近日，发表在《Frontiers in Microbiology》的一篇综述，系统梳理了内生菌次生代谢物在作物病害管理中的潜力、作用机制与应用前景，让我们看到了这种“天然生物农药”从实验室走向田间的无限可能。

一、农业的双重困境：病害肆虐与化学农药之殇

农业是全球粮食安全的基石，仅在印度，农业就支撑着52%的人口生计，贡献20%的GDP。但放眼全球，病原菌（细菌、病毒、真菌、植物寄生线虫等）引发的生物胁迫，每年造成约25%的农业减产，经济损失高达数十亿美元。

小麦赤霉病、番茄花叶病毒病、水稻稻瘟病、多种作物的根结线虫病……这些常见的作物病害，让农民束手无策。为了保产，传统农业不得不大量使用有机磷、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯等化学农药，可这种“治标不治本”的方式，正在引发更严重的连锁反应：化学农药的过度使用不仅会诱导病原菌产生抗药性，让后续防治难上加难，还会破坏土壤微生态平衡，污染水源和空气，甚至通过食物链在人体内富集，威胁健康。

寻找安全、高效、可持续的病害防治手段，成为全球农业科研的核心课题，而内生菌，正是在这一背景下走入了科学家的视野。

二、什么是内生菌？植物体内的“共生盟友”

很多人不知道，健康的植物体内并非“一片空白”，而是生活着一群特殊的微生物——内生菌。它们包括细菌、真菌、放线菌等，能够定殖在植物的根、茎、叶、花、果实等组织内部，却不会引起宿主植物出现明显的病害症状，反而与植物形成了紧密的共生关系。

与土壤中的微生物相比，内生菌的生存环境更稳定，不会受到温度、土壤pH、水分等外界环境波动的影响，能更直接、持续地为植物提供保护。它们就像植物的“内置保镖”，通过产生各种次生代谢物，与宿主植物形成了一套精密的“防御体系”，既帮助植物抵御病原菌侵袭，又能促进植物生长、提升抗逆能力，堪称植物的“天然共生盟友”。

三、内生菌的“制胜法宝”：次生代谢物，多功能的生物防御分子

内生菌之所以能成为植物的“保护神”，核心在于它们能合成种类繁多、功能强大的 次生代谢物 。这些低分子量的有机化合物，并非内生菌自身生长繁殖所必需，但却是它们与植物、病原菌互动的“化学语言”，更是对抗作物病害的关键武器。

1. 次生代谢物的主要类型

内生菌产生的次生代谢物结构多样，核心包括生物碱、萜类、酚类、脂肽、多肽、挥发性有机化合物（VOCs）等，这些物质各有“专长”，共同构成了对抗病原菌的“组合拳”。

2. 次生代谢物的核心作用：直接抑菌+间接促抗，双管齐下

内生菌次生代谢物对抗作物病害的机制，并非单一的“杀菌”，而是形成了一套“直接作用+间接调控”的双重防御体系，既精准打击病原菌，又强化植物自身的“免疫力”。

（1）直接抑制病原菌：从物理破坏到代谢阻断

许多次生代谢物能直接对病原菌发起攻击，让其失去生存和繁殖能力：

• 破坏细胞膜结构 ：如芽孢杆菌产生的脂肽（表面活性素、伊枯草菌素、丰原素），能穿透病原菌的细胞膜，导致细胞内容物外泄，最终让病原菌死亡；
• 抑制孢子萌发与菌丝生长 ：木霉菌、青霉菌等真菌内生菌产生的抗真菌物质，能有效抑制病原菌的孢子萌发和菌丝延伸，阻止其在植物体内扩散；
• 阻断代谢与信号通路 ：部分次生代谢物能抑制病原菌的群体感应系统，让病原菌无法“交流”形成侵染集群，或阻断其毒素合成途径，降低致病性。

（2）间接提升植物抗性：激活植物的“免疫系统”

除了直接打击病原菌，内生菌次生代谢物还能作为“信号分子”，激活植物的 系统获得性抗性（SAR） 和 诱导系统抗性（ISR） ，让植物从“被动防御”变为“主动防御”：

• 它们能诱导植物产生水杨酸、茉莉酸、乙烯等植物激素，启动防御相关基因的表达，合成植保素、几丁质酶、过氧化物酶等防御物质；
• 同时，还能促进植物根系发育、提升养分吸收能力（如铁载体螯合铁元素、溶磷作用），让植物长得更健壮，从根本上提升抗逆能力。

3. 不同类型内生菌，各有“拿手绝活”

不同类别的内生菌，产生的次生代谢物各有特色，在病害防治中各司其职，形成了互补的防御网络：

（1）内生细菌：脂肽类物质为核心，广谱抑菌

以芽孢杆菌、假单胞菌为代表的内生细菌，是次生代谢物的“高产大户”，其产生的脂肽类物质（如伊枯草菌素、表面活性素）具有广谱的抗真菌、细菌活性，能对抗番茄早疫病菌、灰霉病菌、小麦赤霉菌等多种病原菌。例如，贝莱斯芽孢杆菌分泌的挥发性有机化合物，对番茄早疫病菌的抑制率达83.0%，对灰霉病菌更是高达92.1%。

此外，部分内生细菌还能产生ACC脱氨酶，分解植物体内的乙烯前体，降低逆境下乙烯的积累，缓解植物的胁迫反应，同时促进根系生长。

（2）内生真菌：抗真菌+杀虫，多功能防御

木霉菌、青霉菌、曲霉等内生真菌，是作物真菌病害的“克星”，其产生的萜类、酚类、挥发性有机化合物等，能有效抑制稻瘟病菌、枯萎病菌等病原真菌。例如，大蒜来源的短密木霉菌产生的木霉菌素，对水稻纹枯病菌的抑制活性极强；香蕉内生的短木霉菌制剂，对香蕉枯萎病的防效达64.65%。

部分内生真菌还能产生具有杀虫活性的代谢物，减少虫害对作物的侵害，实现“防病+防虫”双重效果。

（3）内生放线菌：生物农药的“经典来源”，抗逆性强

以链霉菌为代表的内生放线菌，是天然抗生素的“重要宝库”，其产生的聚酮类、肽类、大环内酯类代谢物，不仅具有广谱的抗菌、杀虫活性，还能促进植物生长、改善土壤健康。例如，紫黑链霉菌能分解真菌细胞壁的几丁质，有效抑制真菌生长；利迪链霉菌的提取物能破坏病原菌的细胞膜，引发其细胞质外泄。

放线菌的次生代谢物还具有较强的抗逆性，能在复杂的田间环境中保持活性，是研发生物农药的优质材料。

四、从实验室到田间：内生菌生物农药的研发与应用

内生菌次生代谢物的巨大潜力，让其成为下一代生物农药的核心研发方向，而科学家们也已经搭建起了从内生菌筛选到生物农药制备的完整技术路径：

1. 内生菌分离 ：从不同植物的根、茎、叶等组织中分离出具有生防潜力的内生菌；
2. 代谢物提取与鉴定 ：通过体外培养，提取内生菌产生的次生代谢物，利用HPLC、GC-MS等技术鉴定其成分；
3. 活性筛选 ：通过室内抑菌、盆栽试验，筛选出对目标病原菌具有高效抑制活性的代谢物或内生菌菌株；
4. 制剂研发 ：将内生菌或其代谢物制备成可湿性粉剂、油剂、微胶囊等剂型，提升其稳定性和田间应用效果。

目前，已有部分基于内生菌的生物农药实现了商业化应用，例如以假单胞菌为核心的Cedomon®、以链霉菌为核心的Mycostop®、以真菌为核心的Contans® WG，这些产品在小麦赤霉病、土传病害等防治中表现出优异的效果，部分场景下甚至能媲美化学农药。

而在实验室研究中，内生菌的应用潜力还在不断被挖掘：例如，将内生菌与其他有益微生物构建成 微生物联合体 ，能实现“1+1>2”的生防效果；通过合成生物学技术改造内生菌，使其过量表达高效生防代谢物，能大幅提升其防治效率。

五、潜力巨大，但仍需跨越这些“障碍”

尽管内生菌次生代谢物作为生物农药的前景广阔，但从实验室研究到大规模田间应用，还需要跨越一系列技术和实践障碍，这也是当前科研的重点方向：

1. 分子机制尚未完全明晰

目前，科学家对内生菌与植物、病原菌之间的分子互作机制了解仍不充分，例如内生菌如何精准定殖在植物体内、次生代谢物的合成调控通路、植物识别内生菌的信号通路等，仍需要进一步深入研究。

2. 规模化生产难度较大

部分内生菌在体外培养时，其次生代谢物的产量会大幅下降；而放线菌等内生菌的生长速度慢、发酵周期长，增加了规模化生产的成本。同时，次生代谢物的分离纯化也需要高效、低成本的技术手段。

3. 田间稳定性有待提升

内生菌代谢物多为天然有机化合物，易受紫外线、温度、湿度等田间环境因素的影响，导致活性丧失；部分代谢物在植物表面的黏附性差，也会降低防治效果。目前，科学家正通过微胶囊包埋、纳米载体等技术，提升其稳定性和持效性。

4. 长期生态效应未知

内生菌作为外来微生物，大规模应用后是否会对土壤微生态、本地生物多样性产生潜在影响，其长期生态效应仍需要开展系统的监测和研究，确保其应用的生态安全性。

六、未来展望：内生菌代谢物，构建可持续农业的核心力量

尽管面临诸多挑战，但内生菌次生代谢物作为下一代生物农药的核心价值，已经得到全球科研界的认可。随着多组学技术（基因组学、转录组学、代谢组学）、合成生物学、微生物组学等技术的发展，这些障碍正被逐步突破：

• 借助多组学技术，科学家能快速挖掘内生菌中的生防基因簇，解析次生代谢物的合成机制；
• 通过合成生物学技术，能对内生菌进行基因改造，实现次生代谢物的高效合成，或构建“人工内生菌”，赋予其更强大的生防功能；
• 微生物联合体的研发，能整合不同内生菌的优势，实现对多种病害的广谱防治，同时提升田间适应性。

未来，将内生菌次生代谢物整合到作物综合防治体系中，不仅能大幅减少化学农药的使用，还能改善土壤健康、提升作物品质、保护生态环境，最终实现“病害防治+粮食安全+生态保护”的三重目标。而内生菌与植物的共生关系，也让我们看到了农业发展的新方向——不再是“对抗自然”，而是“顺应自然”，利用微生物与植物的天然共生关系，构建绿色、可持续的现代农业体系。

关于山东初农生物

山东初农生物在真菌产业化培育领域深耕细作，创新采用液固气三项联动的培养方式，以大米为专属培养基，在标准化的生产工艺流程中，能促使真菌充分代谢并产生大量高活性的真菌代谢产物，让内生菌真菌代谢物的规模化、高品质生产成为现实。现诚邀各大院校、科研机构及相关企业携手合作，依托成熟的生产技术与优质的代谢产物资源，共同探索真菌代谢物在农业生物农药、作物病害防治、绿色农业发展等领域的多元应用，推动内生菌代谢物产业化落地，共筑农业可持续发展的新生态。

引用来源

Parveen G, Ansari WA, Kumar N, Jaiswal DK. Harnessing secondary metabolites of endophytic microbes: a next-generation biopesticide for crop disease management. Front Microbiol. 2026 Jan 22;16:1705702. doi: 10.3389/fmicb.2025.1705702. PMID: 39115866; PMCID: PMC10828764.