《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Tobacco–maize relay intercropping enhances plant health by organic acid-driven reshaping of the phyllosphere microenvironment
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•烟草接茬间作在维持玉米产量的同时减少了病害发生。•烟草接茬间作构建了一个具有抑病功能的叶际微生物群落。•烟草诱导的叶片有机酸减少了病原菌并富集了有益细菌。引言多样化 cropping 系统被越来越多的研究认为是提高农业生态系统可持续性和韧性的有效途径（Waha 等，2020
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烟草接茬间作在维持玉米产量的同时减少了病害发生。
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烟草接茬间作构建了一个具有抑病功能的叶际微生物群落。
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烟草诱导的叶片有机酸减少了病原菌并富集了有益细菌。
引言
多样化 cropping 系统被越来越多的研究认为是提高农业生态系统可持续性和韧性的有效途径（Waha 等，2020）。间作复种，即在同一块土地上一年内种植两种或两种以上作物，约占全球耕地的12%（Gaba 等，2015；Waha 等，2020）。通过提高土地利用的时间强度，该种植模式可以增强土地利用效率、改善养分循环并维持土壤健康（Waha 等，2020）。在中国，种植系统根据区域气候条件和作物特性进行了多样化发展（Yan 等，2014），包括华北地区的冬小麦—夏玉米两年两熟制、长江流域的水稻—油菜轮作，以及西南省份的玉米—马铃薯或玉米—豆科间作系统（Mo 等，2012；Song 等，2020；Wang 等，2024）。
种间相互作用促进了多样化种植系统的生态效益（Gaba 等，2015）。通过互补性资源利用、化感作用和微生物群落重组，这些相互作用可以提高系统总体生产力（Fang 等，2016；Rodriguez 等，2020）。接茬间作尤其具有重要意义，因为它增加了作物之间的时间重叠，为光、养分等资源的互补利用创造了机会（Homulle 等，2022；Wang 等，2017；Yang 等，2017）。这种共存还可能改变地下微生物群落和养分循环，进而影响作物的生长和健康（Fu 等，2019；Yang 等，2025a）。然而，接茬间作系统中组分作物之间的相互作用如何影响作物健康，目前仍知之甚少。
中国云南省地处西南，具有高原季风气候，热量资源丰富、无霜期较长，适宜集约化和多样化种植（Dal Martello，2022）。该区域普遍实行水稻—旱地作物轮作、蔬菜轮作以及烟草—油菜轮作（Dawe 等，2004；Fang 等，2016；Zhang 等，2015）。然而，在部分两熟制地区，9月至11月之间仍存在约60–75天的空闲期，尤其是在广泛实行的烟草—越冬作物轮作中（Liu 等，2024；Zhou 等，2024）。为利用这段空闲期，在烟草收获后期进行玉米接茬间作，玉米与烟草共存约一个月。玉米随后在越冬作物定植前收获，提高了系统年生产力。在共存期间，玉米经历地上部遮阴和地下根系介导的与烟草的相互作用。烟草收获后，残留根系及其他植物来源的输入物可能持续改变土壤环境，产生作物遗留效应，影响后续玉米生长（Nannipieri 等，2023；Yuan 等，2018）。
在多样化种植系统中，遗留效应可以改变土壤微生物群落、增强养分获取并抑制土传病原菌（Jiang 等，2024；Nannipieri 等，2023；Wang 等，2021a；Zhou 等，2023）。目前关于这些效应的研究主要集中于地下相互作用，而其通过叶际微生物群落构建和叶部病害抑制产生影响的可能性仍知之甚少。叶际栖息着多样化的微生物群落，这些微生物群落参与病原排除、宿主防御和植物健康维持。越来越多的证据表明，这些微生物群落的构建受叶片代谢物的强烈影响，叶片代谢物作为化学信号，能够招募有益微生物并抑制病原菌（Jiang 等，2025；Sch?fer 等，2023；Yang 等，2025b）。然而，接茬间作是否通过改变叶片代谢物和叶际微生物群落来影响玉米叶部病害，目前尚不清楚。
为填补这一知识空白，我们研究了西南地区烟草—玉米接茬间作系统。我们假设，与烟草的接茬间作会改变玉米叶片代谢物和叶际微生物群落，且这些改变与叶部病害抑制相关。具体而言，本研究旨在：（i）评估烟草接茬间作对玉米生长和叶部病害严重程度的影响；以及（ii）确定叶片代谢物和叶际微生物群落的变化是否与病害抑制相关。本研究揭示了介导病害抑制的叶片化学—微生物相互作用，为多样化种植系统中的病害管理提供了生态策略。
章节摘要
试验设计
田间试验在中国云南省巍山县开展（东经100.27°，北纬25.26°；海拔1713.3 m）。试验选用烟草（Nicotiana tabacum L.）品种"红花大锦园"和玉米（Zea mays L.）品种"万糯2000"。试验采用随机完全区组设计（RCBD），设置两种种植模式：烟草—玉米接茬间作（R-inter），即在烟草收获期间，待下部两片烟叶摘除后播种玉米。
烟草—玉米接茬间作对玉米生长和叶部病害的影响
连续两年的病害调查一致表明，烟草—玉米接茬间作（R-inter）相比玉米单作（Mono）显著降低了玉米白叶斑病严重程度10.19–19.17%和北方叶枯病严重程度13.52–14.58%（图2a）。两种种植模式的理论鲜穗产量无显著差异（图2a）。接茬间作条件下玉米植株的总氮（TN）、总磷（TP）浓度更高。
讨论
多样化种植系统通过改变植物—植物和植物—微生物相互作用，促进支持作物健康和生产力的生态过程，从而增强农业生态系统的稳定性。在这项为期两年的研究中，烟草—玉米接茬间作降低了北方叶枯病的严重程度并抑制了白叶斑病——一种日益普遍且危害严重的玉米病害。两年间病害减轻效果的一致性表明，接茬间作具有稳定的抑病效应。
结论
本研究表明，在烟草—越冬作物轮作中接茬间作玉米，可以在提高系统生产力的同时降低北方叶枯病和白叶斑病的严重程度。虽然烟草遮阴暂时限制了玉米早期生长，但烟草收获后的补偿性生长使玉米能够维持最终生物量和产量。烟草诱导的有机酸相关代谢物增强了玉米叶片对白叶斑病的抗性，而甲基
CRediT作者贡献声明
杨裕鑫：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，验证，调查研究，形式化分析，数据整理。张赫：撰写——审阅与编辑，数据整理。李俊英：指导，资源提供。夏永聪：验证，调查研究。李文武：验证，调查研究。郭存武：方法学。李应斌：方法学。杨敏：方法学。梅新跃：方法学。黄辉川：方法学。杜飞：方法学。邓伟平：方法学。叶琛：方法学。朱树生
附录A. 补充数据
支持本研究结论的数据集包含在本文及补充信息文件中。
关于在稿件撰写过程中使用生成式人工智能和人工智能辅助技术的声明
在本工作撰写过程中，作者使用了ChatGPT（OpenAI）作为人工智能辅助工具，以提高语言的清晰度和可读性。所有人工智能辅助的修改均由作者进行了严格审阅和编辑。作者对本稿的内容和科学完整性承担全部责任。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：刘一翔拥有专利"2,2-二甲基琥珀酸在玉米病害防治中的应用"（待批准）申请至刘一翔名下。若有其他作者，他们声明没有已知的利益冲突财务利益或个人关系可能对本研究中报告的工作产生影响。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2023YFE0107500）、中国烟草总公司科技项目（110202201025（LS-09））、中国烟草总公司云南分公司科技项目（2023530000241015）、会泽县乡村振兴科技创新县建设计划（202304BT090032）、云南省高层次人才培训项目青年及优秀人才项目（YNWR-QNBJ-2020–285）以及的资助。
杨裕鑫|张赫|李俊英|夏永聪|李文武|郭存武|李应斌|杨敏|梅新跃|黄辉川|杜飞|邓伟平|叶琛|朱树生|朱优勇|刘一翔
