不同种植地与生长年限对砂仁根系内生真菌群落的影响及其生态栽培意义

本研究针对药用植物砂仁(Amomum villosum Lour.)根系内生真菌(EF)群落动态展开系统研究，通过Illumina ITS测序技术揭示了地理区位和植株年龄对丛枝菌根真菌(AMF)和暗隔内生真菌(DSEs)定殖率及群落结构的影响。研究发现Glomus(AMF)与Exophiala、Cladosporium等DSEs为优势菌属，其群落分化主要受种植地驱动而非生长年限，为砂仁生态栽培中微生物肥料开发提供了理论依据。

　　

在热带雨林的荫蔽处，一种名为砂仁(Amomum villosum Lour.)的姜科药用植物默默生长，其干燥果实是传统中药"阳春砂"的原料。这种植物对生长环境要求苛刻，需要富含腐殖质的森林土壤和特定微生物的帮助才能茁壮成长。然而，现代农业实践中，过度施肥和单一栽培模式正在破坏这种微妙的共生关系，导致砂仁产量和品质下降。更令人担忧的是，我们对砂仁根系这个"隐秘王国"中的微生物居民知之甚少——特别是那些生活在根细胞内部的内生真菌(endophytic fungi, EF)，它们与植物形成的共生关系可能直接影响砂仁的药用价值。

为了揭开这个谜团，来自云南中医药大学的Xiao-Gang Li团队在《BMC Microbiology》发表了一项开创性研究。研究人员采用Illumina ITS高通量测序技术，结合显微镜观察，系统分析了云南和广东5个主要产区不同生长年限(1年和3年)砂仁根系中EF的定殖规律和群落特征。研究特别关注了两类关键共生真菌：帮助植物吸收磷的丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)和增强抗逆性的暗隔内生真菌(dark septate endophytes, DSEs)。

关键技术方法包括：采用五点采样法采集云南西双版纳等5个产区的砂仁根系样本；通过显微染色技术定量AMF和DSEs的定殖率；基于ITS基因序列进行Illumina MiSeq高通量测序；使用QIIME和R语言进行α/β多样性分析；通过随机森林算法识别关键生物标志物。

Colonization rates of AMF and DSEs in A. villosum roots

显微镜下，研究人员观察到AMF的典型结构——菌丝(hy)、丛枝(ar)和泡囊(ves)，以及DSEs的暗色菌丝和微菌核(ms)。定量分析显示，AMF定殖率最高达39.48%(3年生WSP样本)，而DSEs最高仅9.51%。有趣的是，虽然AMF总体定殖率随植株年龄增长呈上升趋势(如YCP样本增加251.44%)，但部分样点(HHP)反而下降，暗示环境因素可能比生长年限影响更大。

Composition of endophytic fungal communities

高通量测序鉴定出1092个OTUs，归属9门254属。子囊菌门(Ascomycota)占绝对优势(93.58%)，其次是担子菌门(5.75%)。在属水平上，具有生防潜力的Beauveria(35.05%)和Fusarium(8.52%)丰度最高，而AMF代表属Glomus仅占0.04-0.12%。值得注意的是，DSEs相关属(Exophiala、Cladosporium)在3年生样本中显著增加，可能与植株成熟后需要更强的逆境适应能力有关。

The response of the alpha diversity of root EF to Temporal space

α多样性分析显示，HHP样点的真菌丰富度最高，但随植株年龄增长显著降低；而PEP、BNP样点则呈现相反趋势。这表明地理环境对微生物群落的影响可能超过时间因素，为"因地制宜"的栽培策略提供了依据。

Response of beta diversity of root EF to Temporal space

PCoA分析证实，不同产区的真菌群落结构差异显著(R=0.6424-0.6961，p<0.01)，但相同产区不同生长年限的样本则高度相似。这一发现颠覆了传统认知——原来砂仁根系真菌更像"地方居民"，而非随着植株成长而"代际更替"。

Differences in fungal communities

随机森林分析鉴定出Nigrospora和Cladosporium分别为1年和3年生样本的生物标志物。特别是Cladosporium在成熟植株中富集，可能与其增强重金属耐受性的功能有关，这对长期生长的药用植物尤为重要。

这项研究首次绘制了砂仁根系真菌的"生态地图"，揭示出地理因素主导群落构建，而生长年限仅选择性影响特定菌属。实践意义上，鉴定出的Glomus(AMF)和Exophiala(DSEs)等关键菌株可作为"微生物肥料"的候选菌种，其定制化接种有望减少化肥使用，实现砂仁的生态栽培。理论层面，研究为理解植物-微生物长期共生演化提供了新视角——当植物"定居"新环境时，它不仅要适应气候土壤，还要与当地的微生物"原住民"建立和谐关系。正如作者所言，这项发现为开发针对砂仁产区的特异性菌剂奠定了科学基础，对保护道地药材资源和可持续利用具有重要意义。