NC| 中国农业大学张福锁院士团队揭示土壤抑制香蕉根结线虫病害的微生态机制及其应用潜力

近日，国际顶级学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表重要研究论文《产铁载体芽孢杆菌与自由生活线虫关联驱动香蕉根结线虫土壤抑制性》(Siderophore-producing Bacillus and free-living nematodes are associated with soil suppressiveness to banana root-knot nematodes)。

该研究通过长达11年的田间定位试验，系统揭示了长期连作诱导香蕉根际微生态演变的规律，首次揭示了微生物铁载体在构建土壤抑病功能中的重要作用。这是继团队近期在《自然·植物》（Nature Plants）提出植物铁营养“机理III”理论后，在铁载体生物学功能研究领域的又一重要突破，进一步印证了铁载体在植物-微生物跨界互作中的核心地位。

该论文中国农业大学资源与环境学院、国家农业绿色发展研究院张福锁院士团队顾少华青年研究员、宋春旭副教授、左元梅教授联合广西大学农学院卢巧芳副教授和荷兰瓦赫宁根大学Stefan Geisen助理教授、荷兰皇家生态学研究所Jos M. Raaijmakers院士等国内外顶尖科研团队共同完成。

核心发现：香蕉连作7年后根结线虫病害自然衰退，土壤进入抑病状态

香蕉是全球重要的热带水果，其产业对热区农业经济发展至关重要。然而，由根结线虫（Meloidogyne spp.）引起的土传病害是香蕉连作障碍的主要成因之一，严重时可导致减产50%以上。传统防控依赖化学杀线剂，但其环境风险和生态负效应日益凸显。因此，挖掘和利用土壤自身的“免疫”功能，成为实现农业可持续发展的关键。研究团队对广西南宁一个具有11年种植历史的香蕉连作基地进行了系统监测。结果发现，根结线虫病害呈现出先升后降的抛物线趋势：在连作前5年，发病率高达90%以上；令人惊奇的是，从第7年开始，发病率显著下降至40-50%，土壤进入了“抑病状态”。

机制解析：铁载体介导的跨界对话构建根际防御共同体

为破解土壤如何获得“免疫力”，团队整合了形态学鉴定、高通量测序、微生物分离培养、基因组学、代谢组学及盆栽验证等多学科手段，取得以下关键突破：

线虫群落演替规律：随着连作年限延长，土壤线虫群落结构发生显著变化。有害的植物寄生线虫（特别是根结线虫）相对丰度下降，而有益的自由生活线虫（包括食细菌线虫、捕食性线虫等）比例大幅上升。

关键微生物挖掘：通过共现网络分析和随机森林模型，研究锁定了一个与根结线虫丰度呈显著负相关的核心细菌类群——ASV1467。从连作11年的香蕉根际成功分离到该菌株，经全基因组测序鉴定为贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）Y11.1。

功能验证：温室盆栽试验证实，接种Y11.1菌株可显著减少香蕉根系根结数和卵块数（分别减少46.2%和69.6%），并促进植株生长。

铁载体的关键作用：深入研究发现，Y11.1菌株分泌的铁载体——bacillibactin是构建土壤抑病功能的核心分子。趋化性试验显示，bacillibactin对根结线虫二龄幼虫具有驱避和杀灭作用，但对模式自由生活线虫秀丽隐杆线虫却表现出吸引作用且无致死效应。这一发现首次揭示了微生物铁载体能够作为“智能物质”，精准区分“敌友”——驱杀病原线虫的同时，吸引有益线虫富集，从而重塑整个根际生物网络。

应用前景：铁载体——绿色农业的“多功能钥匙”

该成果不仅揭示了连作系统下土壤“由病转健”的生态演变规律与机制，更指明了铁载体及其产生菌在绿色农业中的巨大应用潜力。团队下一步计划将Y11.1菌株及其铁载体开发为新型微生物杀线剂，并探索通过农业措施定向培育高产抑病型铁载体的微生物群落，为减少化学农药依赖、保障农产品质量安全提供创新策略。这一研究也再次证明，一个小小的铁载体分子，可能是打开植物营养与健康“双重密码”的关键钥匙。

该工作的第一作者为广西大学卢巧芳副教授（原中国农业大学博士和博士后）、中国农业大学博士后王坤光和中国农业大学顾少华研究员，通讯作者为中国农业大学顾少华研究员、宋春旭副教授和左元梅教授。中国农业大学张福锁院士、荷兰瓦赫宁根大学Stefan Geisen助理教授和荷兰皇家生态学研究所Jos M. Raaijmakers院士参与指导了该项研究。相关工作得到了中国国家自然科学基金项目、教育部先导项目和科技部重点研发等项目的资助。