《Environmental Technology & Innovation》：The recipe for suppressiveness: modulating compost feedstock configuration shapes microbial signatures linked to tomato Fusarium wilt biocontrol
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堆肥的益生元特性促进有益微生物群落的发展，这些微生物群落积极有助于抑制土传病害。宏基因组学能够识别关键分类单元，并分析植物-微生物群-堆肥相互作用中的种群动态。本研究调查了五种不同植物和动物基质组合的堆肥中微生物组的组成和结构，以及它们在抑制番茄枯萎病（tom
堆肥的益生元特性促进有益微生物群落的发展，这些微生物群落积极有助于抑制土传病害。宏基因组学能够识别关键分类单元，并分析植物-微生物群-堆肥相互作用中的种群动态。本研究调查了五种不同植物和动物基质组合的堆肥中微生物组的组成和结构，以及它们在抑制番茄枯萎病（tomato tracheofusariosis）中的作用。研究人员通过16S rRNA（V3–V4区域）和ITS（ITS1–5.8S–ITS2区域）序列的生物信息学分析，分别表征了堆肥中和在抑制条件下人工感染番茄植株根际的细菌和真菌群落。扩增子测序分析评估了分类学特征，以及在不同生态位、基质类型和抑制水平上的差异丰度。微生物群落根据堆肥基质显示出明显的聚类，对抑制能力有显著影响。来自多植物残体（polyphytic residues）且家畜基质比例高的堆肥表现出复杂的群落，其中多种细菌和真菌类群共同促进病害抑制。相反，仅基于寡植物基质（oligophytic substrates）的堆肥表现出更特异的抑制模式，涉及较少受番茄残渣和橄榄油副产品中木质纤维素和芳香化合物影响的类群。对在抑制性堆肥中生长的植株根际分析显示，α-多样性降低，与总体样本的Bray-Curtis不相似性增加，表明植物介导的选择性招募有益微生物群。这些发现强调了堆肥组成和植物驱动选择在塑造与病害抑制相关的微生物群落中的共同作用。
**研究背景与问题**
堆肥作为农业废弃物资源化产物，通过携带的微生物群落在抑制土传病害中发挥关键作用。番茄枯萎病（由尖孢镰刀菌番茄专化型*Fusarium oxysporum* f. sp. *lycopersici*，简称FOL引起）是全球性重要病害，传统抗性品种并非普遍有效，亟需替代防控策略。堆肥的抑制效果依赖于微生物与化学特性的协同作用，但不同原料配置如何塑造微生物群落结构及其与抑制性的关系仍不明确。本研究旨在揭示堆肥原料配置对微生物群落的影响，并阐明植物根际选择在抑制机制中的作用，为优化堆肥设计提供依据。
**主要技术方法**
研究人员采用五种不同原料组合的堆肥（C1–C5），包括植物残体（如番茄、辣椒、橄榄加工废弃物）和动物基质（兔粪、鸡粪），在标准化条件下堆制。通过番茄盆栽感染试验（人工接种FOL孢子悬浮液），依据病害严重度（0-5级）将堆肥分为抑制性（C1、C2、C4）和导病性（C3、C5）。利用16S rRNA（V3–V4）和ITS（ITS1–5.8S–ITS2）扩增子测序，分析堆肥及根际样本的细菌和真菌群落，结合α/β多样性分析、差异丰度线性模型、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和稀疏偏最小二乘回归（sPLS），识别与病害严重度相关的微生物类群及其与原料配置的关联。
**研究结果**
**3.1 病害严重度评估与堆肥分类**
通过累积链接混合模型分析，C1、C2、C4处理组病害严重度显著低于C3、C5及对照组，被归类为抑制性堆肥，而C3、C5为导病性堆肥。表明堆肥原料配置直接影响病害抑制效果。
**3.2 堆肥微生物组成与结构**
细菌和真菌群落均依堆肥基质呈现显著聚类。真菌群落的聚类强度（PERMANOVA伪F=190.47）远高于细菌（伪F=2.52），表明真菌群落更受原料类型主导。C5细菌群落最独特，C3真菌群落多样性最低。
**3.3 与病害结果相关的差异丰度属**
联合线性模型与Kruskal-Wallis检验，识别出81个细菌属和40个真菌属与病害严重度显著相关。抑制性堆肥（C1、C2、C4）富集负相关细菌属（如*Luteimonas*、Rhodothermaceae未分类属）和真菌属（如*Zopfiella*、*Mortierella*）；导病性堆肥（C5）富集正相关细菌（如WD2101土壤群、*Truepera*）和真菌（如*Cladosporium*、*Melanocarpus*）。细菌抑制性特征更广泛，真菌则呈现更极化的模式。
**3.4 原料配置与抑制性/导病性微生物类群的关联**
sPLS回归显示，细菌正相关属主要与辣椒残体/橄榄加工废弃物（OMW）配置（C5）相关；负相关属分布于C1/C2的动物粪便/阔叶修剪配置及C4的番茄残体/OMW配置。真菌正相关属集中于C5（作物残体/OMW）和C3（麦秆/干橄榄叶），负相关属主要与C1/C2的粪便/阔叶修剪配置相关，表明原料组合特异性塑造微生物群落。
**3.5 抑制性堆肥中群落从堆肥到根际的转变**
对C2和C4的根际分析显示，细菌α-多样性显著降低，真菌α-多样性在C4根际升高。β-多样性分析表明，细菌群落重塑程度受基质类型影响（C2显著变化，C4无显著差异），真菌群落则呈现强烈根际特异性响应，且导病性相关真菌保留在堆肥中，而抑制性相关真菌（如*Zopfiella*、*Arthrobotrys*）在根际富集。
**讨论与结论**
讨论指出，抑制性堆肥（C1、C2、C4）的抑制机制可能包含两种互补模式：C1代表由多种细菌类群驱动的广义抑制（general suppressiveness），符合有机管理土壤的随机群落组装理论；C4则代表由特定真菌类群（如粪壳菌纲Sordariomycetes）驱动的狭义抑制（specific suppressiveness）。原料配置中动物粪便提供易利用碳源支持多样性，而番茄残体/OMW提供木质纤维素和芳香化合物，选择并维持了少数拮抗性真菌类群。根际分析表明，植物根际选择性招募抑制性细菌，而导病性细菌保留在堆肥中，支持“植物求救假说”。研究结论：堆肥抑制性与导病性与由原料配置和植物根际选择共同塑造的微生物特征相关；C4中番茄残体/OMW配置富集候选抑制性类群，而C5中辣椒残体/OMW配置与导病性相关；推测细菌和真菌群落分别反映广义和狭义抑制机制，其协同作用增强植物保护。该研究为设计定向增强植物健康的堆肥提供了微生物学框架。
