本研究由Taswar Ahsan、Chunhao Liang、Shuyi Yu、Xue Pei、Jinhui Xie、Ying Lin、Xiaozhou Liu、Muhammad Umair和Chaoqun Zang合作完成，作者来自辽宁省农业科学院植物保护研究所（Institute of Plant Protection, Liaoning Academy of Agricultural Sciences）和浙江师范大学生命科学学院（College of Life Science, Zhejiang Normal University）。研究成果于2023年4月7日发表在期刊《Applied Sciences》上，标题为《Screening and Optimization of Fermentation Medium for Bacillus velezensis BP-1 and Its Biocontrol Effects Against Peyronellaea arachidicola》。

学术背景
花生网斑病（peanut web blotch）是由真菌Peyronellaea arachidicola引起的叶部病害，严重影响中国辽宁、山东等花生产区的产量。传统化学杀菌剂存在环境污染、病原菌抗药性等问题，而生物防治因环境友好特性成为研究热点。芽孢杆菌属（Bacillus spp.）因其能产生多种抗菌代谢物及耐逆性孢子，被广泛应用于植物病害防控。然而，现有芽孢杆菌发酵生产成本高、产量低，限制了其商业化应用。本研究首次探索了Bacillus velezensis BP-1菌株对花生网斑病的防治潜力，并通过优化发酵培养基提升其抗真菌活性。

研究流程
1. 菌株与培养基筛选
- 研究对象：拮抗菌B. velezensis BP-1（来源：辽宁省农业科学院保藏）和病原菌P. arachidicola。
- 方法：通过单因素试验（single-factor test）筛选基础培养基（6种配方，以LB培养基为对照），测定对P. arachidicola的抑制率。结果显示LB培养基抑制率最高（90%），选定为后续优化的基础。

1. 关键营养源优化

   • 碳源筛选：将LB培养基中的酵母提取物（yeast extract）替换为蔗糖、淀粉等6种碳源，发现粗粒小麦粉（semolina flour）抑制率最高（87%）。
     
   • 氮源筛选：以花生根部提取物（peanut root extract）替代胰蛋白胨（tryptone），抑制率达83%。
     
   • 无机盐筛选：硫酸镁（MgSO₄）取代氯化钠（NaCl）后抑制率提升至80%以上。
     

2. 响应面法（Response Surface Methodology, RSM）优化

   • 采用中央复合设计（Central Composite Design, CCD），以粗粒小麦粉（A）、花生根提取物（B）和硫酸镁（C）为变量，设计15组实验。
     
   • 二次多项式模型分析表明，最优组合为：粗粒小麦粉15 g/L、花生根提取物13.68 g/L、硫酸镁0.50 g/L，预测抑制率90%。验证实验证实实际抑制率达88.34%。
     

3. 发酵代谢分析

   • 监测96小时发酵过程：总糖消耗与菌体生长呈负相关（R²=0.9609），氨基氮含量波动（R²=0.7748），pH值在5.5–6.6间变化，菌体干重在84小时达峰值。
     

4. 体外与盆栽实验

   • 体外抑菌：优化培养基的发酵液抑制率为88.35%，显著高于基础培养基（70.66%），接近商业杀菌剂（91.27%）。
     
   • 盆栽防效：预处理（先喷BP-1后接种病原菌）防效达96%，显著优于后处理（88.33%），表明BP-1可能通过诱导植物系统抗性发挥作用。
     

主要结果
- 单因素实验明确LB培养基为最佳基础，粗粒小麦粉和花生根提取物分别作为最优碳、氮源。
- CCD模型显示三因素交互作用显著（p<0.05），其中粗粒小麦粉与硫酸镁的交互项（a²c）对抑制率影响最大（p=0.001）。
- 代谢分析揭示BP-1在发酵中期（48–72小时）糖耗最快，与抗菌物质合成高峰吻合。
- 盆栽实验证实BP-1发酵液可有效预防花生网斑病，防效优于 curative application（治疗性应用）。

结论与价值
本研究首次将B. velezensis BP-1应用于花生网斑病防控，通过RSM优化建立低成本、高效的发酵工艺。优化后的培养基成本降低且抑制率提升，为芽孢杆菌生物农药的工业化生产提供技术支撑。科学价值在于：
1. 验证花生根提取物作为新型氮源的潜力；
2. 明确MgSO₄通过促进蛋白合成增强抗菌活性；
3. 揭示BP-1的预防性应用优于治疗性应用。

创新点
1. 新型培养基组分：首次将粗粒小麦粉和花生根提取物组合用于芽孢杆菌发酵。
2. 方法学优化：采用CCD-RSM模型精准量化营养组分交互作用，突破传统单因素局限。
3. 应用突破：为花生网斑病提供首个芽孢杆菌生防方案，填补中国该领域研究空白。

其他亮点
- 盆栽实验设计区分了预防与治疗效果，为田间应用策略提供依据。
- 代谢动态分析为工业化发酵工艺参数（如补料时间）提供理论参考。

该研究为农业可持续发展提供了切实可行的生物防治方案，具有显著的生态与经济价值。