積極的,。”王孝芳博士說(shuō),。

細(xì)菌群落為什么發(fā)生了這么大的改變,，是不是噬菌體也能侵染土壤中其它細(xì)菌？答案是否定的,，從土壤中分離了400株細(xì)菌,，青枯菌噬菌體都不能侵染，這說(shuō)明了噬菌體的侵染特異性很強(qiáng),。

那么,，是不是因?yàn)槭删w大量獵殺病原青枯菌，釋放出大量空間和資源,，其他微生物又占據(jù)這些空間和資源,，這樣土壤微生物群落結(jié)構(gòu)就發(fā)生了變化呢？王孝芳博士生很快給出了答案：?jiǎn)为?dú)接種噬菌體對(duì)土壤微生物群落擾動(dòng)很小,，但是接種病原青枯菌會(huì)導(dǎo)致土壤群落結(jié)構(gòu)發(fā)生巨變,，并且多樣性顯著下降。不過(guò),，這種影響可以被噬菌體修復(fù),，被破壞的微生物群落多樣性可以恢復(fù)提升到原有水平。

噬菌體裂解病原青枯菌形成的噬菌斑

深入分析發(fā)現(xiàn)并不是所有的土壤微生物都有機(jī)會(huì)重新獲得被噬菌體釋放出的空間和資源,，細(xì)菌群落中那些競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)（如產(chǎn)抑菌物質(zhì)能力強(qiáng)）的一類物種似乎在群落結(jié)構(gòu)調(diào)整中獲得了優(yōu)勢(shì),，它們的豐度顯著增加,，可能進(jìn)一步提高了群落的抑病能力。這些競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)的微生物群體可能與噬菌體一起共同抵御病原菌的再次入侵,，有效維持了作物的健康,。

沈其榮教授向記者解釋，這一發(fā)現(xiàn)表明噬菌體不僅可以“專性獵殺”和“精準(zhǔn)靶向”病原菌,，降低其生存競(jìng)爭(zhēng)能力,；同時(shí)還能夠重新調(diào)整根際土壤菌群的結(jié)構(gòu)，恢復(fù)群落多樣性,，增加群落中拮抗有益菌的豐度,。這就相當(dāng)于，不僅找到了精確獵殺病原菌的“狙擊手”,，同時(shí)還觸發(fā)了根際防御體系,，讓打垮的根際菌群又組建了一支“防御軍團(tuán)”！這將為應(yīng)用推廣噬菌體療法作為精準(zhǔn)靶控,、生態(tài)安全的土傳病害防治措施提供重要的理論依據(jù),。

王孝芳博士和國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年項(xiàng)目獲得者韋中博士為共同第一作者，沈其榮教授,、韋中博士以及農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)科生物學(xué)研究創(chuàng)新引智（111）基地專家英國(guó)約克大學(xué)Ville-Petri Friman博士為共同通訊作者,，荷蘭烏特勒支大學(xué)AlexandreJousset博士、徐陽(yáng)春教授,、王佳寧博士生,、楊可銘博士生參與了這一工作。

據(jù)了解,，近年來(lái),，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)微生態(tài)與根際健康實(shí)驗(yàn)室依托農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境國(guó)家雙一流學(xué)科，在973項(xiàng)目,、國(guó)家自然科學(xué)基金,、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和江蘇省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助下，圍繞根際微生態(tài)與土傳病害防控這一重大問(wèn)題,，在揭示抑病型土壤微生物區(qū)系形成機(jī)制,、菌群互作機(jī)制與益生菌群構(gòu)建和抑病型土壤微生物群落調(diào)控等方面取得重要突破。相關(guān)工作在Nature Biotechnology,、Nature Communications,、Science Advances，Ecology Letters,、mBio,、Environ Microbiol和Soil BiolBiochem等國(guó)際著名期刊發(fā)表。