栽培方式主导辣椒种子细菌群落：传统温室与深水培（DWC）下甜椒、jalape?o和habanero的比较

《Microorganisms》：Seed Bacterial Communities of Three Pepper Varieties Are Influenced by Traditional Greenhouse and Hydroponic Growing Conditions

　　

辣椒（Capsicum spp.）是全球最重要的农作物之一，但其种子中存在的细菌群落尚未被充分了解。种子携带细菌（seedborne bacteria）可能代表可从亲本垂直传播（vertical transmission）至后代的类群，理解不同辣椒品种种子细菌群落的组成可加速用于改善辣椒栽培的合成微生物群落（synthetic microbial communities, SynComs）的开发。本研究采用16S扩增子测序（16S amplicon sequencing）评估在两种栽培方式——传统温室栽培法（traditional greenhouse cultivation method）和深水培水培系统（deep water culture hydroponic system, DWC）——下生长的三个辣椒品种（甜椒（bell）、墨西哥辣椒（jalape?o）和哈瓦那辣椒（habanero））的种子。研究结果显示，辣椒种子微生物组（seed microbiome）主要受栽培方式影响，品种影响较弱。此外，研究报告了水培系统中辣椒植株生产力的提高及其果实元素组成（elemental composition）的差异。这些发现表明，栽培方式在决定辣椒种子微生物组方面具有重要性，且与品种无关，同时栽培方式在提高辣椒生产力方面发挥作用。

研究背景方面，植物微生物组（plant microbiome）与宿主健康和功能密切相关，且许多植物具有跨环境持续存在的核心微生物组（core microbiome，指在不同环境中稳定存在的微生物类群）。种子被认为是宿主特异性微生物垂直传播的重要载体，种子携带细菌虽丰度较低，但可通过优先效应在植物早期定殖中占据优势，并可能参与磷酸盐溶解、植物激素产生和生物防治等功能。辣椒是重要农业作物，但关于辣椒种子微生物组的研究较少，品种和栽培方式如何影响种子细菌群落尚不清楚；明确这些问题对理解育种和栽培策略对种子细菌组成的影响、开发功能性合成微生物群落以提高田间生产力具有重要意义。研究人员据此评估甜椒、jalape?o和habanero三个品种在传统温室无土盆栽和DWC水培条件下的种子细菌群落，并测定产量和果实元素组成；假设不同品种种子微生物组共享部分细菌类群但存在显著差异，且水培辣椒更高产、种子微生物组多样性更低。研究结论表明，辣椒种子微生物组主要受栽培方法影响而非品种影响，水培处理总体上提高辣椒生产力并伴随种子细菌群落多样性较低，这为栽培方式调控种子微生物组和辣椒生产提供了依据。

关键技术方法方面，研究人员于2023年4月从美国新泽西州Eatontown商业供应商Cuttler Produce获得成熟甜椒、jalape?o和habanero果实，每品种取三个果实无菌提取种子，部分用于测序，部分用于传统无土盆栽和DWC水培。种子样本由三果实聚合，提取总DNA后进行16S rRNA基因V3–V4区（341f–806r）扩增子测序；使用DADA2（v1.30.0）流程质控、去嵌合并获得扩增子序列变体（amplicon sequence variants, ASVs），以SILVA v138.2注释；开展α多样性、Bray–Curtis主坐标分析（principal coordinates analysis, PCoA）、置换多元方差分析（permutational multivariate analysis of variance, PERMANOVA）和丰度–占据分析；产量与生物量采用III型ANOVA、Tukey HSD和负二项广义线性模型，果实元素采用酸消解和电感耦合等离子体（inductively coupled plasma, ICP）分析。

研究结果如下。3.1 Alpha Diversity Is Reduced in Hydroponic Systems（水培系统中α多样性降低）：基于观测ASVs、Chao1和Shannon估计，水培甜椒（hBP）和哈瓦那辣椒（hH）种子α多样性显著低于原始供应商果实，但与无土栽培样品无显著差异；各处理组内品种间无显著差异；原文同段又描述水培样品α多样性最高、无土次之、供应商最低，与标题表述不完全一致。3.2 Bacterial Communities Are Influenced Primarily by Cultivation Method（细菌群落主要受栽培方式影响）：Bray–Curtis PCoA与PERMANOVA显示品种不显著影响群落centroid（p=0.110，R²=0.08），栽培方式（p=0.001）及品种×栽培方式（p=0.012）显著；栽培方式解释9%，交互解释16%，残差67%；因栽培方式和交互的dispersion显著，不能确认其对群落组成的影响；供应商样品品种间centroid显著，无土和水培子集品种不显著。3.3 Lactobacillales Is the Most Prevalent Order Across All Samples（Lactobacillales为所有样本中最普遍目）：相对丰度与丰度–占据分析显示核心大小随阈值升高而下降，Lactobacillales在5%和10%阈值下均最普遍；供应商jalape?o样品以Hyphomicrobiales占优。3.4 Hydroponic Cultivation Improved Jalape?o and Habanero Productivity（水培提高jalape?o和habanero生产力）：负二项广义线性模型与果重分析显示水培habanero果数显著增加（189.8 vs 45.0），jalape?o果数不显著但果重显著增加（24.2 g vs 12.3 g）；水培甜椒果重显著降低（64.2 g vs 94.5 g）；水培所有品种根和地上部质量增加，jalape?o根质量例外。3.5 Macronutrient and Micronutrient Concentrations Differed Between Soilless and Hydroponic Pepper Fruits（无土与水培辣椒果实大量和微量营养元素浓度不同）：酸消解ICP分析显示水培果实N（甜椒除外）、P、S、Mn、Cu较高；K、Ca一般无显著差异，无土jalape?o Ca较高；水培habanero Fe、B、Al较高，水培甜椒Na较高。

讨论部分总结认为，研究结果与先前种子微生物组研究一致，辣椒种子细菌多样性整体较低；品种本身不是显著驱动因素，栽培方式显著但dispersion亦显著，故其对群落组成的影响需谨慎解释；品种与栽培方式交互显著，提示品种可能在特定栽培环境下起作用；复合样本设计限制组内变异评估并可能低估低丰度类群。作者将结果与Medicago、番茄和Brassica等研究比较，并指出Lactobacillales作为最普遍核心目可能与功能相关；供应商jalape?o中Hyphomicrobiales高丰度不能推断固氮能力，可能反映其与特定细菌目的关系或来源差异。水培jalape?o和habanero增产方式不同，jalape?o主要体现为果重增加，habanero主要体现为果数增加，营养改善可能是原因之一；水培果实N、P、S、Mn、Cu较高。研究结论翻译：研究人员的发现与先前种子微生物组研究基本一致，表明种子中微生物多样性较低；研究结果显示辣椒种子微生物组主要受栽培方法影响，而非辣椒品种影响；此外，研究人员发现水培栽培处理总体上使辣椒更高产，并伴随种子细菌群落多样性较低。