堆肥提取物通过调控土壤微生物组降低番茄-寄生疫霉病害发生率的机制研究

《Physics of Life Reviews》：Compost extracts modulate soil microbiota and reduce disease incidence in the tomato- Phytophthora parasitica pathosystem

本研究针对集约农业中土壤退化与寄生疫霉(Ph. parasitica)引发的番茄根腐病问题，通过多组学方法探究堆肥提取物(CE)对土壤微生物群落结构、功能活性及病害抑制的作用。结果表明：CE处理使土壤微生物代谢活性提升2.75倍，磷有效性提高，并富集链霉菌(Streptomyces)与芽孢杆菌(Bacillus)等有益菌属，最终使病害严重度降低60%。该研究为减少农业化学依赖、推动基于自然的作物保护策略提供了重要理论依据。

　　

随着集约化农业的快速发展，土壤退化、病原菌压力以及过度使用农用化学品带来的生态成本日益凸显。其中，由寄生疫霉（Phytophthora parasitica）引起的番茄根和冠腐病已成为制约番茄生产的重要病害，亟需寻找可持续的病害管理替代方案。堆肥提取物（Compost Extracts, CE）作为一种富含生物活性化合物、养分和有益微生物的液体组分，可通过灌溉系统方便施用，不仅能增强土壤生物活性、促进植物抗逆性，还能抑制土传病原菌。然而，CE在番茄-寄生疫霉这一病害系统中的具体抑病作用和机制尚不明确。

在此背景下，研究人员开展了一项综合多组学与功能分析的研究，旨在评估CE对土壤肥力、根际微生物群落以及病害抑制的影响。该研究近期发表在《Physics of Life Reviews》上，为CE作为一种兼具生物肥料和植物保护剂功能的双重角色提供了系统证据。

研究主要采用了以下关键技术方法：基于Illumina MiSeq平台的16S rRNA基因扩增子测序分析土壤细菌群落结构；Biolog EcoPlate?测定土壤微生物代谢功能多样性；土壤酶活性检测（包括β-葡萄糖苷酶、脲酶、酸性和碱性磷酸酶）；功能性微生物（如几丁质降解菌、铁载体产生菌等）的定量培养；以及基于高通量表型成像系统的植物健康与病害严重度评估。实验土壤来自法国诺曼底地区农业田，番茄品种为San Pedro。

3.1. 堆肥提取物对土壤理化特性的影响

CE处理显著减缓了土壤总有机碳（TOC）的流失，并提高了磷的有效性和氮的保留能力。在病害压力下，CE仍能维持较高的磷水平，表明其可能通过促进解磷微生物的活动增强养分可利用性。

3.2. 堆肥提取物对土壤功能性微生物的影响

CE处理显著增加了几丁质分解、葡萄糖分解、铁载体产生和溶磷微生物的数量。在接种病原菌后，CE仍能维持较高水平的功能微生物丰度，表明CE具有缓冲病原胁迫、增强微生物功能韧性的作用。

3.3. 堆肥提取物对土壤酶活性的影响

CE处理提高了β-葡萄糖苷酶和磷酸酶活性，这些酶与碳、磷循环密切相关。尤其在CE+PP处理中，酸性磷酸酶活性显著上升，说明CE在调控土壤生化功能中发挥关键作用。

3.4. 堆肥提取物对土壤代谢多样性的影响

通过Biolog EcoPlate?分析发现，CE处理使土壤微生物对碳水化合物、氨基酸和复杂聚合物（如Tween 40）的降解能力显著增强，平均孔颜色发展（AWCD）值提高了2.75倍，表明CE大幅提升了土壤微生物的整体代谢潜力。

3.5. 堆肥提取物对土壤细菌多样性的影响

CE处理增加了特有ASV（扩增子序列变体）的数量，并富集了链霉菌（Streptomyces）、芽孢杆菌（Bacillus）等具有生防潜力的菌属。在病原接种条件下，CE仍能塑造更具抗性的微生物群落结构。

3.6. 堆肥提取物对番茄植株性状的影响

CE处理使番茄根和茎鲜重分别增加65%和30%，同时显著降低病害严重程度达60%。结合高通量表型分析，CE处理还提高了植株整体健康评分，显示出其在促进生长与增强抗病方面的双重效益。

3.7. 土壤性质、植株参数与微生物群落之间的关系

主成分分析（PCA）显示，CE处理与土壤酶活性、功能微生物丰度以及植物生长指标正相关，而病原处理则与无机氮含量关联较强。这表明CE通过调节微生物功能与土壤生化状态增强了系统韧性。

该研究结论表明，堆肥提取物（CE）不仅能作为生物肥料提升土壤肥力和养分循环，还可作为有效的生物防治剂调控根际微生物组，增强土壤对寄生疫霉的抑制能力。通过促进有益微生物如链霉菌和芽孢杆菌的富集，以及提高微生物代谢和酶功能多样性，CE为减少农业对化学药剂的依赖提供了可行途径。这项研究不仅深化了对堆肥提取物作用机制的理解，也为可持续农业中的微生物组工程和病害生态防控提供了重要实践依据。