Background 连作障碍(CCO)对全球大豆可持续性构成持续威胁,但在长期单一作物种植下反而会减弱。为探讨这一问题,我们研究了1年内短期连续作物(STCC,7–13年)和长期连续作物(LTCC,19–25年)系统中的土壤-植物-微生物组动态。
Results 结果显示,长期覆盖栽培(LTCC)使化感自毒物质的积累减少49.06%(P < 0.05),并富集了有益的根际代谢物(如抗生素类、单萜类及苷类化合物),驱动微生物群落向具有病原抑制和养分循环功能的类群演替。LTCC培育的微生物组中,与抗逆性和养分吸收相关的基因得到强化。相比之下,短期覆盖栽培(STCC)加剧了连作障碍(CCO)胁迫,微生物失调在13年时达到峰值(辛普森指数下降15.4%)。值得注意的是,持续25年的LTCC恢复了生态系统稳定性与酶活性,重构了具有病原抑制和养分循环功能的微生物群落结构。通过重新引入包括假单胞菌属(Pseudomonas)、伯克霍尔德菌属(Burkholderia)和肠杆菌属(Enterobacter)在内的耗竭菌种,我们构建了一个合成菌群SC7。该合成菌群提升了土壤酶活性和根瘤数量,增强了植物抵御胁迫的能力,使产量增加4.83%,模拟了长期覆盖栽培系统的优势效应。
Conclusions 本研究展示了大豆单一种植的自我修复能力。它弥合了机制性见解(特别是微生物组-代谢物反馈)与可操作解决方案(如SC7接种)之间的鸿沟。因此,它推动了全球大豆生产的可持续集约化策略。