连续单作条件下根际与叶际微生物组的差异化响应模式及其对花生健康的影响机制

为解决连续单作导致的作物健康下降问题，南京师范大学团队通过田间试验和盆栽实验，比较了轮作与单作条件下花生根际和叶际微生物组的组成与功能差异。研究发现单作显著降低根际微生物种群和多样性，却增加叶际微生物丰度；根际微生物拮抗功能减弱导致土传病害加重，而叶际微生物抗病性增强。该研究首次揭示了植物不同器官微生物组对农业实践的差异化响应，为定向调控微生物组缓解连作障碍提供新思路。

　　在农业生产中，连续单作（Monocropping, MP）导致的土壤退化、病害加剧和产量下降被称为"连作障碍"，这一现象严重威胁全球粮食安全。传统研究多聚焦于根际微生物组（Rhizosphere microbiome）的变化，而作为植物"第二基因组"的叶际微生物组（Phyllosphere microbiome）对农业实践的响应却鲜为人知。南京师范大学的研究团队以花生（Arachis hypogaea L.）为模式作物，通过6年田间定位试验和盆栽实验，首次系统揭示了根际与叶际微生物组对连续单作的差异化响应规律。

研究采用16S rRNA基因测序、定量PCR（qPCR）和体外拮抗实验等关键技术方法。从单作6年（MP）和玉米-花生轮作（RP）田间试验地采集土壤建立盆栽系统，通过测定生长参数、病害指数和结瘤特征评估植物表型；利用超声震荡-PBS洗涤法分离叶际附生微生物（Epiphytic microbiota），采用平板对峙实验评价微生物组对土传病原菌Fusarium oxysporum和叶斑病原菌Alternaria alstroemeriae的抑制能力。

研究结果部分：

1. MP降低花生生长并增加病害发生
   单作导致花生株高降低21.3%，生物量减少34.5%，根腐病和叶斑病指数分别增加4倍和2.23倍。显微观察发现单作虽不影响根瘤固氮区面积，但使根瘤数量减少62%，表明营养供给不足是主要限制因素。

2. 微生物组α和β多样性差异
   单作使根际细菌16S rRNA基因拷贝数下降45%，ACE指数降低38%；而叶际微生物量反而增加1.8倍但多样性不变。主坐标分析（PCoA）显示叶际微生物组结构受种植制度影响更大（R²=0.82），根际与叶际微生物组成存在显著分离。

3. 关键微生物类群变化
   单作根际中具有生防功能的Bacillus sp.和Sphingomonas sp.相对丰度分别下降67%和54%；叶际中Aureimonas等8个属与叶斑病显著正相关（P<0.05）。网络分析揭示单作条件下根际-叶际共有OTUs增加，暗示微生物跨区迁移增强。

4. 拮抗功能验证
   体外实验显示RP根际微生物对F. oxysporum抑制率（47.5%）显著高于MP（12.3%）；而MP叶际微生物对A. alstroemeriae抑制效果（89.6%）优于RP（78.3%）。活体接种实验证实RP根际微生物使根腐病斑长度减少47.5%，MP叶际微生物使叶斑病斑缩小51.9%。

讨论与结论：
该研究突破性地发现植物不同区室微生物组对农业措施存在"此消彼长"的响应模式：单作通过改变根系分泌物持续筛选根际微生物，导致有益菌（如Bacillus sp.）耗竭和土传病害加剧；而植株矮化可能促进根际微生物向叶际扩散，使叶际形成更具保护性的微生物组。这种"根衰叶盛"的微生物组重构现象，为解释连作障碍中地上-地下互作提供了新视角。研究成果发表于《Environmental Microbiome》，不仅为开发叶际微生物调控技术提供理论依据，也为设计"根-叶协同"的微生物组管理策略开辟了新途径。