暗隔内生真菌(DSE)调控甘草根际微生物模块化与细菌互作网络以增强生长与抗旱性的机制研究

本研究针对干旱胁迫下甘草(Glycyrrhiza uralensis)产量与药用成分合成受限的问题，通过引入6种暗隔内生真菌(DSE)，揭示了DSE通过重塑根际微生物群落结构（真菌模块化增强36.8-159.9%，细菌互作网络聚类）、促进土壤碳氮磷循环，显著提升甘草根系发育（根长增加1473.6%）及活性成分（甘草酸含量提升105.7-1473.6%）的分子生态机制，为旱区药用植物栽培提供了微生物调控新策略。

　　

在西北干旱区的广袤土地上，被誉为"国老"的甘草(Glycyrrhiza uralensis)正面临严峻生存挑战。作为重要的药用植物，甘草不仅需要应对降水量不足200毫米的恶劣环境，还要满足市场对其活性成分——甘草酸(glycyrrhizic acid)和甘草苷(glycyrrhizin)日益增长的需求。更棘手的是，持续干旱导致土壤微生物群落失衡，进一步抑制了甘草根系发育和次生代谢产物积累。面对这一困境，河北自然科学基金等项目支持的研究团队将目光投向了一类特殊的土壤共生真菌——暗隔内生真菌(Dark Septate Endophytes, DSE)。这类具有黑色隔膜结构的真菌，能否成为破解甘草抗旱增产难题的"生物钥匙"？

为解答这一科学问题，研究人员首先从内蒙古赤峰市和甘肃景泰县的甘草根际分离获得6株DSE菌株，包括Neomicrosphaeropsis sp.(Nc)、Stagonosporopsis lupini(Sl)等。通过体外PEG模拟干旱实验结合温室盆栽体系，采用高通量测序、代谢组学和土壤理化分析等多学科技术，系统解析了DSE-微生物群落-甘草抗旱性的级联调控机制。

DSE体外抗旱生理特性
研究发现6株DSE呈现显著种间差异：Pe和Aa在5-15% PEG浓度下生物量最高，Sl在15-25%中度干旱表现最优，而Nc在25%重度胁迫下仍保持生长优势。生理指标显示Aa、Pe和Nc通过提升超氧化物歧化酶(SOD)活性和可溶性蛋白含量维持细胞稳态，其丙二醛(MDA)含量在25% PEG下仍低于其他菌株50%，证实其膜系统损伤更小。这些发现为后续菌株筛选提供了生理依据。

DSE对甘草生长与代谢的调控
盆栽实验揭示DSE的促生效应具有"干旱依赖性"：在干旱条件下，DSE处理使甘草根长增幅达36.8-159.9%，根冠比提升2.1倍。更令人振奋的是，特定菌株(Nc+Sl组合)使甘草酸含量飙升1473.6%，且不同种质对DSE的代谢响应差异达8.7倍。同位素示踪显示，这种代谢促进与DSE加速的碳氮磷循环直接相关——接种组土壤有机碳(SOC)和速效磷(AP)含量较对照提高38.2%和52.4%。

微生物群落重构机制
16S/ITS测序表明DSE显著改变了微生物网络拓扑结构：真菌网络的模块性指数(modularity)增加1.8倍，形成更稳定的功能单元；而细菌网络则呈现高度连接性(connectivity=0.87)，关键物种如放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度提升3.2倍。共现网络分析揭示DSE作为"桥梁物种"，直接关联了47.5%的真菌-细菌互作边，这种跨域互作可能通过加速有机质降解来缓解养分限制。

土壤-微生物-植物互作模型
结构方程模型(SEM)量化显示：DSE通过降低土壤pH(ΔpH=0.8)和提升酶活性(β=0.72,p<0.01)驱动微生物群落重组，进而解释甘草生长变异度的68.3%。特别值得注意的是，DSE诱导的微生物功能变化对甘草酸合成的直接效应量(β=0.54)甚至超过其对根长的直接影响(β=0.39)，这为"微生物-代谢产物"耦合调控提供了新证据。

这项发表在《Rhizosphere》的研究，首次阐明了DSE通过"三重调控"机制——即增强真菌功能模块化、优化细菌互作网络、活化土壤养分循环——来协同提升甘草抗旱性与药用品质的完整路径。Yiling Zuo等研究者不仅证实了4种DSE菌株在旱作农业的应用潜力，更创新性地提出了"微生物网络韧性"作为评价植物抗逆性的新指标。该成果为西北生态脆弱区的中药材生态种植提供了理论支撑和技术储备，对于实现"以微生物调控替代水肥投入"的绿色农业模式具有重要实践意义。