不同产区白术根际土壤真菌多样性及网络结构对药材品质的影响机制研究

本研究针对道地药材白术(Atractylodes macrocephala)在不同产区的品质差异问题，通过分析浙江磐安(PA)、安徽亳州(BZ)、河南周口(ZK)和河北安国(AG)四个产区根际土壤的理化性质、酶活性和真菌群落结构，发现道地产区PA的真菌网络复杂度显著高于新兴产区，Rozellomycota、Mortierella和Basidiomycota等关键菌群通过有机质分解促进活性成分积累，Saitozyma(相对丰度2.19%)作为核心菌群显著影响药材质量。该研究为中药材品质形成机制和可持续栽培提供了重要理论依据。

　　

在传统中医药领域，白术(Atractylodes macrocephala Koidz.)作为"浙八味"之一，其含有的苍术酮(Atractylone)、白术内酯(Butenolide)等倍半萜类化合物具有抗炎、抗氧化和促消化等药理活性。然而随着市场需求激增，不同产区白术出现显著质量差异，道地产区浙江磐安(PA)的药材活性成分含量普遍高于新兴产区。这种差异被认为与"道地性"现象密切相关——特定地理环境通过土壤微生态调控植物次生代谢产物积累，但其具体机制尚不明确。

为揭示根际真菌群落影响白术品质的生态机制，浙江中医药大学生命科学学院的研究团队对PA、BZ、ZK、AG四大产区开展系统研究。通过比较分析20个田块的土壤理化性质、酶活性与真菌群落特征，发现道地产区PA的白术内酯I(0.513 mg/g)和III(1.381 mg/g)含量显著高于其他地区，其根际真菌网络具有最高复杂度(节点数187，连接度0.074)。该成果发表于《Scientific Reports》，首次阐明土壤pH通过调控12个关键真菌属(如Chaetomium、Trechispora等)的丰度影响药材质量，为中药材道地性形成提供了微生物组学证据。

研究采用高效液相色谱(HPLC)测定活性成分，运用Illumina MiSeq平台进行ITS高通量测序，通过分子生态网络分析(MENA)构建真菌共现网络，并结合随机森林算法筛选关键差异菌群。土壤理化分析涵盖pH、电导率(EC)、有机质(OM)及4种土壤酶(S-CAT、S-UE、S-NP、S-β-GC)活性检测。

结果部分
活性成分与生物量比较
PA产区白术的地下生物量(鲜重48.6 g/株)显著高于其他地区，其Butenolide I和III含量分别达到BZ产区的1.8倍和2.3倍。值得注意的是，Atractylone和Butenolide II在四产区无显著差异，提示不同活性成分可能受不同环境因子调控。

土壤理化特性差异
道地产区PA的硝酸还原酶(S-NP)活性(4.82 μmol/g/24h)和OM含量(6.8%)显著高于新兴产区。pH值呈现明显梯度变化(PA 5.2 vs AG 8.1)，与12个真菌属的丰度呈显著负相关(Pearson r<-0.6)，表明土壤酸化可能促进有益真菌定殖。

真菌多样性分析
高通量测序获得5659个OTUs，PA产区特有OTUs数量(487个)远超其他地区。α多样性指数显示PA在Chao1(1,152)和ACE(1,198)指数上显著占优，但Shannon指数差异不显著，说明道地产区更利于维持稀有菌种而非整体多样性。

群落结构解析
PCA分析表明前两主成分解释74.35%的变异，PA样品紧密聚集而其他产区离散分布。优势菌门Ascomycota(72.4%)在PA占比最高，随机森林分析筛选出Rozellomycota(贡献值0.64%)、Mortierellomycota(6.06%)和Basidiomycota(13.2%)为关键差异菌群。

共现网络特征
PA真菌网络具有最低平均路径长度(4.64)和最高连接密度(0.018)，模块化程度(0.658)低于AG产区(0.801)。Saitozyma虽相对丰度仅2.19%，但在网络中占据核心节点位置，其在新兴产区的丰度骤降至<0.1%。

讨论与结论
该研究首次从微生物生态学角度阐释了白术道地性的形成机制：道地产区PA的酸性土壤(pH 5.2)通过抑制Alternaria等病原菌(下降41.7%)，促进Mortierella等有益菌(增加2.3倍)的定殖，进而形成高复杂度的真菌互作网络。特别值得注意的是，Rozellomycota作为专性寄生菌可能通过降解几丁质改善土壤肥力，而Basidiomycota则通过木质素分解参与有机质转化，二者协同促进白术次生代谢产物积累。

研究还发现Saitozyma在生态网络中扮演"枢纽物种"角色，这与亚热带森林生态系统的研究结论一致。该菌可能通过激活植物抗病基因或调控激素信号传导增强宿主适应性，但其具体功能机制仍需进一步验证。

这些发现为中药材栽培提供了重要指导：通过调节土壤pH和接种Saitozyma等核心菌株，有望在新产区复现道地药材的微生态环境。未来研究需结合宏基因组学解析关键代谢通路，并开展细菌-真菌跨界互作研究，以全面揭示"土壤-微生物-药材品质"的级联调控网络。