模拟氮沉降改变松材线虫（Bursaphelenchus xylophilus）感染的黑松（Pinus thunbergii）的病害进程、根际土壤性质和微生物组

《Plants》：Simulated Nitrogen Deposition Alters Disease Progression, Rhizosphere Soil Properties, and Microbiomes of Pinus thunbergii Infected by Pine Wood Nematode Bursaphelenchus xylophilus

　　

松材线虫病（PWD）由松材线虫（Bursaphelenchus xylophilus）引起，是亚洲和欧洲最具破坏性的森林病害之一。除导致松树快速死亡外，它还能改变土壤养分状况和土壤氮转化过程。同时，氮（N）沉降是森林生态系统重要的外部氮输入，可能在B. xylophilus感染下进一步影响根际氮动态；然而，其对感染松树根际土壤中氮形态和微生物群落特征的影响仍知之甚少。因此，研究人员旨在通过用ddH₂O（CK）和B. xylophilus（BX）接种4年生黑松（Pinus thunbergii）幼苗，研究模拟氮沉降对PWD、根际土壤化学性质及根际微生物群落特征的影响。针对每种接种条件，设置了两个模拟氮沉降水平（N1：50 mg N kg^?1干土；N2：100 mg N kg^?1干土）和一个无氮沉降对照（N0）。总体而言，模拟氮沉降显著延长了B. xylophilus感染松树的病害进程，BXN0、BXN1和BXN2处理的平均死亡时间分别为32、43和46天，且CK和BX组中N1和N2处理的根际NO₃^?–N和NH₄⁺–N含量显著升高。在相同氮沉降条件下，BX处理显著增强了NO₃^?–N积累，但对NH₄⁺–N影响有限。微生物群落分析表明，子囊菌门（Ascomycota）、被孢霉门（Mortierellomycota）和担子菌门（Basidiomycota）是所有实验组中的优势真菌门，而Talaromyces、Apiotrichum和Aspergillus属在CK和BX组之间表现出显著丰度变化。此外，放线菌门（Actinobacteriota）、变形菌门（Proteobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteriota）是所有实验组中的优势细菌门，而Nocardioides和RB41属在CK和BX组之间相对丰度发生变化。这些发现表明，短期氮沉降能够影响PWD进程，并调控根际氮动态和微生物群落结构。

**论文解读文章**

**研究背景与目的**
松材线虫病（PWD）是由松材线虫（Bursaphelenchus xylophilus）引起的毁灭性森林病害，在亚洲和欧洲造成大量松树死亡，并导致森林结构简化、碳汇能力下降及土壤养分循环改变。已有研究表明，PWD感染可改变土壤氮素矿化和硝化过程，进而影响土壤肥力。同时，大气氮沉降作为森林生态系统的重要外源氮输入，能够影响土壤无机氮有效性、pH值及微生物群落结构。然而，在氮沉降背景下，外源氮输入如何影响PWD的发病进程、根际土壤无机氮动态及微生物群落响应，尚不清楚。为此，本研究以4年生黑松（Pinus thunbergii）为材料，通过模拟氮沉降和线虫接种，系统探究短期氮沉降对PWD进程、根际土壤化学性质及微生物群落特征的影响。该论文发表在《Plants》期刊上。

**主要技术方法**
研究人员采用2×3因子设计，设置接种B. xylophilus（BX）和不接种（CK）两个线虫处理，以及三个氮沉降水平（N0: 0 mg N kg^?1干土；N1: 50 mg N kg^?1干土；N2: 100 mg N kg^?1干土），共6个实验组（CKN0、CKN1、CKN2、BXN0、BXN1、BXN2），每组3个生物学重复，总计18盆。供试土壤来自南京林业大学树木园0–20 cm层黄棕壤。氮源为尿素，在线虫接种前24 h一次性施入。线虫接种采用微量离心管法，每株接种4000条。每3天记录病害严重度指数（DSI）。分别在接种后15、30、45天采集根际土壤，测定pH、有机质（SOM）、有效磷（AP）、NH₄⁺–N和NO₃^?–N含量。采用高通量测序（Illumina NovaSeq 6000）对细菌16S rRNA基因V4–V5区和真菌ITS1区进行扩增测序，经QIIME 2流程处理生成ASV，并基于SILVA 138.1和UNITE v9.0数据库进行物种注释，利用Tax4Fun预测细菌功能。

**研究结果**
**2.1 模拟氮沉降对PWD进程的影响**
通过监测DSI动态发现，BXN0处理（无氮沉降）的DSI从21%持续上升，于33 dpi（接种后天数）达到100%；而BXN1和BXN2处理分别于48 dpi和45 dpi达到100%。统计显示，N1和N2处理显著延迟了B. xylophilus感染松树的死亡时间（p < 0.05），平均死亡时间分别为32 d（BXN0）、43 d（BXN1）和46 d（BXN2），且N1与N2之间无显著差异。

**2.2 模拟氮沉降对根际土壤化学性质的影响**
在45 dpi时，无论是否接种线虫，N1和N2处理的根际NO₃^?–N和NH₄⁺–N含量均高于N0。NO₃^?–N积累主要发生在45 dpi：CKN1和CKN2分别是CKN0的2.1和2.4倍（p < 0.05），BXN1和BXN2分别是BXN0的5.6和5.7倍（p < 0.05）。相同氮沉降下，BX处理显著增强了NO₃^?–N积累（p < 0.05），但CKN0与BXN0间无差异。NH₄⁺–N在30 dpi迅速达到峰值，随后在45 dpi下降；CKN1和CKN2的NH₄⁺–N含量分别是CKN0的117.6和142.5倍，BXN1和BXN2分别是BXN0的121.4和130.7倍，但CK与BX间无显著差异。此外，模拟氮沉降提高了土壤pH，而SOM和AP无一致变化。

**2.3 根际土壤微生物α多样性**
共获得13,708个细菌ASV和8563个真菌ASV，所有样本Good’s coverage > 99.0%。BXN0的真菌Shannon和Chao1指数显著低于CKN0（p < 0.05），但在N1或N2条件下CK与BX间无显著差异。细菌α多样性指数在所有处理间无显著差异。

**2.4 根际土壤微生物β多样性**
基于Bray–Curtis距离的成对比较显示，仅在N2条件下CK与BX的真菌群落组成存在显著差异（p < 0.05）；细菌群落组成在N0（p < 0.01）和N1（p < 0.001）条件下存在显著差异，但在N2下无差异。

**2.5 微生物群落组成**
真菌门水平：共鉴定19个门，子囊菌门（Ascomycota）最丰富，其次是被孢霉门（Mortierellomycota）和担子菌门（Basidiomycota）。CKN0的被孢霉门相对丰度显著高于BXN0，CKN1显著高于BXN1（p < 0.05）；担子菌门仅在BXN2中显著富集（p < 0.05）。真菌属水平：共鉴定695个属，Talaromyces、Apiotrichum和Aspergillus在CK与BX间存在显著差异。Aspergillus在N0、N1和N2下CK均高于BX（p < 0.05）；Talaromyces在BXN0和BXN1中显著高于对应CK（p < 0.05）；Apiotrichum在CKN0中显著高于BXN0。Fusarium和Chalara等优势属无显著变化。
细菌门水平：共鉴定37个门，放线菌门（Actinobacteriota）最丰富，其次是变形菌门（Proteobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteriota）。CKN2与BXN2的变形菌门相对丰度显著差异；酸杆菌门在CKN0和CKN1中显著高于BXN0和BXN1（p < 0.05）。细菌属水平：共鉴定545个属，Nocardioides和RB41在CK与BX间存在显著差异。Nocardioides在BXN0中显著高于CKN0，但在N1下CKN1显著高于BXN1（p < 0.05）；RB41在CKN0和CKN1中显著高于BXN0和BXN1（p < 0.05）。

**2.6 微生物群落潜在功能结构**
Tax4Fun预测细菌共390个功能类别，最丰富的是转运蛋白，其次是双组分系统、DNA修复和重组蛋白等。在相同氮沉降下，CK与BX间所有预测功能均无显著差异（p > 0.05）。真菌功能分析中，因少于20%的真菌ASV被分配到任何营养模式，未进行进一步分析以避免误解。

**讨论与结论**
研究人员指出，模拟氮沉降显著延迟了PWD的死亡进程，这与中等氮添加改善宿主营养和光合作用、增强抗病性一致，可能有利于病害监测和综合管理。BX处理下根际NO₃^?–N积累增加，而NH₄⁺–N先升后降，表明PWD感染加速了NH₄⁺向NO₃^?的转化，这与土壤硝化作用原理相符。微生物群落方面，B. xylophilus感染仅在无氮沉降时降低真菌α多样性，而氮沉降和线虫共同作用导致真菌和细菌群落组成发生分类群特异性变化。RB41（酸杆菌门）在健康土壤中富集，可能作为有益指示微生物参与碳氮循环和土壤健康维持；Nocardioides（放线菌门）在BX处理下无氮沉降时丰度较高，其分泌纤维素酶的能力可能促进有机物分解和养分释放；Talaromyces在BX处理中富集，部分种类具有促生或病原潜力，而Aspergillus在CK中丰度较高，二者功能多样。细菌功能预测显示以代谢和膜转运通路为主，未因处理而异。

**结论部分翻译**：总体而言，氮沉降模拟并未改变感染PWD的黑松的最终死亡率，但显著延迟了病害进程，这一效应可能与根际无机氮浓度（尤其是NO₃^?–N）升高及氮形态分布变化密切相关。在微生物层面，BX处理与氮沉降的联合作用导致根际土壤真菌和细菌群落出现分类群特异性转变。这些发现表明，短期氮沉降可通过调控根际氮动态和微生物群落结构影响PWD过程；然而，其长期效应有待进一步研究。