微生物介导的克隆分株不对称抗旱机制支撑毛竹干旱适应性

本研究针对毛竹克隆分株在干旱胁迫下响应差异的微生物调控机制尚不明确的问题，通过开展微生物介导的克隆分株不对称抗旱性研究，发现干旱胁迫下 resilient 分株（D1）通过根系分泌可溶性糖富集 Thermoleophilia、Bacteroidia、Alphaproteobacteria 和 Verrucomicrobiae 等关键菌类，促进根际胞外多糖（EPS）合成和脱落酸（ABA）积累，从而增强抗旱性。该研究揭示了植物-微生物互作在克隆植物干旱适应中的新机制，为竹林抗旱管理提供理论依据。

　　

随着全球气候变化加剧，干旱事件频发，对农业生产和生态系统稳定性构成严重威胁。毛竹（Phyllostachys edulis）作为亚热带地区重要的克隆植物，兼具极高经济价值和生态功能，但其生产正面临日益严重的干旱挑战。尽管克隆植物通过分株间的资源整合（clonal integration）来应对环境压力，但在极端干旱条件下，这种整合机制的效益可能减弱甚至失效，导致相连分株出现不对称的干旱响应。目前，关于毛竹克隆分株在干旱胁迫下差异响应的微生物调控机制尚不明确，特别是根际微生物如何通过宿主碳分配和激素调节来增强抗旱性，仍有待深入探索。

为了揭示微生物介导的克隆分株不对称抗旱机制，研究人员以毛竹为研究对象，通过控制实验模拟临时性极端干旱条件，分析相连分株的生长、生理特性及根际微生物群落的变化。相关研究成果发表在《Industrial Crops and Products》上，为克隆植物的干旱适应策略提供了新的见解，并对竹林可持续管理具有重要指导意义。

本研究主要采用以下关键技术方法：通过盆栽实验控制水分条件建立干旱胁迫模型；使用酶联免疫吸附测定（ELISA）检测植物激素（ABA、JA、IAA）含量；采用比色法测定非结构性碳水化合物（NSC）和光合色素；通过氯仿熏蒸-K₂SO₄提取法测定土壤微生物生物量碳（MBC）；运用高通量测序技术分析根际细菌16S rRNA V4-V5区域，并结合线性判别分析（LEfSe）、共现网络分析和部分最小二乘路径模型（PLS-PM）解析微生物群落结构与功能。

3.1. 克隆分株对干旱胁迫的差异生长和生理响应

干旱胁迫显著降低了分株生物量，但干旱恢复分株（D1）的降幅（28.96%）小于干旱敏感分株（D2）（42.90%）。D1具有更高的比根长（SRL）和比叶面积（SLA），同时积累了更多的 carotenoid（Car）、脱落酸（ABA）和茉莉酸（JA），而D2的生长和生理活性均较低。

3.2. 干旱诱导克隆分株间NSC合成的差异

D1在根和茎中积累了更多的可溶性糖，分别达到45.07 mg·g^?1和49.57 mg·g^?1，而D2的可溶性糖积累较少。淀粉含量在干旱条件下普遍降低，但D1根部的淀粉含量与对照无显著差异。

3.3. 干旱增强抗旱分株根际土壤活性有机碳和EPS

D1根际的活性有机碳组分（LOC、DOC、MBC）和胞外多糖（EPS）含量均显著高于其他组别，表明其根际微环境更有利于微生物活动和碳循环。

3.4. 抗旱分株根际微生物群落具有较低多样性、较窄生态位宽度和较强稳定性

干旱降低了微生物群落的多样性（Shannon指数）和生态位宽度，但D1群落的平均变异度（AVD）较低，表明其微生物群落结构更稳定。共现网络分析显示，D1群落具有较高的模块性和较低的密度。

3.5. 抗旱分株根际招募关键干旱富集微生物群

通过LEfSe分析、网络关键节点识别和共有ASV筛选，研究发现Thermoleophilia、Bacteroidia、Alphaproteobacteria和Verrucomicrobiae是D1根际的关键干旱富集微生物类群。这些微生物与植物生理因子（如ABA、Car）和根际微环境因子（如EPS、MBC）显著相关。

3.6. 解析克隆分株差异干旱响应的微生物机制

PLS-PM模型表明，在D1中，根和茎中可溶性糖的积累显著促进了根际生物有效碳（LOC和DOC）的增加，进而富集了关键干旱富集微生物群。这些微生物通过促进ABA合成和EPS产生，间接增强了分株的抗旱性。而在D2中，尽管干旱也提高了可溶性糖和生物有效碳含量，但未能有效招募关键微生物群，导致微生物介导的抗旱途径失效。

研究结论与讨论部分指出，毛竹克隆分株在干旱胁迫下通过不对称的生理和微生物响应来实现抗旱性。抗旱分株（D1）通过增加根系可溶性糖分泌，富集了包括Thermoleophilia、Bacteroidia、Alphaproteobacteria和Verrucomicrobiae在内的关键微生物类群。这些微生物可能通过多种协同途径增强植物抗旱性：例如促进胞外多糖（EPS）合成以改善根际水分保持能力，刺激脱落酸（ABA）和茉莉酸（JA）积累以调节气孔关闭和抗氧化能力，以及参与碳、氮、硫循环等代谢功能。该研究不仅揭示了微生物在克隆植物干旱适应中的重要作用，还为通过调控根际微生物群落来增强竹林抗旱性提供了新思路。然而，本研究未涉及真菌群落的作用，且缺乏对克隆整合强度的直接测量，未来研究需要进一步整合多学科方法，以全面解析植物-微生物互作在克隆系统干旱响应中的机制。