近日,安徽农业大学陈雨教授团队围绕国产烷基多胺类杀菌剂辛菌胺的作用机制开展系统研究,揭示了辛菌胺除直接抑菌外,还可通过干扰病原菌群体感应系统、削弱其致病能力发挥间接抗菌作用。该发现从分子层面解释了辛菌胺长期田间应用仍保持较低抗性风险的重要原因,也为创制低抗性绿色农药、优化田间病害防控方案提供了新的理论依据。
植物细菌性病害是影响粮食、油料、果蔬等作物稳产增产的重要因素之一。长期以来,农业生产中常用的化学杀菌剂多以直接杀灭病原菌为主要目标。此类药剂见效较快,但持续高频使用也容易对病原菌形成较强选择压力,诱导病原菌逐渐产生抗药性。另一类药剂则主要通过削弱病原菌的侵染、运动和定殖能力来降低病害发生程度,虽然有利于延缓抗性形成,但单独使用时防治效果往往有限。因此,如何研发既能有效控制病原菌数量、又能降低病原菌致病能力,并兼顾绿色安全和低抗性风险的新型杀菌剂,成为植物保护领域长期关注的重要课题。
辛菌胺是我国拥有自主知识产权的烷基多胺类杀菌剂,在多种作物细菌性病害防控中应用已有30余年。与部分传统药剂相比,辛菌胺具有低残留、安全性较好、对农田有益生物影响较小等特点,在绿色植保和农药减量增效背景下具有重要应用价值。已有研究表明,辛菌胺能够通过影响细菌能量代谢、破坏细菌遗传物质DNA等方式直接抑制病原菌生长。然而,一个长期困扰科研人员的问题是:许多杀菌剂在大面积使用数年后便会出现抗性上升现象,辛菌胺为何能够在长期田间应用中保持较低抗性风险?其背后是否存在尚未被认识的作用机制?
围绕这一科学问题,陈雨教授团队以水稻白叶枯病菌为研究对象,综合运用高通量基因筛选、分子生化检测、基因遗传操作和盆栽药效验证等技术手段,对辛菌胺的作用靶点和抗菌通路进行深入解析。研究发现,辛菌胺能够作用于调控病原菌群体感应系统的关键蛋白RpfG,并通过影响其表达和功能,阻断病原菌胞内信号传导过程。
群体感应是细菌感知群体密度、协调群体行为的重要机制。对于植物病原细菌而言,这一系统与其运动、侵染、定殖以及毒力因子表达密切相关。研究显示,当RpfG蛋白功能受到抑制后,病原菌体内相关信号分子发生累积,进而影响一系列致病基因表达,使病原菌虽然仍然存在,但其游动能力、侵染能力和在作物体内定殖能力明显下降。也就是说,辛菌胺并非只依靠“杀死病菌”发挥作用,还能通过削弱病原菌“致病本领”的方式降低病害发生风险。
这一发现使辛菌胺的抗菌机制更加清晰。研究团队认为,辛菌胺具有“直接杀菌”和“弱化毒力”相结合的双重作用模式:一方面,它能够通过影响细菌能量代谢和DNA稳定性直接抑制病原菌生长;另一方面,它又能够通过干扰RpfG介导的群体感应通路,降低病原菌侵染作物的能力。两种作用相互配合,不仅增强了病害防控效果,也在一定程度上降低了病原菌通过单一路径产生稳定抗性的可能性。
该研究还显示,辛菌胺对群体感应系统的干扰具有一定物种专一性,主要靶向黄单胞菌属病原细菌及部分有害菌种,对农田有益微生物影响较小。这一特点对于维护农田微生态平衡具有积极意义。当前,农业生产正从单纯追求病害快速控制,转向更加重视生态安全、药剂减量和可持续治理。辛菌胺相关机制的阐明,为精准防控黄单胞菌属细菌性病害提供了新的科学依据,也为农药科学复配和田间减量施用提供了理论支撑。
从产业应用看,该成果有助于进一步优化辛菌胺在水稻、果蔬等作物病害防控中的使用策略。通过深入认识其直接抑菌与间接抑制毒力的协同机制,科研人员和农业技术推广人员可以更加科学地制定用药方案,推动其与其他药剂合理复配,提高防控效率,减少不必要的药剂投入。同时,围绕RpfG等关键靶点开展后续研究,也有望为新一代低抗性抗菌药剂创制提供方向。
业内专家认为,该研究突破了传统杀菌剂研究中过度关注直接杀菌靶点的思路,将病原菌群体感应调控纳入国产杀菌剂作用机制研究视野,丰富了植物细菌性病害绿色防控理论体系。特别是在保障粮食安全、推进农业绿色发展和加快农业科技自立自强的背景下,这类面向生产实际问题的基础研究,不仅有助于解释已有药剂长期应用中的关键科学现象,也能够为现代农业病害治理提供可推广、可转化的新路径。
安徽农业大学科研团队长期聚焦植物病害绿色防控和农药作用机制研究,把实验室科学问题与田间生产需求紧密结合。此次关于辛菌胺双重抗菌机制的研究,不仅回应了国产农药低抗性优势背后的科学问题,也为我国自主创制绿色农药、提升细菌性病害可持续治理能力提供了重要支撑。下一步,相关研究可进一步面向不同作物、不同病原菌和不同生态环境开展验证,推动科研成果更好服务农业生产一线,为保障重要农产品稳定安全供给贡献高校科技力量。(陈雨)

