合成微生物群落通过增强土壤功能微生物丰度和多功能性拯救草莓免受土传病害

为解决草莓连作导致的土传病害问题，研究人员开展合成微生物群落(SynCom)调控土壤功能微生物与多功能性的研究。通过连续六代草莓盆栽实验结合扩增子宏基因组和转录组测序，发现SynCom显著提高草莓生物量(地上部鲜重增加31-70.3%，果实生物量增加171.39-280.71%)，降低尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)丰度17.91-49.51%，并增强土壤碳磷循环功能和多功能性(SMF)。该研究为微生物群落调控连作障碍提供了新思路。

　　

草莓作为全球重要的经济作物，在中国种植面积已达14.75万公顷，产量近400万吨。然而，由于土地资源有限，草莓连作现象普遍，导致土传病害尤其是尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)引起的枯萎病日益严重，可造成60%以上减产甚至绝收。传统化学防治不仅污染环境，还易引发病原菌抗药性。虽然植物根际促生菌(PGPR)已被证明能抑制土传病原菌，但单一菌株应用存在定殖不稳定等问题。合成微生物群落(SynCom)由两种以上可培养微生物组成，相比单一菌株能更有效促进植物健康，但其在连作系统中调控根际微生态的动态机制及遗留效应尚不清楚。

为探究这些问题，安徽农业大学资源与环境学院雷国森团队在《Journal of Advanced Research》发表了最新研究成果。研究采用连续六代草莓盆栽实验，结合扩增子宏基因组(16S/ITS/18S rRNA基因测序)、转录组测序和qPCR等技术，系统分析了SynCom对草莓生长、土壤功能微生物群落和多功能性的影响。关键实验技术包括：从连作草莓根际土壤筛选5株芽孢杆菌(Bacillus spp.)和5株假单胞菌(Pseudomonas spp.)构建SynCom；通过多代盆栽实验比较接种与未接种处理差异；运用扩增子测序分析细菌、真菌和原生生物群落结构；通过转录组测序解析第7代草莓叶片基因表达变化。

研究结果首先证实SynCom显著改善草莓生长和土壤功能。与未接种对照(CM)相比，SynCom处理(B)使草莓地上部鲜重增加31-70.3%，果实生物量增加171.39-280.71%，同时降低尖孢镰刀菌丰度17.91-49.51%。土壤分析显示，SynCom显著提高溶解性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)和β-葡萄糖苷酶(S-β-GC)活性，增强土壤碳磷循环功能和多功能性(SMF)。

微生物群落分析揭示SynCom重塑功能微生物组成。SynCom显著增加潜在有益细菌(如芽孢杆菌、假单胞菌)和原生生物消费者的多样性及丰度，降低病原真菌多样性。共现网络分析显示SynCom处理增加微生物间正向互作关系。中性群落模型(NCM)表明SynCom提高细菌群落的随机性过程(m值从0.2761增至0.299)。

结构方程模型(SEM)解析SynCom作用机制。SynCom通过影响土壤养分(NO₃^--N、TP等)和功能微生物丰度，间接调控土壤多功能性。随机森林分析鉴定出葡萄球菌(Staphylococcus)、链霉菌(Streptomyces)等有益细菌，以及尖孢镰刀菌等病原真菌是预测草莓产量的关键微生物类群。

遗留效应实验证实SynCom的持续作用。第7代草莓中，SynCom预处理土壤(BSe)仍显著提高植株生物量，增加假单胞菌和芽孢杆菌丰度，降低尖孢镰刀菌数量。转录组分析发现SynCom上调苯丙烷生物合成、α-亚麻酸代谢等植物抗病相关通路基因表达。

该研究系统阐明了SynCom通过"增强功能微生物-改善土壤功能-激活植物抗性"的多层次机制缓解草莓连作障碍。SynCom不仅直接抑制病原菌，还通过提高土壤磷有效性、促进微生物正向互作等方式创造抑病微环境。更重要的是，SynCom能形成持久遗留效应，通过调控土壤微生物组和植物免疫系统持续保护后茬作物。这些发现为开发基于微生物群落的土传病害绿色防控技术提供了重要理论依据，对推动农业可持续发展具有重要意义。未来研究可进一步优化SynCom组合，验证不同环境下的田间效果，并探索与作物品种的适配性，以提升应用的稳定性和普适性。