Rhizobacterial volatile organic compounds from perennial wheat and their potential to suppress phytopathogenic fungi
本研究表明，从多年生小麦中分离出的根际细菌菌株可以通过释放挥发性有机化合物（其中二甲基二硫醚和二甲基三硫醚被鉴定为关键抑制剂）来抑制植物病原真菌，特别是黄曲霉。
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几个世纪以来，农民们一直在与一种无形的战争中搏斗，这种战争涉及那些会导致谷物在田间腐烂并在储存过程中变质的真菌疾病。这些微小的入侵者，例如导致镰刀菌属（fusarium）和曲霉属（aspergillus）感染的真菌，可能会摧毁收成并威胁粮食安全。随着全球气候的变化，这些威胁预计将变得更加难以预测，迫使科学家们寻找传统化学喷雾之外的解决方案。一个充满希望的方向就在土壤本身，特别是植物根系与生活在其中的细菌之间正在进行的隐形化学对话。某些被称为植物促生根际细菌（plant growth-promoting rhizobacteria）的有益细菌，其作用不仅是帮助植物吸收养分，还会释放出一团被称为挥发性有机化合物（volatile organic compounds）的隐形气体。这些气体可以通过空气传播，并作为天然武器，在无需使用有毒化学物质的情况下抑制有害真菌的生长。
意大利帕尔马大学的研究人员决定利用一种独特的作物——多年生小麦来研究这一天然防御系统。与我们通常食用的每年收获并重新种植的麦类不同，多年生小麦可以存活多年，发育出深厚且复杂的根系，从而培育出丰富的土壤细菌群落。研究团队重点关注了这种作物的一个特定品系，称为 OK72，该品系此前已表现出动态且活跃的地下生态系统。他们从这种小麦的根部分离出十种不同的细菌菌株，并着手观察这些细菌释放的气体是否能阻止三种危险真菌物种——曲霉属中的黄曲霉（Aspergillus flavus）、镰刀菌属中的增殖镰刀菌（Fusarium proliferatum）和维尔蒂西奥德镰刀菌（Fusarium verticillioides）的生长。为了确保测量的是气体的作用，而非直接接触或液体化学物质的作用，科学家们将细菌和真菌分别放置在不同的培养皿中，并将它们密封在一起，使得只有空气可以在它们之间流通。
结果显示，细菌释放的气体确实有效，尽管其效力因特定的细菌和特定的真菌而异。在密封的环境中，细菌排放出的气体将真菌生长速度降低了约 0% 到近 47%。一些细菌菌株表现得像“专家”，能够高精度地针对某一类真菌，而另一些则表现得像“通才”，能为所有三种真菌提供广泛的保护。这种差异表明，自然界已经提供了一个多样化的生物制剂工具箱，每种工具都有其独特的防御策略。随后，研究人员将注意力转向确定究竟是哪些气体负责这种抑制作用。通过使用灵敏的设备捕捉空气中的化学特征，他们在各项实验中检测到了 46 种不同的挥发性化合物。
分析揭示了一个将特定化学物质与防御成功联系起来的清晰模式。虽然产生的气体总量并不能完美预测真菌被抑制的效果，但某些含硫化合物的存在却可以。具体而言，当细菌成功抑制黄曲霉（Aspergillus flavus）的生长时，空气中一致出现了两种气体：二甲基二硫（dimethyl disulfide）和二甲基三硫（dimethyl trisulfide）。而在细菌未能抑制真菌生长时，这些硫化合物则不存在。这一发现指向了一种特定的化学机制，即这些硫类气体可能通过破坏真菌的细胞壁或打破其内部平衡，从而有效地阻止其生长。有趣的是，研究还发现，当细菌无法阻止真菌时，另一种化合物——乙酰基（acetoin）往往会出现，这表明它可能是细菌正在经历失败而非胜利的信号。
研究并未发现一种适用于所有情况的“万能”气体。相反，证据表明，细菌释放的是一种复杂的化学混合物，而这种混合物的有效性取决于细菌与真菌的具体组合。虽然硫化合物在对抗一种主要病原体方面脱颖而出，但检测到的混合物中的其他气体（如某些醇类和酮类）在其他研究中也被已知具有抗真菌特性。研究人员得出结论，观察到的保护作用很可能源于多种不同气体协同作用的结果，而非单一的主导化学物质。这项工作凸显了多年生小麦根系细菌作为天然生物防治剂的潜力，通过利用土壤的化学语言，为保护农作物免受真菌疾病侵害提供了一种可持续的方式。
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