Massilia consociata KC 009通过重塑内生微生物群落及增强生理代谢促进菊花扦插生根的机制研究

本综述系统阐述了植物根际促生菌（PGPR）Massilia consociata KC 009在菊花扦插生根中的创新应用。研究通过盆栽实验证实，菌株处理可显著提升生根率（50%）及根系形态指标，并揭示其通过调控可溶性蛋白、IAA等关键生理因子，重塑内生菌群结构（如Chryseobacterium等有益菌富集），激活碳氮代谢（如淀粉合成酶EC:2.4.1.21）和抗逆通路（如MAPK信号通路），为微生物菌剂开发提供理论依据。

　　

引言

菊花作为全球四大切花之一，兼具观赏价值、文化内涵及药用活性成分（如黄酮类、萜类和多糖）。扦插繁殖因其成本低、操作简单且能保持母本遗传性状，成为菊花栽培的主要方式。然而连续耕作导致自毒物质（如香豆酸）积累和微生物群落变化，显著抑制扦插苗存活率与生根能力。当前化学药剂（如生长调节剂）的应用可能破坏土壤微生态平衡，因此探索绿色替代策略至关重要。植物根际促生菌（PGPR）通过产生生长激素、激活养分及抑制病原等功能，成为促进植物生根与生长的研究热点。Massilia属细菌作为PGPR的代表，具有固氮、溶磷、产生植物激素（如IAA）等特性，但其在扦插生根中的作用尚未报道。本研究首次从昆明轿子山分离获得M. consociata KC 009，旨在解析其促进菊花扦插生根的机制。

材料与方法

实验采用菊花切花品种‘金霸’（Chrysanthemum morifolium Ramat.）扦插苗，长度约8 cm，保留7–8片叶。菌株KC 009使用ISP2液体培养基于28°C、180 rpm振荡培养5天，发酵液稀释至10⁶ CFU/mL用于灌溉。盆栽基质为红壤（pH 7.04），实验在昆明大学温室进行。扦插后每3天灌溉菌液，培养21天。测定指标包括生根率（第15天）、根数、根长及根干重（第21天）；生理指标如叶绿素（分光光度法）、可溶性蛋白（考马斯亮蓝法）、可溶性糖（蒽酮比色法）、IAA和ABA（ELISA试剂盒）、POD（愈创木酚法）和PPO（儿茶酚法）活性。内生与根际微生物通过高通量测序分析（细菌16S rRNA V3–V4区引物338F/806R，真菌ITS1区引物ITS1F/ITS2R），数据使用SPSS、Origin及微生物功能预测工具（PICRUSt2、FUNGuild）处理。

结果

KC 009的IAA合成能力测定显示，其在ISP2液体培养基中可产生15.995 nmol/L IAA。盆栽实验中，KC 009处理显著提升菊花扦插生根表现：生根率增加50%，根数、根长和根干重分别提高40.78%、35.77%和54.65%。生理指标分析表明，可溶性糖和淀粉从第6天开始积累，峰值增幅达11.55%和6.71%；可溶性蛋白从第3天上升，最高增加11.23%。POD活性在第6天显著提升59.01%，PPO活性在第15天增加14.66%。叶绿素含量在第15–21天急剧上升（19.44%–19.99%），内生IAA水平在第12天和第21天分别提高16.89%和17.60%，而ABA无显著变化。相关性分析显示，根干重、根长和根数与可溶性蛋白、可溶性糖、叶绿素、PPO活性和IAA含量呈显著正相关。

微生物群落分析显示，KC 009对根际微生物无显著影响，但降低了内生真菌的丰富度与多样性，并重构了内生细菌群落。在门水平，Proteobacteria丰度下降37.02%，Bacteroidota和Actinobacteriota分别增加38.33%和11.94%。属水平上，Chryseobacterium、Alcaligenes、Rhodococcus、Microbacterium和Acidovorax丰度显著上升（增幅45.68%–6.01%），其中Chryseobacterium和Alcaligenes成为KC 009处理组的关键生物标志物（LDA得分5.35和4.90）。共现网络分析表明，菌株处理增强了内生细菌互作稳定性（网络密度从0.35402升至0.37566）。真菌群落中，Ascomycota和Basidiomycota丰度下降，潜在病原菌Cladosporium和Alternaria分别减少16.70%和3.35%，而有益菌Trichoderma增加26.67%。Cladosporium与生理指标（叶绿素、PPO、可溶性糖等）及根数呈负相关，Trichoderma与根干重正相关。

功能预测显示，KC 009处理后内生细菌的氨基酸代谢、碳水化合物代谢和能量代谢通路显著富集。14条植物生长相关代谢途径丰度上升，其中叶酸生物合成、MAPK信号通路和半乳糖代谢分别增加149.49%、39.88%和38.13%。关键酶丰度变化包括：IAA合成相关色氨酸酶（EC:4.1.99.1）上升129.71%，淀粉合成酶（EC:2.4.1.21）增加104.44%，叶绿素合成相关谷氨酰-tRNA还原酶（EC:1.2.1.70）提高71.34%，抗氧化酶 catalase（EC:1.11.1.6）和氮代谢酶天冬酰胺合成酶（EC:6.3.5.4）分别上升36.09%和26.37。真菌功能分析表明，植物病原体相关功能（如Animal Pathogen-Endophyte-Plant Pathogen）丰度下降40.69%–62.42%，而未定义腐生菌（含Eurotiales、Hypocreales等有益菌）增加366.47%。

讨论

KC 009通过多维协同策略促进菊花扦插生根。其不仅能直接合成IAA，还激活植株内源IAA合成，协同调控碳氮积累（可溶性蛋白、糖和淀粉）、光合作用（叶绿素）和抗逆酶活性（POD、PPO）。内生微生物群落重构是关键机制：有益菌Chryseobacterium（与可溶性蛋白、叶绿素正相关）、Alcaligenes（与PPO、POD正相关）和Microbacterium富集，而病原菌Cladosporium和Alternaria被抑制。功能上，菌株通过提升淀粉 synthase、IAA synthase等酶丰度，驱动代谢向能量储存和生长激素合成方向转化，形成“抑害促益”微生态平衡。本研究为开发兼具促生与抗病功能的微生物菌剂提供理论依据，但需进一步开展田间验证及多品种适用性测试。

结论

M. consociata KC 009通过重塑菊花扦插内生菌群、增强生理代谢（如可溶性蛋白、IAA）及激活微生物功能模块（如碳氮代谢通路），显著提升生根率、根长和根干重。该研究揭示了PGPR通过微生物-生理-代谢多维互作促进扦插生根的机制，为绿色农业应用提供新策略。