根际微生物组移植作为一种资源高效的方法，用于增强城市植物的生长和微生物功能多样性

《Land Degradation & Development》：Rhizosphere Microbiome Transplantation as a Resource-Efficient Approach to Enhance Growth and Microbial Functional Diversity in Urban Plants

　　

城市土壤日益受到退化、压实、污染和水分限制的影响，这可能限制植物表现和城市绿色空间的功能。根际微生物组移植（RMT），即将整个微生物群落从供体植物转移到目标物种，已成为传统单菌株接种剂的潜在替代方案。本研究中，研究人员以来自Festuca ovina的微生物群落，评估了RMT对Cota tinctoria（一种常用于城市草坪和花园的物种）的影响。在幼苗建立后，植物被暴露于受控干旱条件下，并评估了生长（生物量、高度、叶片数）、生理（叶绿素含量）、生化（酚类化合物）和微生物（土壤、根际、根内生根和叶内生根的群落水平生理特征（CLPP））响应。与对照处理相比，RMT与更高的植物生物量、高度和叶片产量相关，而光合色素和大多数酚类化合物表现出有限响应。功能分析揭示了区室特异性模式，土壤和根际群落相对稳定，而根和叶内生根在底物利用、代谢活性和功能多样性方面显著增加。应激指数（SI_log）分析表明，内生根的碳利用模式向更大的碳水化合物利用转变。总体而言，这些结果表明，在干旱条件下施用根际微生物组移植与植物表现和微生物功能特征的变化相关。该研究为基于微生物组的方法在城市植被管理中的潜在应用提供了初步见解，同时强调了需要进一步进行机制和田间研究。

城市土壤退化与城市化进程加剧，导致土壤压实、养分贫瘠、污染及水资源限制，这些因素严重制约了城市绿色空间（如草坪、花园及基于自然的解决方案（NBS））的植物生长与生态系统服务功能。传统单菌株接种剂在异质性土壤中定植困难、成本高昂，限制了其应用。根际微生物组移植（RMT）作为一种资源高效的技术，通过转移供体植物根际的完整微生物群落至目标植物，有望克服上述局限。本研究旨在评估RMT在干旱胁迫下对城市常用植物Cota tinctoria生长及微生物功能多样性的影响，为城市植被管理提供基于微生物组的初步探索。论文发表在《Land Degradation》上。

研究人员以Festuca ovina的根际土壤制备接种液，对Cota tinctoria种子进行处理，并在受控干旱条件下（土壤含水量为田间持水量的30%±5%）培养8周。通过形态学（生物量、株高、叶片数）、生理学（叶绿素含量）、生物化学（酚类化合物）及微生物学（基于Biolog EcoPlates的群落水平生理特征（CLPP））指标，对比了RMT处理与对照（仅用水处理）的差异。主要关键技术方法包括：从波兰?ód?市城市化区域采集土壤（轻质粉砂壤土，pH 6.90，有机碳1.04%），从天然栖息地（波兰中部Piaski村附近干性针叶林空地）获取F. ovina根际土壤制备接种液；种子萌发后维持2周充足水分，随后施加干旱胁迫；利用Biolog EcoPlates评估土壤、根际、根内生根及叶内生根微生物对31种碳源的利用能力，通过平均吸光值（AWCD）、Shannon-Weaver指数（H′）、底物丰富度（S）和均匀度（E）量化功能多样性，并构建非碳水化合物/碳水化合物应激指数（SI_log）。所有数据以盆栽为实验单元（n=3），采用精确置换检验进行统计分析。

**3.1 RMT对植物生长及其生理响应的影响**：通过形态学测量发现，RMT处理组植物鲜重（62.02±9.86 mg）较对照组（24.24±15.92 mg）提高2.56倍，株高（1.13±0.12 cm）提高2.09倍，叶片数（6.93±0.83）提高1.36倍。而叶绿素a和b含量在两组间差异极小（变化幅度<1.08倍），表明RMT促进生长并未显著改变光合色素水平。酚类化合物中，总酚和苯丙素类含量稳定，仅黄酮醇和花青素分别微弱增加7%和13%，提示RMT对次生代谢影响有限。

**3.2 RMT对土壤、根际及内生根微生物功能多样性的影响**：基于CLPP分析，土壤微生物群落在RMT处理下AWCD（1.31±0.10）与对照组（1.26±0.08）相近（增加4%），底物利用模式稳定。根际群落也表现出类似稳定性（变化幅度<3%）。相反，根内生根微生物的AWCD从0.17±0.11提升至1.00±0.02（增加490%），叶内生根从0.07±0.01提升至0.16±0.04（增加130%）。底物利用组分析显示，根内生根对胺类（305%）、羧酸（457%）、碳水化合物（1917%）、复合碳源（336%）、氨基酸（163%）和磷酸化化合物（183%）的利用均大幅增强。功能多样性指数（H′、E、S）在根内生根中分别提高1.5倍、1.5倍和5.5倍，叶内生根中S提高2.33倍，而土壤和根际的指数变化微弱。热图分析进一步确认了根内生根的广泛代谢激活，叶内生根则选择性增强D-甘露醇和N-乙酰-D-葡萄糖胺等底物利用。

**3.3 RMT对土壤和植物微生物组碳利用策略应激相关的影响**：应激指数（SI_log）在土壤和根际中处理间接近（0.95-1.08），表明非碳水化合物与碳水化合物利用平衡。根内生根中，对照组SI_log为2.19，RMT处理后降至0.61（下降4.9倍），显示向碳水化合物代谢的显著转变。叶内生根中，对照组SI_log最高（2.82），RMT后降至0.98（下降6.3倍），接近土壤水平。这表明RMT缓解了植物组织内微生物的碳限制，尤其在叶片中效果最明显。

讨论部分总结了RMT对植物生长和内生根微生物功能的积极影响，但指出土壤微生物群落相对稳定，而根与叶内生根响应强烈。研究同时强调，由于接种液包含非生物成分（如有机碳、酶等），无法区分微生物与生物化学效应，未来需添加灭菌接种液对照。此外，实验时间短（8周）、重复数少（n=3），结果应视为探索性，需结合分子方法（如扩增子测序）和田间验证以确认机制与普适性。研究结论翻译如下：RMT与植物生长增加及植物相关微生物功能特征的区室特异性变化相关，而土壤微生物群落保持稳定。最显著的效果出现在根相关群落，其次为叶内生根微生物，表明靶向微生物干预可能在改善植物生长和微生物功能方面具有潜力。然而，受限于生物重复数少和受控盆栽设计，本结果尚不能推广至田间应用。虽然观察到的模式支持微生物接种策略在受控条件下促进植物生长的潜力，但需通过田间实验及互补分子方法（如宏基因组学或扩增子测序）进一步验证微生物群落变化，并阐明养分循环、植物-微生物信号传导及胁迫响应调控等潜在机制。本研究为RMT以区室依赖方式影响植物-微生物相互作用提供了初步证据，但其对城市绿化和气候适应性的实际意义应在更复杂环境条件下确认后谨慎解读。