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从种子开始：噬菌体在农作物中的超能力
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民以食为天，而农作物作为人类食品的根基，在我们的生活中占据着不可替代的重要地位，它们不仅是营养的源泉，更是文明繁荣的基石。
古诗说“春种一粒粟，秋收万颗子”，可见种子对于农业生产的重要性！今天我们聊的就是如何保护种子！
在现代农业生产中，细菌性病害一直是影响作物健康生长和产量的重要因素。然而，随着化学农药的过度使用，环境问题和病原菌抗药性的出现，人们越来越迫切地需要一种环保、可持续的植物保护方法。在这样的背景下，噬菌体——一种天然的细菌病毒，因其独特的生物学特性，展现出了巨大的应用潜力。
下面是一些噬菌体的示意图：看看像不像天外来客？——实际上，噬菌体的存在可以追溯到非常古老的时期，据科学家们的研究，病毒和噬菌体可能早在地球上的生命出现之初就已经存在。
目前普遍认为，病毒（包括噬菌体）不是地球上的“原驻民”，因为它们依赖于宿主细胞（如细菌）来进行繁殖和生存。在生命的演化过程中，病毒可能是在细胞生命形式出现之后才演化出来的。病毒和噬菌体的起源尚不完全清楚，但有一种理论认为它们可能起源于细胞生命的早期阶段，可能是从自主的细胞生物退化而来的。
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图：噬菌体形态示意图（图片来自网络）
精准识别，高效裂解
噬菌体，这个名字来源于希腊语，意为“细菌的吞噬者”。它们是一类专门侵染细菌的病毒，能够利用其高度的宿主特异性，精准识别并裂解特定类型的细菌。这一特性使得噬菌体在控制植物致病菌方面具有独特的优势。
广泛应用，效益显著
噬菌体对于农作物细菌病害具有非常有价值的作用。例如此前的文章《未来之星| 噬菌体引领植物保护十亿级市场变革》一文所提到的：噬菌体能够有效地控制多种植物细菌性疾病。例如，针对番茄和辣椒的细菌性斑点病、苹果和梨的火疫病、柑橘溃疡病和柑橘细菌性斑点病以及马铃薯的软腐病等，都有相应的噬菌体产品在实际农业生产中得到应用。
在具体使用方面，已经探索了不同的噬菌体施用方法，如在叶面喷洒噬菌体悬浮液、加入灌溉水中灌根、处理种子块茎并用制剂涂覆叶子以保护噬菌体免受辐射等。
曾有文献报道发现了三种新型水生噬菌体能够有效地控制植物病原体青枯菌。这些噬菌体在淡水中具有长期稳定性，并且能够通过灌溉系统应用于田间，显示出在实际农业操作中的潜力。
种子包被：另辟蹊径
多份报告提到，通过种子传播似乎是植物病原体传播的主要途径，一些研究者预测，使用受污染的种子可能会导致产量下降 15% 至 90%。而近年来只有少数研究涉及通过种子包被进行有效的植物生物防治。
2024年6月17日，德国学者发表了一篇论文《Seed coating with phages for sustainable plant biocontrol of plant pathogens and influence of the seed coat mucilage》，介绍了噬菌体的创新应用——种子包被技术。这项技术通过将噬菌体直接涂覆在种子表面，为植物早期生长提供了生物防控手段。
研究人员从土壤和废水中分离得到的新型噬菌体Athelas和Alfirin，能有效感染导致农作物病害的细菌。这些噬菌体通过简单浸泡处理附着在种子表面，并保持溶菌活性。
图：新型农杆菌噬菌体Alfirin，假单胞菌噬菌体Athelas以及黄单胞菌噬菌体Pfeifenkraut的噬菌体形态。（A）0.4%软琼脂上噬菌体的斑块形态。比例尺：2厘米;（B）单个斑块的立体显微镜检查。比例尺：1毫米;（C）病毒粒子的透射电子显微镜（TEM）图像。噬菌体分离物用醋酸铀酰染色呈阴性。比例尺：100 nm。
另外，作者还在具体的粘附机制研究中发现，种皮粘液 （SCM）在噬菌体与种子的结合中起着关键作用。与未去除粘液的种子相比，去除粘液的种子形成的裂解区少 5 到 10 倍。
文章图形摘要：噬菌体在包被到种子上时可以有效地裂解细菌，从而作为一种环境可持续的生物防治解决方案。研究结果表明，种皮粘液对噬菌体结合至关重要，长期测试表明高稳定性和更高的幼苗存活率，强调了基于噬菌体的农业干预的潜力。
噬菌体种子包被的作用
生物防控：有效裂解种子表面和周围土壤中的致病菌，减少病害发生。
环境友好：减少对环境的污染，相比化学农药更为环保。
减缓耐药：减缓病原菌耐药性的发展。
种子健康：保持种子健康，提高发芽率和幼苗生长速度。
噬菌体在作物中的其他神效
噬菌体作为一种生物防控手段，在农业上的应用潜力远远超出了单一作物或病原菌的控制。例如：
1. 多作物适用性：噬菌体不仅限于某一种作物或病原菌，它们的高度特异性意味着可以针对多种作物的多种致病菌进行定制化治疗。
2. 水果和蔬菜病害控制：在水果和蔬菜生产中，噬菌体可以用于控制诸如软腐病、细菌性斑点病等由细菌引起的病害，减少化学农药的使用。
3. 谷物病害防治：谷物作物如小麦、玉米和水稻可能会受到多种细菌性病害的影响，噬菌体的应用有助于减少这些病害的发生，保障粮食安全。
4. 经济作物保护：对于经济作物如棉花、大豆和烟草，噬菌体可以作为一种有效的生物防控手段，减少因病害导致的产量损失。
5. 有机农业：在有机农业中，由于化学合成农药的使用受到限制，噬菌体提供了一种符合有机标准的病害控制方案。
6. 土壤健康：噬菌体不仅可以控制植物表面的病原菌，还可以改善土壤微生物群落的结构，促进土壤健康。
7. 环境生物修复：噬菌体在植物病害控制之外，还可以用于环境生物修复，如净化受到病原菌污染的水源和土壤。
8. 潜力无限：随着噬菌体研究的深入，未来可能会发现更多种类的噬菌体，它们可能具有更广泛的应用范围和更强的疾病控制能力。
噬菌体的这些潜在应用展示了它们在现代农业中的多样性和重要性。随着科技进步和市场需求的增长，噬菌体有望成为农业可持续发展的关键工具之一。提供环保、有效的病害控制策略，推动农业可持续发展。
结语
噬菌体，这些微小的生物体，正成为农作物的天然保护神。通过噬菌体在农作物当中的应用，能够更有效地保护作物免受细菌性病害的威胁，同时保护我们的环境。期待噬菌体在未来农业中的广泛应用，为人类带来更加健康、绿色的食品供应。
昨天是夏至节气，有谚语云“夏至有雨，仓里有米”，期待因为噬菌体护体，我们能有更多收获！
参考文献
Álvarez B, López M M, Biosca E G. Biocontrol of the major plant pathogen Ralstonia solanacearum in irrigation water and host plants by novel waterborne lytic bacteriophages[J]. Frontiers in Microbiology, 2019, 10: 492073.
Erdrich S, Schurr U, Frunzke J, et al. Seed coating with phages for sustainable plant biocontrol of plant pathogens and influence of the seed coat mucilage[J]. bioRxiv, 2024: 2024.01. 12.575253.
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