微塑料、入侵物种与真菌胁迫协同调控紫花苜蓿抗氧化机制、根际酶活性及微生物群落动态

本研究针对人工草地生态系统中微塑料(MPs)、入侵植物加拿大一枝黄花(S. canadensis)和病原真菌立枯丝核菌(R. solani)的多重胁迫问题，通过多因素交互实验揭示了三者对紫花苜蓿生长、抗氧化酶(CAT/POD)、根际酶(NAG/BG)及微生物群落的协同影响。发现S. canadensis使苜蓿生物量降低72%，根际β-葡萄糖苷酶活性提升80%，微塑料处理组特有3670个ASVs，PCoA解析44.61%的微生物变异。该研究为多重胁迫下草地生态系统的功能维持提供了理论依据。

　　

在全球气候变化和人类活动加剧的背景下，人工草地生态系统正面临前所未有的多重威胁。微塑料污染如同"隐形杀手"悄然侵入土壤，入侵植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)凭借强大的化感作用攻城略地，而病原真菌立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)则伺机引发根腐病——这三重威胁正在瓦解以紫花苜蓿(Medicago sativa)为基础的人工草地生态屏障。作为全球80个国家3200万公顷的重要牧草，紫花苜蓿的存亡直接关系畜牧业可持续发展，但学界对其在复合胁迫下的防御机制认知仍存空白。

江苏大学环境与安全工程学院的研究团队设计了一项创新性多因素实验，通过设置8种处理组合（包括1%可降解微塑料PLA、S. canadensis单株入侵、R. solani接种及其交互作用），系统评估了多重胁迫对紫花苜蓿表型、抗氧化系统、根际酶活性和微生物组的影响。研究采用Illumina Novaseq平台进行16S rRNA V3-V4区测序，结合α/β多样性分析、随机森林模型和Mantel检验等生物信息学方法，揭示了胁迫因子的协同作用机制。

研究结果首先呈现了令人震惊的生长抑制现象。S. canadensis单独入侵使苜蓿株高、叶面积和生物量分别骤降57%、48%和72%，其化感作用甚至超越病原真菌的破坏力。尤为值得注意的是，根系比地上部更脆弱，在微塑料、入侵植物和真菌胁迫下根生物量分别减少81%、76%和78%，这种"斩草除根"效应直接威胁牧草的再生能力。

在生理防御层面，叶片过氧化氢酶(CAT)活性在多重胁迫下翻倍，而根部过氧化物酶(POD)活性却显著降低，揭示出植物采用"地上强化防御，地下收缩战线"的生存策略。根际酶活性变化更暗示生态系统功能改变：S. canadensis入侵使氮循环关键酶β-N-乙酰葡萄糖苷酶(NAG)和碳循环酶β-葡萄糖苷酶(BG)活性分别激增80%和70%，这种"劫碳掠氮"的代谢重组可能重塑土壤养分格局。

微生物组分析发现，微塑料处理组独有3670个扩增子序列变异(ASVs)，其α多样性指数(Chao1=683.37)显著高于其他处理。PCoA分析显示微塑料处理组独立成簇，解释44.61%的微生物变异。功能预测表明，胁迫条件下代谢相关菌群（如Limnobacter、Sphingomonas）相对丰度增加，这些"塑料食客"可能参与微塑料降解，但代价是牺牲了植物促生菌群。

该研究首次阐明微塑料-入侵植物-病原真菌的三元互作机制：微塑料改变土壤物理结构，S. canadensis通过化感物质重构微生物网络，R. solani则压制有益菌群，三者形成"胁迫同盟"共同抑制苜蓿生长。这一发现为草地生态修复提供了新思路——需采用"阻塑-控侵-抑菌"的综合治理策略，包括推广可降解农膜、种植化感抑制作物（如高粱Sorghum bicolor）及接种拮抗菌Streptomyces philanthi等生物防控措施。

这项发表于《Plant Stress》的研究不仅揭示了多重胁迫下草地退化的微观机制，更建立了"植物生理-土壤酶活-微生物网络"的生态评估框架。未来研究可拓展至田间尺度，验证生物炭钝化微塑料、间作系统抑制入侵植物等实际应用的可行性，为全球人工草地的可持续管理提供中国方案。