《Plant and Soil》：Contrasting rhizosphere microbiomes from healthy and declining trees modulate beech seedling responses to canker pathogens
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背景与目的：森林衰退可改变树木健康及相关根际微生物组，可能影响植物胁迫响应，但土壤微生物遗产在植物对溃疡病原菌易感性中的作用尚不清楚。研究人员采用土壤移植试验检验对比山毛榉根际微生物组如何影响Fagus sylvatica幼苗的生长表现及对病原菌的响应。方法：
背景与目的：森林衰退可改变树木健康及相关根际微生物组，可能影响植物胁迫响应，但土壤微生物遗产在植物对溃疡病原菌易感性中的作用尚不清楚。研究人员采用土壤移植试验检验对比山毛榉根际微生物组如何影响Fagus sylvatica幼苗的生长表现及对病原菌的响应。方法：灭菌土壤中生长的山毛榉幼苗分别添加来自健康（soil H）或衰退（soil D）山毛榉树的根际接种物，5个月后用Biscogniauxia nummularia、Neonectria coccinea或无病原菌无菌琼脂接种；34天内监测叶片症状、气体交换及叶绿素荧光，收获时测定生长、叶片生物标志物及土壤胞外酶活性；通过16S rRNA和ITS2代谢编码评估微生物组多样性与组成。结果：soil D中幼苗气孔导度更高，病原菌接种前后及短期内倾向于维持更高光合性能；Biscogniauxia接种在soil H中诱导更强生理生化胁迫，包括蒸腾增加、叶片化学改变及更严重萎蔫；酶活性呈对比响应，soil H中升高而soil D中降低；微生物多样性与组成亦呈对比动态，soil D富集腐生真菌及具潜在有益功能的细菌类群。结论：衰退树的土壤微生物遗产降低了溃疡病原菌对山毛榉幼苗的影响，这些效应与对比微生物组成及土壤功能响应相关，凸显衰退相关根际群落调节植物对生物胁迫抗逆性的潜在作用。
研究背景方面，全球森林正面临日益频繁的衰退与死亡事件，常与极端天气如干旱、热浪相关，这类胁迫事件会改变树木防御并常引发植物微生物组失调，促进机会性病原菌增殖并加剧衰退进程。尽管大量研究关注树木衰退的地上症状与生理机制，但森林生态系统中地下微生物遗产的作用仍相对不明。土壤微生物组在植物生长与健康中发挥关键作用，根际是受根系影响最强的土体部分，有益微生物类群如外生菌根真菌（ectomycorrhizal fungi, ECM）或植物根际促生细菌（plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR）可增强养分水分吸收、调节激素信号或作为生物防治剂，而树木衰退可能减少互惠类群丰度并增加根际腐生类群，但其是否改善树木健康或加速衰退尚不清楚。微生物组工程在农业系统中被广泛研究以增强作物表现，但森林植物中极少应用，且尚无研究比较健康与衰退树根际微生物组对植物病原菌胁迫响应的影响。欧洲山毛榉（Fagus sylvatica L.）林正经历由干旱、热浪及病原菌（主要是土传卵菌和树皮相关真菌）引起的衰退，机会性溃疡病原菌包括Botryosphaeriaceae、Nectriaceae、Diaporthaceae和Xylariaceae等，可在环境胁迫后增殖并危害山毛榉健康。本研究旨在探讨对比土壤微生物组对山毛榉受溃疡病原菌胁迫易感性的影响，研究人员假设衰退树根际微生物组会增加植物对潜伏病原菌的易感性，高于健康树微生物组。
关键技术方法方面，研究在西班牙Hayedo de Montejo山毛榉林选取健康（0%冠层枯死）与衰退（40–70%冠层枯死）共存个体，采集根际制备soil H与soil D接种物；以灭菌通用基质添加5.8% w/w接种物种植表面消毒山毛榉坚果，温室生长5个月；用从衰退树分离的Biscogniauxia nummularia与Neonectria coccinea及无菌琼脂对照进行茎基接种，接种12天后所有植株灌溉减至田间持水量30%以模拟中度干旱；监测植株高径生长、叶片症状（18–27天，0–5级）、叶片气体交换与叶绿素荧光（0、12、34天）、34天中午叶片水势；收获测叶片生化标志物（叶绿素A/B、类胡萝卜素、丙二醛、游离氨基酸、总酚、总黄酮、可溶性糖、淀粉）、土壤胞外酶（C循环BG、CB、XYL、AG合计C.ENZ；N循环NAG、LAP合计N.ENZ；PHOS）活性；初始与34天对照植株根际土壤用16S rRNA（V3–V4区，引物341F/785R）与ITS2（引物ITS3/ITS4）代谢编码结合DADA2、UNITE与SILVA数据库进行微生物组多样性与组成分析，用DESeq2做差异丰度分析，统计采用线性模型、累积连混合模型、PerMANOVA与PCA等。
研究结果部分保留小标题并说明如下：
Plant growth and foliar symptoms：通过测量终期直径生长与重复测量叶片萎蔫等级得出，soil D中植株直径生长倾向于高于soil H（p=0.08），Biscogniauxia接种对相对直径生长有减弱趋势（p=0.06）；Soil×Pathogen×DPI交互显著（χ2=12.897, p=0.0447），soil H中Biscogniauxia接种植株在所有测量点萎蔫显著高于对照，终期约3.5级对照约1.5级，而soil D中Biscogniauxia与对照无显著差异，Neonectria接种症状水平较恒定且在两土壤中对照与Neonectria植株终期症状相似。
Leaf physiological traits：通过在0、12、34天测气体交换与叶绿素荧光得出，接种前soil D植株气孔导度（gs）高于soil H（p<0.05），且净光合速率（Pn）、蒸腾速率（E）、光适应下PSII最大量子产额（Fv'/Fm'）和电子传递速率（ETR）倾向于更高，内在水分利用效率（iWUE）更低；接种12天（T1）差异更明显，soil H中Biscogniauxia接种导致E显著升高而soil D无此变化；34天中度干旱下差异减弱，终期soil D对照植株中午叶片水势（Ψ）低于soil H。
Leaf biochemical profile：通过Rainbow协议测叶片生化物并用PerMANOVA与PCA分析得出，soil H中病原菌处理对生化谱有显著影响（R2=0.208, p=0.046），soil D无显著（R2=0.129, p=0.44）；PCA显示soil H中Biscogniauxia接种植株与其他组分离明显，淀粉载荷与Biscogniauxia相关、类胡萝卜素（CAR）与Neonectria相关；单变量分析soil D中总黄酮（TFL）高于soil H（p<0.05），两土壤中Biscogniauxia降低叶绿素A（CHL.A）（p<0.05）及叶绿素B（CHL.B）（p=0.09），soil H中Biscogniauxia淀粉趋于更高（p=0.057），Neonectria在soil H中丙二醛（MDA）更低。
Soil extracellular enzyme activities：通过荧光法测34天根际胞外酶活性得出，土壤类型显著影响C相关酶（C.ENZ）与N相关酶（N.ENZ）及磷酸酶（PHOS）（p<0.05），soil H高于soil D且Soil×Pathogen交互显著（p<0.05）；soil D中Biscogniauxia接种降低C酶活，soil H中病原接种升高酶活，尤其CB与NAG；PHOS在soil H更高但变异小于C酶。
Microbiome composition：通过16S与ITS2代谢编码及α/β多样性分析得出，真菌Shannon指数受Soil×Time交互影响（p<0.05），初期soil H高于soil D（约2.97 vs 2.25），终期soil D上升而soil H下降；细菌多样性趋于下降（p=0.058）尤其在soil H；PCoA显示真菌受土壤与时间分离明显，Soil（R2=0.129, p=0.027）、Time（R2=0.202, p=0.002）及Soil×Time（R2=0.310, p=0.001）均显著，细菌Soil（R2=0.114, p=0.049）与Time（R2=0.268, p=0.001）显著、交互弱（R2=0.100, p=0.084）；soil D真菌中腐生营养型尤其未定义腐生营养型（Undefined saprotrophs）比例高于soil H（初期50% vs 27%），主要由Apiotrichum sporotrichoides（ASV_002）驱动；细菌初期soil D假单胞菌门（Pseudomonadota）高于soil H（57% vs 49%），放线菌门（Actinomycetota）soil H更高（26% vs 17%），终期soil D放线菌门升至45%，soil H中Patescibacteria升至37%；DESeq2显示soil H初期富Rhodopseudomonas sp.，soil D初期富Neonectria candida及假单胞菌属（Pseudomonas sp.）、伯克氏菌属（Burkholderia/Caballeronia/Paraburkholderia sp.），终期soil D富芽孢杆菌属（Paenibacillus sp.）与链霉菌属（Streptomyces sp.）。
讨论部分总结：研究人员讨论认为根际微生物组在介导植物对溃疡病原菌胁迫的表现中起重要作用，与初始假设相反，衰退树根际微生物组未增加易感性，反而soil D幼苗维持更稳定光化学与代谢表型，减轻Biscogniauxia影响，表现为较轻萎蔫、较高气孔导度与光化学性能及较少改变的生化谱，表明衰退相关微生物遗产以非预期方式影响幼苗对病原胁迫的响应，凸显地下过程在生物胁迫下植物抗逆性的作用。生理上soil D初期较高gs与倾向更高Pn等提示其微生物组利于基线状态，接种12天后差异扩大，soil D更好维持PSII光化学效率，soil H生理扰动更强；生化上soil H中Biscogniauxia引起更明显改变，soil D较高黄酮可能与防御启动相关并与假单胞菌门、放线菌门正相关；土壤酶活性上soil H在病原接种下升高C/N酶活但未改善生理，可能反映胁迫下养分需求增加或分解率提升，soil D初期腐生真菌富集可能关联更高基线分解潜力，病原接种降低其酶活而soil H升高，体现对比情境依赖响应；微生物多样性上soil H真菌α多样性从初期到终期明显下降，soil D相对稳定，真菌组成受土壤与时间影响更强，细菌较弱且两土壤微生物组轨迹相反而非收敛；组成上soil D富腐生真菌、放线菌门及PGPR类群（Pseudomonas、Burkholderia/Caballeronia/Paraburkholderia、Paenibacillus、Streptomyces），可能与早期较高gs及后期抗逆相关，提示衰退树微生物遗产可能通过富集腐生菌与PGPR样细菌促进幼苗有利生理状态与防御代谢预处理，而健康树微生物组呈更强晚期酶响应但生理稳定性较低。局限性包括仅捕获早期响应、灭菌基质简化复杂性、酶活仅终期测定、未分类真菌ASV比例高限制分类解析。结论翻译：总之，这些结果拓宽了对树木衰退如何塑造地下微生物遗产及其对幼苗病原菌胁迫响应影响的理解；与初始假设相反，衰退山毛榉树土壤未增加宿主对溃疡病原菌的易感性，其中生长的幼苗表现出较轻叶片症状并在早期感染期间维持较高生理性能，提示增强了对生物胁迫的抗逆性；这些发现挑战了衰退相关土壤富集有害微生物或提供较差功能环境的假设，其微生物组可能通过增强抗氧化保护或维持PSII性能提供短期优势；相比之下，健康树土壤植物对胁迫的生理响应更明显但效果较差，提示健康树根际未必提高植物对病原菌的耐受性；此外结果表明土壤微生物多样性本身不是幼苗表现的可靠预测因子，对微生物组工程中土壤选择有重要意义；总体而言，树木衰退产生可影响山毛榉林早期更新动态的地下微生物转变，将这些地下微生物遗产纳入森林衰退与更新模型可改善日益增加生物干扰下恢复轨迹的预测；论文发表在《Plant and Soil》。
