Priestia megaterium B1L5短暂定殖改变苹果幼苗根际微生物组结构促进植物有益菌群生长

本研究针对苹果再植病害(ARD)防治难题，通过构建GFP标记的Priestia megaterium B1L5菌株，探究其在ARD土壤和未受影响草地土壤中对苹果幼苗根际微生物组的调控作用。研究发现该菌株能短暂定殖根系，显著降低ARD相关根尖黑化比例，并富集Luteimonas、Pseudomonas等有益菌属，为微生物调控ARD提供了新思路。

　　

在苹果种植业中，苹果再植病害(Apple replant disease, ARD)是困扰全球果农的顽疾。当果园连续种植苹果树时，新生植株会出现根系发育不良、叶片黄化、果实减产等现象，严重时甚至导致整片果园荒废。传统防治方法依赖化学熏蒸剂，但这类方法不仅破坏土壤生态，还可能带来环境和食品安全隐患。更棘手的是，ARD的致病机制复杂，往往由真菌、卵菌和线虫等病原体协同作用导致，且不同地区的致病菌组合存在差异，这给防治工作带来了极大挑战。

面对这一难题，德国环境健康研究中心(Helmholtz Munich)的研究团队将目光投向了植物促生菌(Plant growth-promoting bacteria, PGPB)。这类微生物能通过多种机制促进植物生长，包括分泌植物激素、抑制病原体和诱导系统抗性等。研究人员特别关注了从健康苹果根部分离的Priestia megaterium B1菌株（原称Bacillus megaterium），因其基因组中含有表面活性素合成基因簇，具备抗菌和激发植物免疫的双重潜力。

为验证该菌株的实际应用价值，研究团队构建了GFP标记的B1L5突变株，通过短期盆栽实验，系统评估了其在ARD土壤和健康草地土壤中对苹果幼苗的促生效果及根际微生物组的调控作用。研究采用激光共聚焦显微镜追踪菌株定殖动态，qPCR定量检测根内菌量，并结合16S rRNA和ITS扩增子测序分析微生物群落变化。

根际定殖动态

通过GFP标记和qPCR检测发现，B1L5菌株能在接种6天后成功定殖苹果根系，但在33天后完全消失。这种短暂定殖模式可能与苹果根系分泌的抗菌物质（如植物抗毒素）或土著微生物的竞争排斥有关。值得注意的是，菌株定殖不受土壤类型（ARD或草地土壤）和接种形式（营养细胞或孢子）的影响，显示出较强的环境适应性。

ARD症状缓解

在ARD土壤中，接种B1L5的植株根尖黑化比例显著低于对照组，表明菌株可能通过分泌抗菌物质或诱导植物防御反应减轻了ARD症状。尽管短期内未观察到明显的生长促进，但症状缓解为后续生长改善奠定了基础。

微生物组重构

扩增子测序显示，B1L5接种显著改变了根际细菌群落结构（PERMANOVA p=0.001），富集了Luteimonas、Pseudomonas、Sphingomonas等具有生防潜力的菌属。这些菌群可能通过竞争生态位、分泌抗生素或协助养分吸收等方式形成"益生菌护盾"。相比之下，真菌群落受影响较小，仅在草地土壤中观察到Fusarium等病原菌的减少。

时间动态分析

通过对比接种组与对照组在不同时间点的微生物组变化，研究发现33天时接种组特有的菌群变化（如Rhodanobacter富集）在自然演替的对照组中并未出现，证实这些变化确实由菌株接种驱动，而非植物发育或季节因素所致。

这项发表在《Environmental Microbiome》的研究首次揭示了Priestia megaterium B1L5通过短暂定殖引发持久微生物组重构的"遗留效应"。尽管菌株未能长期驻留，但其诱导的益生菌群可能形成持续保护屏障，这为理解PGPB的间接作用机制提供了新视角。研究提出的"微生物组工程"策略，即通过关键菌株接种调控整体菌群结构，为开发ARD绿色防控技术指明了方向。未来研究可进一步优化菌株配方（如采用载体材料或复合菌剂），延长其田间持效期，并解析表面活性素等活性物质在抗病过程中的分子机制。