东北林业大学研究人员揭示刺五加连作障碍的根际代谢—微生物调控机制

连作障碍是制约药用植物可持续生产的普遍难题。长期连续种植往往导致作物产量下降、品质劣化，其背后不仅涉及土壤养分消耗，更与根际微生态失衡密切相关。根系分泌物作为植物与微生物沟通的重要“化学语言”，在调控根际微生物群落结构、功能表达以及病原菌定殖过程中发挥关键作用。刺五加（Eleutherococcus senticosus）是一种重要的药用植物资源，广泛应用于中药和功能食品领域，但其对连作高度敏感，重茬后易出现出苗率低、生长受抑和病害加重等问题。尽管已有研究关注连作对土壤微生物的影响，但特定根际代谢物如何介导微生物群落变化，并进一步影响病原入侵与植物生长，仍缺乏系统认识。

近日，东北林业大学唐中华教授、郭晓瑞教授和曹宁副教授团队在Industrial Crops and Products期刊发表了题为Hub metabolites at the root microbiome interface: Ecological targets for alleviating continuous cropping obstacles in Eleutherococcus senticosus的研究论文。该研究通过多组学手段揭示了刺五加连作条件下根际关键代谢物与微生物互作机制，提出了缓解药用植物连作障碍的生态调控新靶点。

研究人员在春、夏、秋三个生育时期，系统采集了连作（CC）和轮作（CR）条件下的18份刺五加根际土壤样品。宏基因组分析表明，连作显著降低了根际微生物多样性、功能基因丰度（KEGG与CAZy数据库）及微生物网络连通性，表明根际系统稳定性明显下降。从连作土壤中成功分离出尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）和立枯丝核菌（Rhizoctonia solani），体外接种实验显示，两种病原真菌均可导致刺五加种子腐烂，证实其在连作障碍中的直接致病作用。通过代谢物—微生物相关性聚类分析，研究识别出两个功能上对立的协同簇：轮作富集模块以有益微生物为主，关键代谢物包括芦丁和齐墩果酸，与植物健康和抗逆性密切相关；连作富集模块则以病原相关类群为主，绿原酸和阿魏酸显著富集，并与多种病原真菌呈正相关关系。代谢物—微生物子网络分析进一步揭示，绿原酸和阿魏酸与多种真菌类群存在紧密关联，表现出典型的“枢纽代谢物”特征，成为连接植物根系代谢与病原扩增的重要节点。接种实验表明，低浓度绿原酸能够抑制两种病原真菌对刺五加的侵染，而高浓度则显著抑制植物生长，体现出根系分泌物在抗病防御与自毒效应之间的“权衡关系”。

基于上述结果，该研究提出了“病原入侵—代谢物积累—抗性与自毒并存”的根际生态调控模型，强调关键代谢物在连作障碍形成中的双重角色。这一发现深化了对植物—微生物互作复杂性的认识，也为通过调控根际代谢环境缓解药用植物连作障碍提供了新的生态学思路。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926669025021405