有机肥调控华溪辣椒根际微生物组与CAZyme基因互作促进作物生长的宏基因组学机制

《South African Journal of Botany》：Metagenomic insights into the interaction between the rhizosphere microbiome and traditional variety Huaxi hot pepper

本研究针对传统品种华溪辣椒根际微生物组结构与功能未知的问题，通过四种施肥处理开展宏基因组学分析。研究发现有机肥(ORMA)处理显著提高辣椒株高、鲜重及果实产量品质，并增加微生物Chao1多样性。鉴定出23个优势菌属和93个CAZyme基因，其中Pseudomonas、GT4等微生物和功能基因与植物生长指标显著相关，揭示了土壤微生物及其胞外CAZymes对辣椒生长的正向调控作用，为蔬菜提质增产提供微生物资源参考。

　　

在贵州贵阳的特色农产品华溪辣椒种植区，农民们世代传承着这一地方品种的栽培技艺。华溪辣椒以其果肉饱满、色泽深红、辣味柔和的特有风味，成为"老干妈"辣椒酱的核心原料，在市场上具有独特的品牌价值。然而，与杂交辣椒品种相比，华溪辣椒存在发芽率低、死亡率高的种植难题，这严重制约了其产业化发展。究其原因，科学家们推测可能与根际微生物组的组成和功能密切相关。

根际是植物根系与土壤微生物相互作用的活跃区域，微生物通过分解有机质、释放二氧化碳、加速矿物风化等代谢活动，直接影响植物对养分的吸收、呼吸作用及逆境调节能力。以往研究多集中于杂交或转基因辣椒品种，而对华溪辣椒这类传统地方品种的根际微生物组研究尚属空白。正是在这样的背景下，福建农林大学的研究团队在《South African Journal of Botany》上发表了最新研究成果，通过宏基因组学技术深入解析了华溪辣椒根际微生物组与植物互作机制。

研究人员在贵阳乌当区下水村设置了四种施肥处理：不施肥对照(CK)、复合肥(COFE)、有机肥(ORMA)以及复合肥加有机物(CFOM)，系统分析了不同施肥条件下辣椒根际土壤性质、微生物群落结构、CAZyme(碳水化合物活性酶)基因组成及其与辣椒生长指标的关联性。研究采用宏基因组测序技术对根际微生物DNA进行深度测序，运用生物信息学方法分析微生物多样性、群落组成和功能基因特征，并通过统计学方法验证微生物、CAZyme基因与植物生长参数的相关性。

3.1. 不同施肥处理下的根际土壤性质

研究结果显示，ORMA处理显著提高了土壤有机碳(SOC)含量，分别比CK、COFE和CFOM处理高出25.71%、26.32%和23.08%。虽然土壤pH值在5.62-5.65之间无显著差异，但ORMA处理下的蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均显著高于CK处理，表明有机肥有效增强了土壤生物化学活性。

3.2. 华溪辣椒的农艺表现和生理特性

施肥处理显著促进了辣椒生长，ORMA处理的株高和鲜重分别比CK增加39.11%和142.67%。在生理指标方面，ORMA处理降低了叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性和脯氨酸含量，减轻了植物的氧化应激反应。果实品质分析表明，ORMA处理在单株果数、单株产量、维生素C(V_C)、可溶性蛋白和可溶性糖含量等方面均表现最佳。

3.3. 根际微生物多样性

Alpha多样性分析显示，ORMA处理的Chao1指数显著高于其他处理，表明有机肥提高了根际微生物物种丰富度。非度量多维标度(NMDS)分析发现CFOM处理的微生物群落与其他处理明显分离，而CK、COFE和ORMA处理间存在部分重叠。

3.4. 根际微生物群落组成

在门水平上，根际微生物以细菌为主导(93.92%-96.52%)，其中假单胞菌门(Pseudomonadota)、酸杆菌门(Acidobacteriota)、放线菌门(Actinomycetota)为三大优势菌门。属水平上鉴定出23个相对丰度>1%的优势菌属，其中Pseudomonas、Sphingomonas、Ramlibacter等菌属在ORMA处理中相对丰度最高。

3.5. 辣椒根际CAZyme基因丰度变化

研究鉴定出93个CAZyme基因，包括10个CE(碳水化合物酯酶)、5个AA(辅助活性氧化还原酶)、53个GH(糖苷水解酶)、19个GT(糖基转移酶)和6个PL(多糖裂解酶)基因。其中28个基因在CFOM处理中丰度最高，25个在ORMA处理中丰度最高。

3.6. 土壤微生物(及其CAZyme基因)与土壤性质、植物生理和农艺表现的相关性

相关性分析揭示，Pseudomonas、Sphingomonas、Variovorax等菌属与土壤SOC、速效钾(avK)及辣椒生长指标呈显著正相关。功能基因分析发现GH115、GH20、GH37、GT41等CAZyme基因与植物鲜重、果实产量和品质指标显著正相关，表明这些微生物功能基因在促进植物生长中发挥重要作用。

研究结论表明，有机肥处理通过调节根际微生物群落结构，增加有益微生物如Pseudomonas、Sphingomonas等的丰度，同时提高CAZyme功能基因的表达，从而改善土壤养分状况，促进华溪辣椒生长和果实品质提升。该研究首次系统解析了传统品种华溪辣椒的根际微生物组特征，为开发辣椒专用微生物肥料提供了理论依据，对促进地方特色品种的可持续种植具有重要意义。研究人员也指出，单次采样可能无法完全反映植物-微生物互作动态，未来将在辣椒不同生长周期设置多个采样点，更全面揭示微生物群落的时序变化规律。