根腐病的严重程度会影响根际微生物群落的结构以及 Taraxacum kok-saghyz Rod. 的网络稳定性

《Rhizosphere》：Disease severity of root rot affects rhizosphere microbial community structure and network stability of Taraxacum kok-saghyz Rod.

根腐病导致TSK植物根系微生物群落α多样性显著升高，健康植株以Sphingomonas等有益菌为主，患病植株Aspergillus等病原菌富集，且中度病情时病原菌协同作用降低网络稳定性。鉴定出主要病原菌Aspergillus calidoustus和Fusarium commune，筛选出拮抗菌Bacillus velezensis GUBB126。

　　本研究聚焦于一种被称为“TKS”的植物，该植物是天然橡胶的潜在替代来源。然而，其栽培过程中面临根腐病的严重威胁，而这种疾病对TKS根际微生物群落的影响尚未明确。为了深入探讨这一问题，研究团队采用了一种综合方法，结合了扩增子测序与基于培养的微生物分离技术，对健康TKS以及不同根腐病严重程度（轻度、中度和重度）下的根际微生物群落结构变化进行了系统性分析。同时，研究还识别了导致根腐病的主要病原菌，并筛选出具有拮抗活性的微生物菌株。通过这一研究，不仅揭示了病原菌与有益微生物在根际环境中的动态变化，还为理解根腐病的发病机制以及开发生态友好的控制策略提供了理论依据和实践指导。

天然橡胶作为一种重要的工业原料，广泛应用于轮胎制造、医疗设备、航空航天和国防等多个关键领域。目前，市场上几乎所有的天然橡胶都来源于“Para橡胶树”（*Hevea brasiliensis*），然而随着市场需求的不断增长，现有的橡胶供应体系正面临严峻挑战，这使得寻找和开发替代的橡胶生产植物变得尤为迫切。在这一背景下，TKS因其独特的生物学特性而受到关注。TKS是一种多年生草本植物，属于菊科，原产于哈萨克斯坦，其根部能够合成高分子量的天然橡胶，橡胶含量可达根部干重的28%。此外，TKS的物理性能与*Hevea brasiliensis*的乳胶相当，这使得其成为一种极具潜力的替代作物。同时，TKS在农业上的优势也不容忽视，如生长周期短、适合大规模机械化种植以及易于进行基因转化等。这些特性使得TKS在橡胶生产领域具有广阔的发展前景。

然而，根腐病的存在却严重制约了TKS的栽培和推广。据之前的调查，中国哈尔滨地区的TKS栽培区中，根腐病的田间发生率约为10%。该病害导致TKS的根部腐烂和坏死，从而降低了其橡胶产量和经济价值。根腐病是一种典型的土壤传播病害，主要损害作物的根部，导致根部腐烂、植物生长受阻，最终影响作物的产量和品质。这种病害通常由多种病原菌的单发或混合感染引起，这些病原菌能够直接侵入根部组织，或在感染初期定植于植物根际。根际环境作为植物与微生物相互作用的关键界面，其微生物群落不仅决定了作物的健康状况，还影响土壤的病害抑制能力。微生物群落通过功能冗余和生态位互补维持着诸如养分循环和病原菌抑制等重要的生态功能。此外，一个稳定而复杂的微生物交互网络有助于增强微生物群落对环境变化的适应能力，这种稳定性促进了有益微生物的定植和长期存在，从而有效抑制病原菌的侵入。

研究团队指出，目前关于TKS根腐病的研究仍存在一些知识空白。尽管已有研究证实，TKS的根提取物在体外对根腐病病原菌具有抑制活性，同时将TKS纳入作物轮作系统可以增强土壤微生物多样性、减少病原菌数量并促进作物生长，但对根腐病发展过程中根际微生物群落的多样性模式、组成差异以及交互网络尚未有全面的了解。此外，主要的病原菌尚未被系统性地鉴定，有效的生物防治资源也较为有限。这些知识缺口严重阻碍了基于根际微生物群落的生态友好型控制策略的开发。

为了解决这些问题，本研究采用了一种整合的方法，结合扩增子测序与微生物分离培养技术，以实现以下研究目标：（1）分析不同根腐病严重程度下，TKS根际微生物群落的多样性变化和组成差异，以及其共现网络模式；（2）分离并验证关键病原菌，同时筛选出高效的拮抗菌株。通过这些研究，不仅有助于揭示TKS根腐病的微生态机制，也为该作物的精准病害管理提供了重要的微生物资源，从而支持其可持续栽培。

研究团队从中国哈尔滨市的种植基地采集了健康TKS和不同根腐病严重程度下的根际土壤样本。该地区土壤类型为黑钙土，气候为中温大陆性季风气候，年均气温为5°C，年均降水量为569.1毫米。TKS在四月种植，八月收获。在移栽前，研究人员对样本进行了统一处理，以确保数据的可靠性。采集的样本经过处理后，进一步用于分析其理化性质。研究结果显示，与健康植株相比，根腐病植株的根际土壤中总氮（TN）和铵态氮（NH4+-N）含量显著降低，而有机质（SOM）含量显著增加。此外，可利用的养分，如硝态氮（NO3--N）、速效钾（AK）和速效磷（AP）在重度根腐病（SEDP）下的根际土壤中也显著减少，而在pH、总磷（TP）和总钾（TK）方面则未观察到显著差异。

在根际微生物群落的组装模式方面，研究发现健康植株与病原菌感染的植株之间存在明显的差异。健康植株的根际微生物群落以有益细菌为主，如*Sphingomonas*、*Gemmatimonas*和*Bacillus*等，这些细菌在维持根际环境稳定方面发挥了重要作用。而病原菌感染的植株则表现出病原菌的显著富集，如*Aspergillus*、*Fusarium*、*Alternaria*和*Paramyrothecium*等，这些微生物在病原菌感染过程中可能促进了病害的扩散。此外，研究团队通过网络分析进一步揭示了根际微生物网络的变化。结果显示，病原菌感染的植株根际微生物网络表现出更高的复杂性，但稳定性降低。值得注意的是，在中度病害阶段，病原真菌之间的协同作用与网络稳定性下降密切相关。相比之下，细菌群落则更有利于维持网络的稳定性。

研究团队进一步鉴定出导致TKS根腐病的主要病原菌。结果表明，*Aspergillus calidoustus*和*Fusarium commune*是引起TKS根腐病的主要病原真菌。同时，研究人员从健康植株的根际环境中分离出了一株*Bacillus velezensis*（编号为GUBB126），该菌株对上述病原菌表现出显著的拮抗活性。这一发现不仅为理解TKS根腐病的发病机制提供了理论依据，也为开发基于微生物的生物防治措施提供了重要的资源。

研究团队还对根际土壤的理化性质进行了评估，发现根腐病的发生与土壤的理化特性密切相关。研究结果显示，与健康植株相比，根腐病植株的根际土壤中总氮和铵态氮含量显著降低，而有机质含量显著增加。这一现象与甜樱桃树根腐病的研究结果一致，表明土壤理化性质的变化可能在病害的发展过程中起到了关键作用。此外，可利用的养分，如硝态氮、速效钾和速效磷在重度根腐病下的根际土壤中也显著减少，而pH、总磷和总钾则未表现出显著差异。

研究团队进一步探讨了根际微生物群落的组装模式与病害发生之间的关系。结果表明，健康植株的根际微生物群落表现出较高的稳定性和较强的抗逆能力，而病原菌感染的植株则表现出较低的稳定性，这可能与其微生物群落的结构变化有关。此外，研究还发现，在病害的中度阶段，病原真菌之间的协同作用与微生物网络的稳定性下降密切相关，这表明病原菌的相互作用可能在病害的传播和加重过程中起到了重要作用。相比之下，细菌群落则更有利于维持微生物网络的稳定性，这可能与细菌的生态位互补和功能冗余有关。

研究团队指出，根际微生物群落的结构变化可能与病害的传播和加重密切相关。在病害的中度阶段，病原真菌之间的协同作用与微生物网络的稳定性下降密切相关，而细菌群落则更有利于维持网络的稳定性。这一发现不仅揭示了病原菌与有益微生物在根际环境中的动态变化，也为理解病害的发生机制提供了新的视角。此外，研究团队还发现，健康植株的根际微生物群落表现出较高的α多样性，而病原菌感染的植株则表现出较高的β多样性，这可能与微生物群落的组成变化有关。

研究团队进一步分析了根际微生物群落的网络结构，发现病原菌感染的植株根际微生物网络表现出更高的复杂性，但稳定性降低。这一现象可能与病原菌的富集和有益微生物的减少有关。此外，研究还发现，在病害的中度阶段，病原真菌之间的协同作用与微生物网络的稳定性下降密切相关，而细菌群落则更有利于维持网络的稳定性。这表明，在病害的不同发展阶段，微生物群落的组成和结构可能发生了显著变化，从而影响了整个根际环境的稳定性。

研究团队指出，根际微生物群落的结构变化可能与病害的传播和加重密切相关。在病害的中度阶段，病原真菌之间的协同作用与微生物网络的稳定性下降密切相关，而细菌群落则更有利于维持网络的稳定性。这一发现不仅揭示了病原菌与有益微生物在根际环境中的动态变化，也为理解病害的发生机制提供了新的视角。此外，研究团队还发现，健康植株的根际微生物群落表现出较高的α多样性，而病原菌感染的植株则表现出较高的β多样性，这可能与微生物群落的组成变化有关。

研究团队进一步探讨了根际微生物群落的网络结构与病害发生之间的关系。结果显示，病原菌感染的植株根际微生物网络表现出更高的复杂性，但稳定性降低。这一现象可能与病原菌的富集和有益微生物的减少有关。此外，研究还发现，在病害的中度阶段，病原真菌之间的协同作用与微生物网络的稳定性下降密切相关，而细菌群落则更有利于维持网络的稳定性。这表明，在病害的不同发展阶段，微生物群落的组成和结构可能发生了显著变化，从而影响了整个根际环境的稳定性。

综上所述，根腐病显著改变了TKS根际微生物群落的多样性与组成，导致微生物网络出现不稳定特征，如模块性降低和负相关增加。健康植株的根际微生物群落以有益细菌为主，而病原菌感染的植株则表现出病原菌的显著富集。病害的中度阶段成为了一个关键的转折点，此时病原真菌之间的协同作用与微生物网络的稳定性下降密切相关。相比之下，细菌群落则更有利于维持网络的稳定性。这一研究不仅揭示了病原菌与有益微生物在根际环境中的动态变化，也为理解病害的发生机制提供了新的视角。同时，研究团队分离出了一株具有显著拮抗活性的*Bacillus velezensis*菌株，这为开发基于微生物的生物防治措施提供了重要的资源。通过这些研究，不仅有助于揭示TKS根系微生物群落的微生态机制，也为该作物的精准病害管理提供了重要的微生物资源，从而支持其可持续栽培。