东北农业大学| Microbiome: 长期连续作物种植重塑大豆根际微生物群和代谢组,以缓解化感胁迫并增强病害抑制能力

图1. 实验工作流程概述。a不同连续作物年（CC）土壤的生长策略。b 本研究采用的采样和分析策略。c 基于体内和体外相互作用筛选候选合成微生物群落（SynComs），随后在温室和田间实验中的应用

图2 种植于不同连续作物（CC）年份的根际土壤盆栽大豆植株生长情况。a 大豆生长特征。b 7天大豆出苗率和植株高度。c， d 14天大豆的生理指标

图3.通过对不同作物年间根际和根内的多组学分析揭示了大豆CC障碍背后的代谢机制。a， b Volcano图鉴定了根际土壤中随着作物年增加而持续积累或减少的代谢物;b根内。c， d KEGG对根际土壤和D根内中差异代谢物的途径富集分析，突出CC影响最深的途径。e-共表达网络分析显示代谢物的功能模块

图4. 分析大豆根际土壤及根内中有益代谢物、微生物相互作用及病原体抑制。CC25根际土壤（a）和根内（b）中有益代谢物的热图，与其他连续作物生长时间相比，其丰度差异显著。c3-甲基硫丙醇对主要大豆根腐病病原体生长的抑制作用

图5.同连续作物年（CC）下大豆根际土壤及根内微生物群落的丰度与多样性。a界水平分类分析。b α多样性分析。c 属水平分类分析。T，根际土壤;G，根内。d 冗余分析（RDA），展示土壤环境因素与微生物群落结构之间的关系

图6. 在根际与根部内（b）中有益基因及代谢途径的比较。在根际土壤（a）和根内（b）中有益功能基因（如固氮、磷溶解）的相对丰度热图。采用单向方差分析（单向方差分析）检验根际土壤（c）与根内（d）微生物群落间映射到KEGG途径基因丰度的显著差异

图7. 连接根际微生物群、有益代谢产物和大豆连续作物系统中的枯竭微生物品系。a Mantel测试分析揭示了根际微生物群落、关键有益代谢产物与土壤物理化学性质之间的相关性。b 根际土壤中识别出有益代谢物与枯竭微生物品系之间的关系网络。c 根内有益代谢物与枯竭微生物品系之间的关系网络

图8. 促进生长菌株的筛选与特性分析。a基于网络分析的前50个属的维恩图。b 可培养细菌丰度的显著差异。c 评估十个菌株对大豆的生长促进效应（P < 0.05）。FW，新鲜重量。d 菌株的促进生长特性。e 促进生长菌的成对相互作用。圆圈大小表示OD（DD+上清液）与OD（DD）的比例，圆圈越大表示上清液对其他细菌的生长促进作用更强。同色的尖端标签属于同一分支。f 核心细菌的鉴定。g 十个菌株单次接种后大豆根部的定殖

图9. 构造微生物肥料和根际土壤提取物对大豆生长和根腐病控制的影响。a 构造微生物肥料对大豆生长的影响（P < 0.05，单因子方差分析）。b 田间种植大豆根瘤性状。c 不同连续作物年（CC）中合成群落（SC）和根际土壤提取物对大豆根腐（SRR）的控制效果。CK，无微生物接种控制;CKP，仅病原体接种;FM，杀菌剂处理

表1 SC7处理对大豆田产量的影响

图10. 微生物组介导的生态系统从短期到长期连续作物的恢复

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