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南京农业大学科研团队在 ISME J. (Q1 /10) 发文!揭示假单胞菌门介导跨营养互作抑制植物土传病害

  • 2026-10-21 08:14:35
南京农业大学科研团队在 ISME J. (Q1 /10) 发文!揭示假单胞菌门介导跨营养互作抑制植物土传病害
土传病害是威胁全球作物生产的重要难题，青枯雷尔氏菌引发的青枯病可危害 200 余种植物，防控难度极大。土壤微生物与微型动物的跨营养级互作，是调控根际微生态、抑制病原菌的关键力量，但其作用机制长期未被清晰解析。近期，南京农业大学土壤生态实验室团队联合国内外多家单位，在微生物生态学顶级期刊The ISME Journal发表重要研究成果，系统阐明了假单胞菌门作为关键桥接类群，通过食细菌线虫的选择性取食调控根际微生物组，实现植物青枯病高效抑制的全新机制，为土传病害生物防控提供了颠覆性理论支撑。
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通讯作者及单位
Ting Liu
College of Resources and Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University, No. 1 Weigang, Nanjing, Jiangsu Province 210095, China. 
E-mail: ting.liu@njau.edu.cn
核心内容
结果 1：区域尺度下，跨营养互作强度与青枯病发生负相关。研究对中国江西 100 个茄科作物根际土壤开展调查，发现健康土壤中食细菌线虫与假单胞菌门的关联互作显著强于发病土壤；病原菌入侵会破坏土壤微食物网结构，降低微生物网络连通性，同时减少健康土壤中假单胞菌门、拟杆菌门等有益类群丰度，明确强线虫 - 细菌跨营养互作是土壤健康的重要标志。
结果 2：食细菌线虫通过富集根际假单胞菌门降低青枯病发生。团队构建包含 122 株细菌的人工合成群落，结合盆栽试验证实：接种两种食细菌线虫可使番茄青枯病发病率降低 83.3%，根际青枯雷尔氏菌丰度下降 11.7%；线虫的取食行为特异性富集根际假单胞菌门，且假单胞菌门丰度与病原菌数量呈显著负相关，其中 α- 变形菌纲是核心抑制类群。
结果 3：假单胞菌门是介导跨营养互作的核心桥接类群。检测根际与线虫肠道微生物组成发现，假单胞菌门占线虫肠道菌群的 95% 以上，远高于其在根际的占比；线虫肠道与根际共享的 29 个细菌物种中，α- 变形菌纲占绝对优势，且根际假单胞菌门丰度与肠道 α- 变形菌纲丰度显著正相关，证明假单胞菌门是连接线虫捕食与病原菌抑制的关键枢纽。
结果 4：线虫基于细菌功能性状实现选择性取食。对 29 个共享细菌物种的性状解析表明，线虫偏好取食细胞更小、代谢活性更高、对病原菌具有中等拮抗能力的革兰氏阴性假单胞菌，而非高拮抗或无拮抗细菌；中等拮抗的 α- 变形菌纲是线虫最主要取食对象，这种性状驱动的选择性捕食，是假单胞菌门富集的核心原因。
结果 5：健康土壤微生物拮抗功能通路显著富集。基于区域样本的功能预测显示，健康土壤中与抗生素合成、微生物拮抗相关的通路丰度比发病土壤高 45%，且这些功能主要由假单胞菌门贡献，与控制试验结果形成完美印证。
图解
图 1 假单胞菌门与食细菌动物介导的跨营养互作调控植物青枯病。A：提出概念框架，明确微生物捕食者通过性状驱动的猎物选择，以桥接类群为媒介调控生态功能与植物健康；B：展示江西 50 个健康土壤与 50 个发病土壤的采样分布；C：健康土壤中线虫与假单胞菌门的互作关联显著强于发病土壤；D：健康土壤中假单胞菌门相对丰度显著更高；E：展示试验所用 122 株细菌的系统发育树，覆盖假单胞菌门、厚壁菌门等主要类群。
图 2 食细菌动物捕食富集假单胞菌门并降低植物病害。A：盆栽试验设计，设置仅接种合成菌群 + 病原菌、分别添加两种线虫、同时添加两种线虫共 4 组处理；B：线虫接种显著降低青枯病发病率与根际病原菌密度；C：线虫接种改变根际细菌群落组成；D：线虫接种特异性富集根际假单胞菌门；E：根际假单胞菌门丰度与青枯雷尔氏菌丰度呈显著负相关。
图 3 假单胞菌门是线虫肠道优势类群。A：假单胞菌门在线虫肠道内丰度远高于根际，α- 变形菌纲为主要类群；B：展示根际与线虫肠道共享及特有细菌物种，α- 变形菌纲在两者中均占主导；C：广义线性混合模型证实，假单胞菌门是抑制病原菌的核心预测因子；D：根际假单胞菌门丰度与肠道 α- 变形菌纲丰度呈显著正相关。
图 4 结构方程模型揭示线虫捕食促进假单胞菌门介导的病原菌抑制。A：分段结构方程模型验证通路，线虫丰度正向影响假单胞菌门，假单胞菌门负向调控病原菌，模型拟合度良好；B：概念图明确核心因果链：线虫选择性取食→假单胞菌门富集→病原菌抑制，排除竞争取食通路。
图 5 线虫偏好取食对病原菌具有中等拮抗能力的假单胞菌。A：病原菌胁迫下，线虫对假单胞菌门取食强度显著高于其他类群，α- 变形菌纲为肠道最优势类群；B：按拮抗能力将细菌分为低、中、高三组，中等拮抗组以 α- 变形菌纲为主；C：三组细菌拮抗能力存在显著差异；D：GLMM 模型证实，中等拮抗细菌是线虫取食的核心偏好对象；E：健康土壤中微生物拮抗相关功能通路丰度显著更高，且由假单胞菌门主导。
展望
本研究从区域调查 - 人工合成群落 - 控制试验 - 功能解析全链条，揭示了土壤微型动物与细菌的跨营养级互作调控土传病害的新机制，突破了传统生物防控仅关注微生物间拮抗的局限。研究提出，兼具拮抗功能与营养兼容性的假单胞菌门菌株，是更具田间应用潜力的生防因子，为研发 “微生物 + 微型动物” 协同生防产品、构建健康根际微生态提供了全新思路。未来，基于跨营养级互作的生防策略，有望实现土传病害稳定、长效、绿色防控，助力现代农业可持续发展。
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