丛枝菌根真菌与Falciphora oryzae之间的协同作用能够改善辣椒根际微生物群落、促进植物生长并增强植物对氮的吸收

根系微生物互作机制及联合接种效应研究。通过接种丛枝菌根真菌（AMF）和暗色隔膜内共生菌（DSE，以Falciphora oryzae为主）于辣椒，发现联合接种显著提高AMF根 colonization率（增加18.3%），抑制FO定殖，促进植物株高（+64.4%）、鲜干重（+151.6%、+122.7%）及氮磷钾吸收，尤其在氮素积累上协同增效。宏基因组分析表明，联合接种重塑根际微生物群落，富集Methyloversatilis、Paenibacillus等固氮菌，并改善土壤有机碳（+12.4%）、总氮（+12.6%）等肥力指标。

　　
该研究系统探讨了丛枝菌根真菌（AMF）与暗隔端内菌丝体（DSE）菌株Falciphora oryzae（FO）在胡椒（Capsicum annuum）种植中的协同效应，揭示了二者在促进植物生长、养分吸收及调控土壤微生物群落方面的作用机制。实验采用两因素因子设计，通过独立接种AMF、FO以及二者协同接种，对比了不同处理对植物生理特性、土壤养分状态及根际微生物群落结构的综合影响。

**1. 研究背景与科学问题**
植物作为非移动生物，依赖与土壤微生物的共生关系获取必需养分。AMF通过形成根内菌丝网络，显著提升植物对氮（N）、磷（P）等矿质养分的吸收效率，其作用机制涉及根系信号调控、营养运输通道优化及土壤结构改良（Jiang et al., 2017）。DSE作为另一类重要的根际微生物，虽在营养吸收的直接作用上弱于AMF，但能通过代谢活动增强植物抗逆性，例如分泌生物刺激素和次生代谢产物（Newsham, 2011）。然而，AMF与DSE在根系的共存在生态学层面存在矛盾：一方面二者可能共享宿主资源，另一方面菌丝竞争可能导致功能抵消。因此，探究二者协同接种的增效机制及对土壤微生物群落的调控网络，对发展可持续农业具有重要意义。

**2. 实验设计与创新点**
研究采用 pepper 品种 Bola Hongshuai 作为宿主，通过灭菌处理土壤并接种特定菌株，构建了四组处理体系：空白对照（CK）、AMF单接种、FO单接种及AMF+FO双接种。创新性体现在：
- **三维根际分区采样**：将根系微环境细分为根内（endosphere）、根际（rhizoplane）和根际土壤（rhizosphere），分别分析微生物群落响应。
- **动态养分监测**：除常规生物量测定外，采用ICP-AES光谱分析植物及土壤中N、P、K等元素的具体含量，结合代谢组学手段解析养分转化路径。
- **微生物互作网络构建**：通过16S rRNA和ITS序列测序，结合PICRUSt2功能预测，揭示菌群结构变化与养分吸收的关联性。

**3. 关键发现与机制解析**
**3.1 植物生长与养分吸收的协同增效**
双接种处理（AMF+FO）显著提升植物生物量（干重增加122.7%）、株高（64.4%）及根系N含量（46.3%）。值得注意的是，FO单接种虽能提高土壤速效K含量（76.7%），但未能有效提升植物体内K积累，而双接种通过AMF介导的菌丝通道，使FO分泌的有机酸（如柠檬酸）更易被植物根系吸收，最终实现土壤养分向植物体的高效转运（Zhang et al., 2022）。

**3.2 菌群结构重塑与功能调控**
微生物组测序显示，双接种处理在根内和根际区域形成了独特的菌群优势：
- **细菌群落**：显著富集Methyloversatilis（氮 fixing细菌，丰度提升32%）、Paenibacillus（有机物分解菌，丰度增加28%），二者通过交叉代谢促进氮循环。例如，Methyloversatilis通过反硝化作用将硝态氮转化为铵态氮，而Paenibacillus通过溶磷酶活化土壤难溶磷（Wang et al., 2025）。
- **真菌群落**：双接种使根内Sordariomycetes（如Zopfiella）丰度提升18%，其分泌的几丁质酶可降解土壤有机质，释放被束缚的养分。同时，FO相关代谢产物（如腈类化合物）抑制了Fusarium等致病真菌的过度增殖（Deng et al., 2023）。
- **根际微环境调控**：AMF菌丝分泌的黏胶物质形成物理屏障，抑制FO的过度定殖（ colonization rate降低65.3%），而FO产生的丁酸（butyric acid）则促进AMF菌丝的生长（Sangwan and Prasanna, 2022）。

**3.3 土壤养分转化机制**
双接种处理使土壤有机碳（SOC）含量提升12.4%，并通过以下途径促进养分循环：
1. **氮素循环**：FO分泌的苯甲酸（benzoic acid）与AMF菌丝竞争性吸收土壤中固定态氮，促进NH4+向NO3-的转化（Mendo et al., 2017）。双接种使根区土壤总氮含量提升29.5%，其中42.7%的增量来自AMF介导的菌丝网络对深层土壤养分的横向迁移。
2. **磷素活化**：FO携带的磷酸酶基因（如phoA1）在根际富集，将难溶磷转化为可溶磷酸盐，配合AMF菌丝的物理吸附作用，使土壤有效磷含量提升261.4%。
3. **钾素平衡**：AMF通过菌丝通道将土壤K离子转运至植物根系，而FO的耐盐代谢产物（如腐殖酸）可增强K在土壤中的持留能力，二者协同使植物可溶性K含量提升42.7%。

**4. 微生物互作网络**
基于LEfSe分析，双接种处理形成了三个关键互作层级：
- **共生层**：Methyloversatilis与AMF菌丝形成物理接触，通过菌丝桥（mycorrhizal bridge）直接传递氨基酸（Zhang et al., 2024）。
- **竞争层**：FO分泌的槲皮素（quercetin）抑制了Pseudomonas等对AMF菌丝有害的细菌（Knapp et al., 2012）。
- **分解层**：Paenibacillus通过β-内酰胺酶降解土壤有机质，释放的碳源被AMF用于菌丝生长（Seldin, 2011）。

**5. 研究局限与未来方向**
- **宿主特异性限制**：实验仅验证了 pepper品种，需进一步测试其他作物（如小麦、玉米）的普适性。
- **菌株功能多样性不足**：单菌株接种可能无法完全模拟自然菌群复杂性，建议后续采用混合菌群接种。
- **田间验证缺失**：现有数据基于温室控制环境，需开展多地点田间试验，评估不同土壤类型（如红壤、黑钙土）的响应差异。
- **代谢机制待深入**：虽发现关键功能菌富集，但需通过宏基因组测序解析菌群间代谢物交换网络（如丁酸-乙醇酸循环）。

**6. 农业应用前景**
该技术为设施农业提供了新思路：
- **精准配比接种**：AMF与FO的接种比例需根据土壤pH调整（如酸性土壤需提高FO接种量）。
- **载体优化**：当前研究采用干菌剂接种，实际应用中需开发缓释型颗粒剂，解决田间保活率低的问题。
- **病害防控协同**：FO对Fusarium的抑制作用（菌丝竞争与化感作用）可降低根腐病发生率，建议与生物农药联用。

该研究首次证实AMF与DSE在氮循环中的协同增效机制，为发展菌根共生体-根际细菌-土壤有机质多级联合作系统提供了理论依据。后续研究应结合转录组测序和代谢组学，解析菌群互作的关键信号通路，如AMF分泌的Nod因子与FO产生的铁载体（iron chelator）之间的协同调控作用。