近日，学院侯英楠团队联合环境科学与工程学院黄勇平/李泽晖团队，在农业绿色生物防控与有机废弃物循环利用交叉领域取得重要进展。研究证实黑水虻幼虫肠道细菌是虫沙广谱抑菌功能的核心来源，基于菌株协同互作理性构建八株合成微生物群落（SynCom），开发广谱高效生物防控菌剂。该菌剂对马铃薯黑痣病、晚疫病等具备优异防控效果，为削减化学杀菌剂使用、发展循环农业提供新思路。相关成果以 “Black Soldier Fly Gut Microbiota as a Green Alternative to Chemical Fungicides: Broad‑Spectrum Biocontrol and Implications for Reducing Fungicide Environmental Loading”为题，在线发表于《Environmental Science & Technology》。
研究背景：农业病害防控亟需环境友好型替代方案
植物病害可造成全球 20%
黑水虻可以高效转化有机废弃物，转化副产物虫沙被报道具备植物病害抑制潜力，但虫沙发挥生防功能的生物源头、分子机制尚不明确，限制虫沙类生防资源的定向开发与规模化应用。同时，传统单一生防菌株常存在田间定殖弱、防效不稳定等短板。本研究立足环境固废资源化与植物保护交叉视角，挖掘黑水虻虫沙内的有益微生物资源，解析抑病作用机制，基于菌株互作规律构建稳定高效的合成菌群。
虫源功能微生物挖掘与合成菌群的构建及抑病机制
组分分离实验证实，黑水虻虫沙对马铃薯黑痣病、晚疫病具有抑制效果，其抑病活性主要来自虫沙内细菌及其代谢产物，而非虫沙基质。
黑水虻幼虫虫砂可通过细菌代谢产物抑制马铃薯病原菌
无菌幼虫对照实验进一步证明，抑菌功能细菌来源于黑水虻幼虫肠道，并非饲喂底物，明确虫沙生防功能的微生物源头。
团队建立双相筛选策略，分别靶向挥发性有机化合物（VOCs）、液相次级代谢产物（LMs）两类抑菌物质，从虫沙中筛选得到17株对植物病原菌具备拮抗能力的候选菌株。通过菌株共培养解析菌株两两之间生长促进/抑制互作关系，剔除存在广泛竞争拮抗的菌株，保留8株相互兼容、存在协同增益效应的菌株，组装得到人工合成群落（SynCom）。生长曲线结果表明，该合成菌群整体生长性能优于随机组合菌群与单一菌株，菌群内部形成协同互利关系。
马铃薯盆栽试验显示，SynCom 对马铃薯黑痣病防效可达 68%±17%，防控效果与原始虫沙相当；针对马铃薯晚疫病，SynCom 处理可使根际致病疫霉丰度降低 64%±13%，显著优于直接施用虫沙的处理（48%±15%）。SynCom 还可提升马铃薯鲜重，对株高、干重无负面影响，应用潜力突出。对比成分复杂、批次差异大的原始虫沙，SynCom 菌株组成清晰、功能可溯源，更便于开展机制解析与定向性能优化。
平板功能实验表明，SynCom 依靠两套互补通路抑制病原菌：挥发性有机化合物实现远距离抑菌，造成真菌菌丝表面粗糙、膨压丧失；液相次级代谢产物产生直接接触破坏效应，引发菌丝严重扭曲、断裂。代谢组分析鉴定出苯乙烯等关键挥发性抑菌物质，以及表面活性素、放线菌素 D、尿囊素等液相活性代谢物，阐明合成菌群抑制病原真菌、卵菌的物质基础。
挥发性有机化合物与脂质代谢物中抗真菌代谢产物的鉴定及验证
本研究阐明黑水虻幼虫肠道细菌是虫沙抑病功能的关键驱动因子，解析挥发性、液相代谢物两套互补抑菌通路；基于菌株协同互作理性构建合成微生物生防菌群，实现马铃薯典型土传病害高效防控，为化学杀菌剂提供环境友好替代方案。研究打通有机废弃物资源化利用和农作物病害生物防控的交叉路径，为循环农业发展提供新的技术范式。
人工合成群落生物防治作用机制
上海交通大学环境科学与工程学院2023级博士生任雨冬、农业与生物学院2023级博士生刘文诚为论文共同第一作者，农业与生物学院侯英楠副教授与上海交通大学环境科学与工程学院黄勇平教授、李泽晖副教授为共同通讯作者。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市自然科学基金等项目资助。