DBD等离子体种子处理诱导银桦遗传标记相关的生化谱与叶际真菌群落变化及其抗性调控机制研究

本研究针对森林健康面临的环境胁迫与病害入侵问题，开展了介质阻挡放电（DBD）等离子体种子处理对银桦（Betula pendula Roth.）生化特性与叶际真菌群落影响的跨学科研究。通过分析7个半同胞家系的叶片生化化合物（酚类、黄酮、光合色素）含量、抗氧化酶（CAT、APX、GR、SOD、POX）活性及真菌群落组成，发现2分钟DBD处理可显著提升部分家系（如73和86号）的生物活性化合物含量，降低病原真菌（如Phyllactinia betulae）相对丰度，并揭示生化指标与真菌功能群落的关联性。该研究为林业抗逆育种和微生物生态调控提供了新策略。

　　

随着全球气候变化加剧和新兴病害频发，森林生态系统正面临前所未有的压力。树木生长受阻、繁殖周期紊乱，迫切需要创新技术来提升树木的抗逆能力。银桦（Betula pendula Roth.）作为欧洲广泛分布的树种，因其高遗传多样性和适应性成为研究气候响应的重要模型。然而，如何通过物理预处理技术增强其抗性，并系统解析其生理与微生物互作机制，仍是林业科学中的空白。

为此，立陶宛农业与林业研究中心的科研团队在《Plant Stress》发表了一项跨学科研究，探讨了介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge, DBD）等离子体种子处理对银桦幼苗生化特性及叶际真菌群落的调控作用。研究通过整合生化分析、代谢组学和宏基因组学技术，首次在多年生木本植物中揭示了DBD处理的多维度效应，为林业抗逆育种和微生物生态管理提供了新思路。

研究团队从立陶宛Dubrava地区种植园采集了7个银桦半同胞家系（60、73、86、112、125、171、179）的种子，采用大气压DBD等离子体设备（日本九州大学研制）进行1分钟（DBD1）和2分钟（DBD2）处理，以未处理种子为对照。通过温室育苗和户外移植培育两年期幼苗，分别在第一和第二生长季采集叶片样本。生化分析包括光合色素（叶绿素a、b和类胡萝卜素）、酚类化合物（TPC）、黄酮（TFC）、可溶性糖（TSS）和氧化应激标志物丙二醛（MDA）的定量检测；抗氧化酶活性（CAT、APX、GR、SOD、POX）和总抗氧化能力（TAC）通过微孔板读数仪测定；次级代谢物鉴定采用液相色谱-质谱联用（LC-MS）技术；叶际真菌群落DNA通过CTAB法提取，ITS区域（gITS7/ITS4引物）扩增后基于PacBio RSII测序和SCATA流程进行OTU聚类与功能注释。统计分析使用R语言完成，包括相关性分析、NMDS排序和PERMANOVA检验。

3.1 叶片生化组成的变化

研究发现在不同家系、处理时长和生长年份中，生化化合物含量存在显著差异。家系73和86对DBD处理响应最为显著：家系73在第一生长季中抗氧化酶（CAT、APX、GR）活性提升约50%，家系86在第二生长季中提升39%；黄酮含量在家系73中第一生长季增加44%，第二生长季增加30%；光合色素在家系73中第一生长季增加55%，第二生长季增加60%。DBD2处理还降低了家系86中主要病原菌Phyllactinia betulae的相对丰度。LC-MS鉴定出多种次级代谢物，包括儿茶素、槲皮素阿拉伯糖苷和绿原酸等，这些化合物与抗氧化活性密切相关。

3.2 银桦叶际真菌群落多样性

真菌群落分析显示，所有样本中共鉴定出82个OTU，其中19个为共有OTU。DBD处理未显著改变真菌多样性（Shannon指数无显著差异），但改变了功能群落的相对丰度：病原菌在对照中占比86.6%，在DBD1和DBD2处理中分别降至79.9%和77.2%；腐生菌和内生菌在处理组中呈上升趋势。NMDS分析表明处理组间真菌群落结构重叠较高（PERMANOVA p=0.59），但家系水平分析发现家系86在DBD2处理后病原菌丰度显著降低。

3.3 真菌群落与生化化合物的相关性

相关性分析揭示了处理特异性模式：内生菌在DBD2处理下与酚类化合物呈强正相关（r=0.86）；病原菌在对照中与SOD活性正相关（r=0.91），而在DBD2处理下与叶绿素b负相关（r=-0.72）；腐生菌在DBD1处理中与APX和GR酶活性正相关。这些结果表明DBD处理可能通过调节宿主生化状态间接影响真菌功能群落的组成。

结论与讨论

本研究系统证明了DBD等离子体种子处理可通过遗传背景依赖的方式增强银桦幼苗的抗氧化防御能力和次级代谢物积累，并调节叶际真菌群落向有益方向转化。家系73和86的突出响应提示其可作为抗性育种的优势材料。此外，真菌与生化指标的关联性为理解植物-微生物互作提供了新视角。尽管DBD处理未显著改变真菌整体多样性，但其对病原菌的抑制效应和与宿主生理状态的联动效应表明，该技术有望成为林业生产中增强树木抗逆性和生态适应性的有效手段。未来研究需进一步结合病原接种实验和分子机制解析，以深化对DBD诱导的系统性抗性信号通路的认识。