丹参根系有益内生菌调控机制及其对药材品质提升的研究

为解决药用植物连作障碍导致的产量与品质下降问题，南京农业大学等单位研究人员通过比较健康与病害丹参根系内生菌群差异，发现健康植株特异性富集Pseudomonas等有益菌群（PGPEB）。温室与田间实验证实接种Pseudomonas Pse145可显著提高幼苗生长量（株高+39.91%）、药材产量（+39.91%）及有效成分含量（如Tanshinone I提升86.08%）。该研究为利用植物生长促进内生菌（PGPEB）实现中药材可持续生产提供了新策略，发表于《Environmental Microbiome》。

　　

丹参作为传统中药材"丹參"，其根部提取的Tanshinone类化合物对心血管疾病具有显著疗效。然而，这种珍贵药用植物正面临严峻的种植困境——适宜栽培土地有限迫使农户长期连作，导致土壤微生物失衡、土传病害加剧，最终造成药材产量与品质的双重衰退。这一现象被称作"连作障碍"，已成为制约中药材可持续发展的关键瓶颈。有趣的是，自然界中总有些植株能抵御病害保持健康，这暗示植物可能通过招募特定根系微生物来维持自身健康。那么，健康丹参是否拥有独特的"微生物保镖"团队？这些微生物能否成为突破连作障碍的"生物钥匙"？

来自南京农业大学等机构的研究团队在《Environmental Microbiome》发表的研究给出了肯定答案。通过比较健康与病害丹参根系内生菌群特征，结合多组学分析与功能验证，首次揭示了Pseudomonas等植物生长促进内生菌（PGPEB）通过"菌群重组-功能强化"双途径提升药材品质的新机制。该研究不仅为理解药用植物-微生物互作提供了理论突破，更开创了通过微生物组工程实现中药材绿色生产的新范式。

研究团队运用Illumina MiSeq平台对V4-V5区16S rRNA基因测序，分析中国主要产区健康/病害丹参根系内生菌群差异；通过LEfSe分析筛选差异菌属，并分离培养目标菌株；采用温室育苗实验（21孔穴盘，灭菌基质）和田间试验（江苏黄壤，3重复区组设计）验证功能；利用UPLC-QTRAP-MS/MS技术定量5种药用成分（Tanshinone I/IIA等）。

健康植株展现出更丰富的内生菌多样性（Shannon指数提升596.88%），且菌群结构显著差异（ANOSIM R=0.31）。关键发现是健康根系特异性富集10个OTUs，其中Pseudomonas OTU3031相对丰度变化最显著。从健康植株分离的20株Pseudomonas中，Pse145与OTU3031相似度最高（98.33%）。温室实验显示，仅Pse145处理能全面提升幼苗指标（株高+39.91%，茎粗+69.42%），而相似度低的Pse90无效果，证实菌株功能存在特异性。

大田试验中，Pse145使鲜重产量增加39.91%，并选择性提升特定药用成分：Tanshinone I（+86.08%）、Miltirone（+57.79%）和Salvianolic acid B（+36.13%），但对Tanshinone IIA等无影响。这表明PGPEB可能通过激活特定代谢通路而非全局促进来优化药材品质。

该研究揭示健康丹参通过"菌群免疫屏障"机制——即主动富集Pseudomonas等有益菌形成防御网络。这些PGPEB如同植物的"微生物疫苗"，既能促进生长（通过IAA等激素），又能定向激活次生代谢（如萜类合成途径）。研究创新性地将微生物组分析与药材品质评价结合，证明调控根系菌群可同时突破产量与品质瓶颈。所获菌株Pse145具有开发为"微生物肥料"的潜力，为减少化肥农药使用提供解决方案。未来研究可深入解析菌株-宿主互作的分子信号（如独脚金内酯串扰），并探索不同土壤类型下的应用参数，推动研究成果向精准农业转化。这项研究标志着中药材栽培从"土壤改良"进入"微生物组设计"的新阶段。