砧木基因型塑造葡萄藤功能性状及其关联微生物组，叶际群落偏移最显著

《Planta》：Rootstock genotype shapes vine functional traits and associated microbiomes, with predominant shifts in the phyllosphere

　　

砧木有助于葡萄藤（Vitis vinifera）适应生物和非生物胁迫（包括干旱），并影响与养分动态和胁迫抗性相关的关联微生物群落。然而，根际（rhizosphere）与叶际（phyllosphere）微生物组的整合分析仍然有限，尤其是新选育的耐旱砧木（M2和M4）。本研究检验了如下假设：砧木基因型影响藤蔓生理和营养生长，同时塑造根际和叶际中微生物群落组成与功能潜力。研究于2023至2024年以Barbera（Vitis vinifera cv. Barbera）嫁接于6种砧木（1103 Paulsen、140 Ruggeri、SO4、Kober 5BB、M2和M4）上开展。在葡萄开花（flowering）和转色（veraison）期采集叶际和根际样品，并测定叶片气体交换与茎水势（Ψstem）。每季末通过叶面积、节数和修剪量评估营养生长。微生物群落通过16S rRNA基因和ITS扩增子测序分析。两年间尽管天气条件不同，砧木基因型影响藤蔓表现，而微生物群落最强差异始终出现在叶际。值得注意的是，M2和M4维持高于其他砧木的Ψstem，表明更强干旱耐受性。叶际微生物组组成似乎由砧木相关的藤蔓生理和营养生长差异所塑造，可能通过影响微生物组装的局部微环境变化实现。拓展连接植物生理与微生物组生态的整合研究，可阐明砧木介导性状如何影响葡萄关联微生物组及其对微生物风土（microbial terroir）的潜在贡献，最终支撑气候变化下更具韧性和可持续的葡萄栽培。

研究背景方面，葡萄藤（Vitis vinifera L.）常嫁接于其他葡萄属（Vitis）物种来源的砧木上，以抵抗根瘤蚜并增强对非生物胁迫、线虫和贫瘠土壤的耐受性，从而影响接穗长势、产量和果实品质。传统砧木主要来自Vitis riparia、Vitis rupestris和Vitis berlandieri三个美洲种杂交，但可用基因型有限；因此意大利米兰大学农业与环境科学系于2014年将新一代“M系列”砧木（M1、M2、M3、M4）纳入国家葡萄品种登记册，其中M2和M4具有一定耐盐性，M4还具有高干旱耐受性。已有研究多在受控干旱和盐胁迫下评价其生理与农艺表现，但其与Barbera接穗组合尚未研究，田间表现也缺乏记录。与此同时，植物正被越来越多地从“植物—微生物组（microbiome）”整体视角理解：微生物群落可贡献于宿主表现与适应，砧木不仅调节生长和生理，也可能通过改变根际（rhizosphere）、根内层和叶际（phyllosphere）微生物组成与功能潜力影响葡萄。现有砧木微生物组研究多聚焦地下部分，地上叶际研究相对不足。年份、物候阶段和环境因子也会强烈塑造葡萄微生物组，因此需要在可比环境下评估砧木效应。该研究假设：砧木基因型影响藤蔓生理表现和营养生长；这些差异伴随根际与叶际微生物群落组成及功能潜力的改变。论文发表在《Planta》。

关键技术方法方面，研究人员在意大利Colli Piacentini产区Donceto的“I Salici”葡萄园，以2017年定植的Barbera嫁接6种砧木（K5BB、420A、SO4、1103 Paulsen、M2、M4）为样本队列，每处理3个小区、每小区3株，物候期按改良BBCH尺度划分，于开花和转色期采样。生理上测定单叶气体交换与茎水势（Ψ_stem），季末测叶面积、节数、修剪重。微生物分析采用根际土壤与叶表洗脱物，提取DNA后扩增多样性：细菌扩增高变区V3–V4的16S rRNA基因，真菌扩增ITS1–ITS2区，Illumina NovaSeq 6000双端测序；用QIIME2/DADA2降噪，SILVA和UNITE注释分类。功能预测用PICRUSt2推细菌代谢通路（KEGG、MetaCyc），FUNGuild推真菌营养/功能类群。统计上用MicrobiomeAnalyst与R：α多样性用Shannon/Chao1/Simpson，β多样性用Bray–Curtis与PCoA，PERMANOVA检验处理效应，LEfSe找标志物，envfit和Mantel检验微生物结构与生理/生长变量关系。

研究结果部分，季节性气候变量显示，2023年较高温、低湿、转色期平均饱和水汽压亏缺（VPD）1.30 kPa；2024年发芽至开花积温高约15%、降雨近翻倍，转色期VPD 0.92 kPa，构成对比季节。

叶片气体交换、植物水分状况和营养参数显示，开花期Ψ_stem各砧木无差异（约?0.6 MPa）；转色期出现分化。2023年M4和M2的Ψ_stem分别为?1.0和?1.2 MPa，优于SO4、1103P、420A的?1.4 MPa；M2和M4叶面积和节数更高。2024年轻度缺水下，M4光合速率、蒸腾、气孔导度（g_s）最高，M2水分利用效率（WUE_e）更高；M2在叶面积、节数、修剪重上显著高于K5BB。

葡萄关联细菌和真菌群落的根木、区室与物候全局效应显示，区室是群落结构主导驱动：根际细菌和真菌Shannon多样性均高于叶际；2023年区室解释细菌50%、真菌27%变异，2024年达细菌77.7%、真菌68.6%；处理效应在分区分析中显现，尤其叶际细菌。

区室特异性砧木对细菌群落的影响方面，叶际细菌β多样性在两年两物候期均显著受处理影响，根际细菌则无显著处理差异。2023年开花期M2细菌α多样性低于K5BB；转色期M2和M4聚为独立簇，开花期与Axis 1正相关、转色期负相关；M2富集Sphingomonas，M4和M2富集Hymenobacter与Methylobacterium，LEfSe找到K5BB、420A、SO4等各自标志属。2024年M2和M4 Simpson多样性低于1103P和K5BB；转色期1103P富集Hymenobacter，M2关联Massilia、Sphingomonas、Pseudomonas，M4关联Pantoea、Spirosoma。根际中仅见K5BB丰富度低于1103P，以及M2关联Nitrospira、M4后期关联Nitrospira等标志。

砧木基因型差异塑造真菌群落方面，2023年转色期叶际真菌组成显著受砧木影响，K5BB标志为Peniophora；根际开花期组成显著，1103P关联Preussia，M2关联Minimedusa，SO4关联Pseudoarthrographis，转色期420A富Waitea/Alternaria/Sphaerobolus，M2富Mortierella，M4富Solicoccozyma/Curvularia，SO4富Mucor/Polyschema。2024年叶际Simpson多样性K5BB低于M2，转色期1103P关联Aureobasidium、M2关联Articulospora；根际M2多样性低于420A/1103P，1103P关联Cephalotrichum/Pseudoarthrographis，M2关联Knufia。

PICRUSt与FUNGuild功能预测显示，根际细菌预测功能无显著差异；叶际转色期处理聚类明显，2024年有270条显著调控通路，M4与1103P驱动最大功能偏移，1103P富细胞包囊/膜生物合成、核心碳与NAD代谢及芳族/酚类降解相关通路。真菌FUNGuild在2024叶际Pathotroph–Saprotroph–Symbiotroph总体有差异，但校正后两两不显著。

微生物群落结构、生理性状与营养生长多元关联显示，2023转色期叶面积、节数与叶际细菌结构边际相关，根际细菌结构随Ψ_stem梯度变化，根际真菌与蒸腾（E）、g_s相关。2024转色期叶际细菌结构与净同化速率（A）、WUE_e、Ψ_stem、叶面积、节数、修剪重显著相关；Mantel检验呈正向但不显著趋势。

讨论部分总结：年份、区室和物候是微生物变异主因，但在相同环境背景下砧木基因型对叶际细菌有可测量效应，真菌响应较变。干旱年M2/M4维持较好水分状态，湿润年其生理优势更明显；叶际比根际更易受冠层微环境和活力影响。根际更稳、受土壤属性主导，叶际更动态、受生理与微气候驱动。M2/M4叶际细菌均匀度较低，说明其对上述环境有更强选择性。Methylobacterium、Sphingomonas、Aureobasidium、Mortierella等标志属可能参与促生、生物防控或养分循环，但文章强调扩增子不能直证功能。预测功能显示根际功能潜力受砧木影响有限，叶际功能响应更强，可能与分类差异和接穗活力/叶面积有关，但是否影响浆果与酿酒阶段微生物组仍待研究。

结论部分翻译：不同砧木基因型持续与葡萄关联微生物群落的改变相关，尤其在叶际。尽管年份和季节环境解释大部分变异，但在可比土壤、接穗和管理背景下砧木基因型仍有可测量效应。同时，各处理间水分状态、光合表现和冠层发育差异表明，砧木基因型也调节关键植物功能性状，并可能通过改变植物功能和微气候促成微生物组装。特定微生物类群在处理中反复出现，说明砧木基因型可充当选择性过滤器，在地下与地上塑造微生物组合。这些模式凸显砧木相关过程（水分调节、养分获取、冠层结构）对根际之外葡萄微生物组的作用。厘清这些互作的关键难点在于藤本根系结构复杂和空间异质性；未来需结合基因组解析与活性导向方法，以全株视角关联群落偏移与功能结果，深化对砧木微生物招募、生理驱动及其对韧性和可持续葡萄栽培（乃至微生物风土）意义的理解。