蚯蚓及其表皮排泄物在促进番茄生物量增长和防御灰霉病中的双重作用机制研究

推荐：本研究针对土壤生物如何增强植物抗病性这一关键问题，通过探究赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）及其表皮排泄物（CEx）对番茄（Solanum lycopersicum）生长和防御灰霉病（Botrytis cinerea）的影响，首次证实CEx可通过激活茉莉酸（JA）通路诱导系统抗性，显著降低叶片病害程度（P < 0.001），为农业可持续发展提供了新思路。

　　

土壤是植物生长和生态系统功能的核心，而土壤生物如蚯蚓（Earthworms, EWs）被称为“生态系统工程师”，通过改善土壤结构、促进养分循环间接影响植物健康。然而，蚯蚓及其分泌物如何直接调控植物免疫系统仍不明确。灰霉病（Botrytis cinerea）作为典型的坏死性病原真菌，每年造成番茄等作物严重减产，传统化学防治面临耐药性和环境压力。在此背景下，探究蚯蚓衍生物诱导植物抗性的机制，对开发绿色防控策略具有重要意义。

来自中国的研究团队在《Biological Control》发表的研究，首次揭示了赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）及其表皮排泄物（Cutaneous Excreta, CEx）通过激活茉莉酸（Jasmonic Acid, JA）信号通路，双重调控番茄生物量分配与抗病性的分子机制。研究人员通过对比蚯蚓活体（EWs）与CEx处理对番茄生长参数、生理指标及防御基因表达的影响，结合灰霉病侵染实验，发现CEx能显著减少病原菌导致的叶片损伤（降低48.7%），同时诱导LOX-D、PIN-II等JA通路关键基因持续高表达（P < 0.001），而水杨酸（Salicylic Acid, SA）通路基因PR-1则被抑制。这一发现为利用土壤生物活性成分开发新型生物刺激剂提供了理论依据。

研究采用多组学联用策略：1）建立分区块实验设计，通过混合效应模型（GLMM）分析EWs与CEx对番茄形态和生理的影响；2）利用高分辨率扫描与图像网格法量化灰霉病叶片损伤；3）基于qPCR技术检测LOX-D、GH-19等7个防御基因的动态表达；4）通过非侵入式Dualex系统监测类黄酮（Flavonoids, FLV）等生理指标。所有实验均设置双重复以验证可重复性。

3.1 植物生长和生理参数
研究发现EWs处理显著增加番茄地上部生物量（较对照提升21.3%，P = 0.008），但根干重降低（P < 0.001），表明资源分配向地上部倾斜。CEx虽未促进生长，却使叶片类黄酮含量呈现上升趋势（P = 0.071），暗示其可能通过次级代谢产物调控防御准备状态。

3.2 真菌损伤
图像分析显示，CEx处理组的灰霉病斑面积比对照组减少62.5%（P < 0.001），且病害扩展速度显著减缓，证实CEx具有诱导系统抗性（Induced Systemic Resistance, ISR）的潜力。

3.3 植物防御相关基因表达响应
基因表达谱揭示CEx特异性激活JA通路：在接种后48小时，LOX-D（JA合成关键酶）表达量达对照组的3.2倍（P < 0.001），而几丁质酶基因GH-19持续高表达（P = 0.005）。相反，SA标记基因PR-1在感染早期被抑制（P < 0.001），表明EWs衍生物通过“JA-SA拮抗”机制优先启动抗坏死性病原的防御程序。

这项研究不仅证实蚯蚓CEx可作为天然的植物免疫激活剂，其创新性更体现在三方面：1）首次阐明CEx通过JA/ET通路而非SA通路介导抗病性，填补了土壤动物-植物免疫互作领域的知识空白；2）发现EWs与CEx对植物碳分配的差异化调控，为设计“促生-抗病”协同的土壤管理方案提供依据；3）建立的非破坏性表型分析体系（Dualex+图像网格法）为农业生物刺激剂效价评估树立了新标准。未来研究需解析CEx的具体活性成分，并在田间验证其稳定性。这项成果为减少化学农药依赖、实现“土壤-作物-微生物”协同调控提供了全新视角。