根际挥发性有机化合物（VOC）多样性的下降导致微生物群重组，进而引发淡花贝母（Fritillaria pallidiflora）的再种植病害

《Industrial Crops and Products》：Decline in rhizosphere VOC diversity drives microbiome restructuring inducing Fritillaria pallidiflora replant disease

本研究解析了党参（Fritillaria pallidiflora）连续种植导致的再植障碍机制，通过多组学技术发现：土壤挥发性有机物（VOCs）多样性显著下降，邻苯二甲酸酯等有害代谢物积累，抑制有益微生物并促进病原菌（如Fusarium）增殖；土壤养分（如钾、磷）富集与微生物网络复杂性增加形成负反馈，加剧植物生长抑制和病害。揭示了VOCs驱动微生物群落重组的关键路径，为可持续种植提供理论依据。

　　在植物栽培过程中，特别是在中药材种植中，重茬障碍（Replantation disorder）一直是影响产量和品质的关键问题。重茬障碍通常指在连续单一种植条件下，植物出现生长不良、产量下降以及病害增加等现象。这种现象在根茎类中药材中尤为突出，由于土壤中累积的病原菌和植物根系分泌物（根系渗出物）对微生物群落的干扰，导致土壤生态环境恶化，从而影响植物健康。本研究以新疆地区广泛种植的“暗紫贝母”（*Fritillaria pallidiflora*）为对象，系统分析了其在不同种植年限下根系渗出物挥发性有机化合物（VOCs）与土壤微生物群落的相互作用，揭示了重茬障碍的潜在机制。

研究发现，随着种植年限的增加，*F. pallidiflora*的根系渗出物组成发生显著变化。在连续单一种植系统中，某些特定的有机化合物，如邻苯二甲酸酯类和烷烃类，如十二烷、2,6,10-三甲基十二烷等，其浓度显著升高，同时VOCs的多样性下降。这种变化直接导致土壤中细菌和真菌的α多样性降低，而可利用的钾、磷和有机碳含量却有所增加。值得注意的是，这些邻苯二甲酸酯类化合物与*Fusarium*（一种引起根腐病的病原菌）的丰度存在显著正相关，这表明它们可能通过促进病原菌和有益菌的共富集，从而加剧了土壤微生物群落的失衡。此外，连续单一种植改变了微生物群落的组装模式，使细菌的功能向化能异养方向偏移，同时增强了真菌的分解活动。这些变化间接影响了植物的生长表现，并导致病害发生率的上升。

为了深入理解这些现象，研究团队采用了多组学方法，包括气相色谱-质谱（GC-MS）分析土壤中的VOCs，以及高通量测序技术分析微生物群落的结构、多样性和功能特征。此外，通过构建微生物与VOCs之间的跨界网络，研究团队发现VOCs与土壤微生物之间存在复杂的相互作用。在连续单一种植条件下，VOCs的多样性下降不仅影响了土壤营养循环，还导致了VOCs-微生物网络复杂性的增加，这种复杂性可能成为植物生长受阻和病害加剧的重要因素。

在土壤物理化学性质方面，研究发现SOC（土壤有机碳）与pH值之间存在显著的负相关关系，而在连续单一种植条件下，AP（有效磷）和NO??-N（硝酸盐氮）之间的正相关性更加明显。此外，土壤中的电导率（EC）与VOCs的组成和多样性密切相关，而可利用的钾（AK）和磷（AP）则对微生物群落的结构和功能产生显著影响。这些结果表明，土壤的理化性质在塑造根系渗出物的组成和微生物群落的动态方面起着重要作用。

在微生物群落的结构和功能方面，研究发现连续单一种植显著改变了土壤中的微生物组成。例如，在连续种植的土壤中，*Fusarium*和*Talaromyces*等病原菌的丰度增加，而有益菌如*Pseudomonas*则减少。这种微生物群落的失衡影响了土壤的营养循环能力，导致可利用氮的减少和土壤酶活性的下降。同时，微生物群落的组装过程从确定性向随机性转变，这种转变可能与土壤环境的稳定性下降有关。

研究还发现，根系渗出物的多样性变化对微生物群落的结构和功能产生了深远影响。在连续单一种植条件下，某些关键的VOCs如（z）-9-十八烯酰胺，其浓度显著增加，这些化合物可能对微生物的生长产生抑制作用，进而导致植物根部受到病原菌侵袭。相反，一些具有潜在抗菌作用的VOCs如9-二十碳烯和十四烷，在连续种植条件下显著减少，这可能削弱了植物对病原菌的天然防御能力。这些变化进一步表明，根系渗出物的多样性不仅是土壤微生物群落动态变化的关键驱动因素，还对植物的健康和生长产生重要影响。

此外，研究团队还通过结构方程模型（SEM）揭示了VOCs、土壤理化性质与*F. pallidiflora*生长表现之间的复杂关系。模型结果显示，VOCs的多样性对植物生长质量具有显著的间接影响，而土壤营养的积累则直接促进病害的发生。这些发现为理解重茬障碍的生态机制提供了新的视角，并为缓解这一问题提供了理论依据。

基于这些研究成果，研究团队提出了两种可能的解决方案：一是通过恢复根系渗出物的化学多样性，二是通过引入具有特定功能的微生物群落。这些策略不仅可以改善土壤微生物群落的结构和功能，还可能通过增强土壤的营养循环能力和病原菌的抑制作用，从而提升植物的生长性能和产量。这些发现对于中药材的可持续栽培具有重要意义，尤其是在解决重茬障碍方面，为农业生产提供了新的思路和方法。