【LorMe成果】根系分泌物类型决定根际微生物菌群结构和抑病功能
作者：王震，南京农业大学硕士在读，研究资源调控根际微生物互作。
为了研究根系分泌物对土壤细菌群落影响，作者以化学纯品模拟根系分泌物组成（有机酸、糖类、氨基酸、酚酸），连续六周在种植番茄的盆栽中添加不同类型的资源。结果表明，大多数资源对总细菌丰度和群落多样性有较大的影响。与对照相比，添加16种资源组合、有机酸处理和氨基酸处理增加了土壤细菌丰度，但降低了土壤细菌群落的多样性(图1A和B)。糖类和酚酸对土壤细菌群落的丰度和多样性无明显影响。48种资源中有36种增加了土壤总细菌丰度，包括所有有机酸和氨基酸。5种糖和5种酚酸降低了土壤总细菌丰度；48种资源中的6种增加了土壤细菌群落多样性，而其他资源降低了土壤细菌群落多样性。PCoA分析表明，与对照相比，氨基酸和16种复合资源对土壤细菌群落的影响相似且相对最强，有机酸次之。相比之下，酚酸和糖类对土壤细菌群落组成的影响较小（图1C）。
图1 A:单一类型资源和16种资源组合对土壤细菌丰度影响；单一类型资源和16种资源组合对细菌群落多样性影响；C:单一类型资源和16种资源组合对细菌群落组成的影响
总体而言，48种资源及组合主要影响变形杆菌、拟杆菌和放线菌的相对丰度(图2)，每类型资源与特定的细菌物种具有正相关或负相关。如16种资源组合与变形菌门、厚壁菌门相关性最高(83.3%)，酚酸与放线菌门相关性最高(48%)，氨基酸、有机酸与拟杆菌门(55.6%)的比例较高。
接着，作者探究了根系分泌物对根际青枯菌数量、发病率的影响。与对照相比，不同处理对病原菌数量影响不同，主要是由特定资源而非资源种类驱动的(图3A)。具体而言，4种糖类、2种氨基酸和1种酚酸明显降低了病原菌数量，其余37种资源增加了青枯菌数量。发病率与土壤细菌多样性有很强的负相关性，表明添加的资源只是对土壤细菌起到刺激或抑制作用，而非特异性地影响病原菌入侵。此外，与其他处理相比，氨基酸和16种资源组合青枯病的发病率显著增加(图3B)。5种糖、4种有机酸和3种酚酸在内的12种根系分泌物显著降低了青枯病的发病率。
图3 A：单一类型资源、16种资源的混合物对病原菌丰度的影响；B：单一类型资源、16种资源的混合物对青枯病发病率的影响；C:细菌总量与青枯病发病率相关性
由于氨基酸是唯一的含氮资源且对微生物群落和番茄发病影响最大，所以作者分析了氮投入量对土壤细菌群落多样性和功能的影响。作者发现氮投入量与土壤细菌总丰度呈正相关(图4A)，与土壤细菌群落多样性呈负相关(图4B)。氮投入量与青枯菌数量不存在显著相关性(图4C)，但与发病率呈正相关(图4D)。
图4 A:氮含量与细菌总丰度的相关性；B:氮含量与细菌群落多样性相关性; C:氮含量与病原菌丰度相关性；D:氮含量与青枯病发病率的影响
根据资源类别和氮投入量，作者构建了两个结构方程模型（图5）。作者发现有机酸和氨基酸处理虽提高了土壤细菌丰度，但降低了细菌群落多样性，氨基酸与发病率呈正相关(图5A)。此外，氮含量与土壤细菌群落多样性呈负相关，与土壤细菌丰度呈正相关，土壤中的高含量氮与青枯病发病率存在正相关关系(图5B)，表明氮投入量越大，青枯病发病率越高。
图5 资源类型（A）、氮含量（B）与细菌群落、病害抑制相关性结构方程模型
论文信息
原名：Chemical structure predicts the effect of plant-derivedlow-molecular weight compounds on soil microbiome structure and pathogen suppression
译名：根系分泌物类型决定根际微生物菌群结构和抑病功能
期刊：Functional Ecology
IF2019：4.434
发表时间：2020.6
通讯作者：韦中
通讯作者单位：南京农业大学资源与环境科学学院