近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所濱海鹽堿地生物資源評價利用創(chuàng)新團隊在微生物農(nóng)業(yè)化學(xué)生物學(xué)研究及農(nóng)業(yè)微生物應(yīng)用拓展方面取得系列進展，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《農(nóng)業(yè)食品化學(xué)（Journal of Agricultural and Food Chemistry）》（中科院一區(qū)top期刊，IF=6.1），《微生物學(xué)研究（Microbiological Research）》（中科院一區(qū)top期刊，IF=6.7）和《脫鹽（Desalination）》（中科院一區(qū)top期刊，IF=9.9）上。

農(nóng)業(yè)微生物在土壤修復(fù)、水體凈化、動植物病蟲害防治、農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化利用等方面發(fā)揮著重要作用，可以有效提升農(nóng)作物的產(chǎn)量，優(yōu)化農(nóng)作物的品質(zhì)，降低種植成本，改善土壤環(huán)境，保護整個生態(tài)環(huán)境。團隊依托“國家農(nóng)業(yè)環(huán)境微生物種質(zhì)資源庫（山東）”，從一株土曲霉（Aspergillus terreus）HT5獲得了系列結(jié)構(gòu)新穎的環(huán)戊烯酮類化合物。其中，aspergilethers?A和B具有環(huán)戊烯酮中罕見的中長鏈脂肪族側(cè)鏈，并且以側(cè)鏈次甲基差向異構(gòu)體的形式存在。通過NMR和ECD計算，解決了新化合物的構(gòu)型問題。盆栽和田間試驗表明，(+)-terrein對莧科、馬齒莧科、豆科和禾本科雜草表現(xiàn)出了顯著的除草效果。同時，首次發(fā)現(xiàn)了該類化合物的抗卵菌作用。轉(zhuǎn)錄組學(xué)和qRT-PCR結(jié)果表明，(+)-terrein能加速植物器官衰老，并引起植物解毒反應(yīng)。構(gòu)效關(guān)系研究表明，環(huán)戊烯酮中的α,β-不飽和酮和側(cè)鏈共軛體系，以及五元環(huán)鄰二醇的構(gòu)型是影響除草活性的關(guān)鍵。通過結(jié)構(gòu)修飾和改造，有望開發(fā)成為新型微生物源除草劑（論文1）。由于環(huán)戊烯酮同時具有廣譜的抗菌活性，團隊與合作者將(+)-terrein用戊二醛嫁接到反滲透聚酰胺膜上，形成薄層復(fù)合（Terrein-PA）膜，這種膜具有更好的透水性，防污和抗菌性能。與傳統(tǒng)的反滲透膜相比，Terrein-PA膜具有更好的滲透性能，同時兼具抗菌效果，由于使用天然的(+)-terrein，比氯處理對人體健康更安全（論文2）。

團隊前期開發(fā)了新型微生物共培養(yǎng)菌劑，在蔬菜和煙草等經(jīng)濟作物上開展了大面積的示范，然而，兩種生防菌棘孢木霉和枯草芽孢桿菌的互作機制還不清晰。團隊運用多組學(xué)聯(lián)用及生化試驗驗證的方法，揭示了共培養(yǎng)菌株的競爭性互作機制，通過共培養(yǎng)可干擾細胞穩(wěn)態(tài)，抑制棘孢木霉ATP酶活性，降低ATP含量，促進枯草芽孢桿菌芽孢形成，并促進兩株菌抗菌代謝物的產(chǎn)生。研究為新型共培養(yǎng)菌劑的進一步推廣應(yīng)用提供了理論支撐（論文3）。

煙草所與云南農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)王偉博士和煙草所徐康文博士為論文1的共同第一作者，碩士研究生李清鈺為論文3的第一作者，趙棟霖副研究員和張成省研究員為論文1和3通訊作者，趙棟霖副研究員和青島科技大學(xué)宋娜博士為論文2的通訊作者。相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金、青島市自然科學(xué)基金、中國煙草總公司和貴州省煙草公司項目的資助。

新型農(nóng)業(yè)微生物活性物質(zhì)研究示意圖

微生物共培養(yǎng)菌劑的互作機制示意圖