植物根际微生物群落结构与土传病害抑制的关联性研究

摘要：本文旨在探讨植物根际微生物群落结构与土传病害抑制之间的关联性。通过对根际微生物群落的组成、多样性以及其与土传病害发生发展过程的相互作用机制进行综述，分析不同类型根际微生物在抑制土传病害方面的功能，如拮抗作用、诱导抗性等。同时，结合当前研究进展，提出利用根际微生物调控土传病害的策略，为农业可持续发展中土传病害的生物防治提供理论依据和实践指导。

关键词：植物根际微生物；群落结构；土传病害；关联性；生物防治

引言：

土传病害是由土壤中病原微生物侵染植物根部或茎基部所引起的一类病害，严重影响农作物的产量和品质。传统的化学防治方法虽然在一定程度上能够控制土传病害，但长期使用会导致环境污染、病原菌抗药性增强以及土壤生态系统失衡等问题。植物根际作为植物与土壤相互作用的特殊微环境，其中栖息着丰富的微生物群落，这些微生物在植物生长、健康以及土壤生态功能维持中发挥着重要作用。近年来，越来越多的研究表明，植物根际微生物群落结构与土传病害的发生发展密切相关，通过调控根际微生物群落结构来抑制土传病害成为一种具有潜力的绿色防控策略。

一、植物根际微生物群落结构概述

（一）根际微生物的组成

植物根际微生物主要包括细菌、真菌、放线菌、原生动物和病毒等。其中，细菌在根际微生物群落中占据主导地位，数量众多且种类丰富，常见的有假单胞菌属（Pseudomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）、农杆菌属（Agrobacterium）等。真菌也是根际微生物的重要组成部分，包括丛枝菌根真菌（AMF）、腐生真菌和病原真菌等。放线菌能够产生多种抗生素，在抑制病原菌方面具有重要作用。

（二）根际微生物多样性的影响因素

植物根际微生物多样性受到多种因素的影响，包括植物种类、生长阶段、土壤类型、气候条件以及农业管理措施等。不同植物种类具有独特的根系分泌物，这些分泌物能够选择性地吸引或抑制某些微生物的生长，从而影响根际微生物群落结构。例如，豆科植物根系的固氮作用会改变根际的碳氮比，进而影响微生物的种类和数量。此外，土壤的酸碱度、养分含量、质地等物理化学性质也会对根际微生物多样性产生显著影响。

二、植物根际微生物群落结构与土传病害抑制的关联机制

（一）拮抗作用

根际微生物宛如“天然抗生素工厂”，能合成多种抗菌利器。假单胞菌属的部分菌株是抗生素合成高手，可产生吩嗪类和藤黄绿脓菌素等。吩嗪类抗生素能破坏病原菌细胞膜结构，让细胞内关键物质外泄，打乱其正常代谢节奏；藤黄绿脓菌素则专攻病原菌细胞内的酶系统，抑制核酸与蛋白质合成，阻断病原菌的分裂繁殖链，对多种土传病原真菌和细菌均有显著抑制效果。芽孢杆菌属也不甘示弱，其产生的脂肽类抗生素——伊枯草菌素和表面活性素，具备广谱抗菌活性。伊枯草菌素能与病原菌细胞膜上的特定成分结合，改变膜的通透性，导致细胞内离子失衡、代谢紊乱；表面活性素可降低病原菌细胞表面张力，使细胞膜结构瓦解，让病原菌无法正常存活与增殖。除抗生素外，细菌素也是根际微生物的“秘密武器”。它是一类具有抗菌活性的多肽或蛋白质，能特异性结合病原菌细胞表面受体，干扰细胞壁合成或破坏细胞膜完整性，让病原菌“不攻自破”。同时，水解酶如几丁质酶、β - 1，3 - 葡聚糖酶等，能精准分解病原菌细胞壁的主要成分，使其失去保护屏障，在根际微生物群落和植物防御机制的双重夹击下走向灭亡。根际环境中养分有限，植物根系分泌物和土壤有机质是微生物生长的“能量源”。根际有益微生物对营养物质的吸收利用效率极高，它们会优先抢占糖类、氨基酸、维生素等关键养分。例如，固氮菌能快速固定空气中的氮气，不仅为自身和植物提供氮源，还大量消耗土壤中的其他营养物质，让病原菌面临“营养荒”，生长繁殖受到极大限制。根际不同微域是微生物的“生态位”，如根表、根际土壤等。有益微生物能迅速占据这些关键生态位，在根表形成生物膜，如同给根系披上一层“防护衣”，阻止病原菌附着侵染。同时，它们与植物根系相互作用，改变根际的pH值、氧化还原电位等环境条件，让病原菌难以适应，失去适宜的生存空间，无法在根际大量定殖和扩散。根际微生物群落处于动态平衡中，拮抗作用在其中发挥“调节器”作用。当病原菌数量增多时，有益微生物凭借抗菌物质和资源竞争优势，迅速抑制其生长，改变群落组成和相对丰度，使有益微生物比例上升，增强整体抑菌能力。

（二）诱导植物抗性

当根际有益微生物与植物根系接触，或是其分泌的代谢物质（如挥发性有机物、多糖、蛋白等）被植物感知，就如同按下植物防御的“启动键”。这些微生物或其分泌物作为“信号分子”，与植物细胞表面的模式识别受体（PRRs）特异性结合，激活植物体内的信号传导网络。水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）和乙烯（ET）等植物激素信号通路被迅速激活，它们如同“信号使者”，在植物体内快速传递防御指令，协调不同组织器官的防御反应，为后续抗病基因的表达和抗病物质的合成奠定基础。信号通路的激活如同吹响了植物抗病的“集结号”，诱导一系列抗病相关基因的表达。病程相关蛋白（PR蛋白）基因家族被大量激活，不同PR蛋白各司其职。PR-1蛋白具有抗菌活性，可直接抑制病原菌的生长；PR-2蛋白是β-1，3-葡聚糖酶，能分解病原菌细胞壁中的葡聚糖成分，破坏细胞壁结构；PR-5蛋白类似几丁质酶，可降解病原菌细胞壁的几丁质，使病原菌细胞失去保护屏障。同时，植保素合成相关基因也被上调表达，植物合成并积累植保素，如绿原酸、莨菪亭等，这些小分子化合物具有广谱抗菌活性，能干扰病原菌的代谢过程，抑制其生长繁殖。此外，参与细胞壁加固、活性氧清除等防御过程的基因也被诱导表达，全方位提升植物的抗病能力。部分根际微生物诱导植物产生细胞壁修饰反应，其中胼胝质沉积是典型表现。以丛枝菌根真菌为例，它与植物根系共生时，会刺激植物细胞在细胞壁与细胞膜之间积累胼胝质。胼胝质是一种β-1，3-葡聚糖聚合物，它在细胞壁薄弱处形成致密的沉积层，如同给植物细胞穿上了一层“铠甲”，有效阻止病原菌的侵染和扩展。这种物理屏障不仅能限制病原菌的机械穿透，还能阻碍病原菌分泌的酶和毒素进入植物细胞，为植物争取宝贵的防御时间。在诱导抗性过程中，植物体内会产生活性氧（ROS）爆发。ROS包括超氧阴离子、过氧化氢等，它们具有双重作用。一方面，适量的ROS可直接杀伤病原菌，破坏其细胞膜和蛋白质结构；另一方面，ROS作为信号分子，进一步放大植物的防御信号，诱导更多抗病基因的表达。同时，植物体内的抗氧化酶系统会被激活，如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）等，它们能精准调控ROS的水平，避免ROS过量积累对植物自身造成伤害，实现ROS在防御反应中的精准调控。根际微生物诱导植物抗性是一个动态的、多因素协同调控的过程。不同的根际微生物可能通过不同的信号通路诱导植物产生相似的抗病反应，也可能激活多条信号通路，产生协同增效的抗病效果。

（三）改善土壤生态环境

健康的根际微生物群落能够改善土壤的物理化学性质和生物学活性，为植物生长创造良好的土壤环境。有益微生物可以促进土壤养分的转化和循环，提高土壤肥力，增强植物的抗逆性。同时，它们还能够降解土壤中的有害物质，减少病原菌的滋生和传播。例如，一些固氮菌和溶磷菌能够增加土壤中的氮、磷等养分含量，促进植物生长，提高植物对土传病害的耐受性。

三、不同类型根际微生物在土传病害抑制中的功能

（一）细菌

假单胞菌属细菌在土传病害生物防治中具有重要作用。它们不仅能够产生多种抗菌物质，还具有良好的根际定殖能力，能够在植物根部形成生物膜，持续发挥抑菌作用。芽孢杆菌属细菌由于其芽孢的抗逆性强，易于保存和制剂化，在农业生产中得到了广泛应用。此外，一些根瘤菌除了能够与豆科植物共生固氮外，还具有一定的抑菌活性，对维持根际微生物群落平衡和抑制土传病害具有积极意义。

（二）真菌

丛枝菌根真菌与大多数陆生植物形成共生关系，它能够扩大植物根系的吸收面积，提高植物对水分和养分的吸收效率，增强植物的抗病能力。同时，丛枝菌根真菌还可以通过改变根际微生物群落结构，抑制病原菌的生长。一些腐生真菌如木霉菌（Trichoderma spp.）是重要的生防真菌，它们能够产生多种水解酶，分解病原菌的细胞壁，同时还能够诱导植物产生抗性，对多种土传病原真菌具有显著的防治效果。

（三）放线菌

放线菌是抗生素的主要产生者之一，在土传病害防治中发挥着独特作用。链霉菌属（Streptomyces）是放线菌中最重要的类群，许多链霉菌能够产生具有抗菌、抗肿瘤等活性的次生代谢产物。这些抗生素可以抑制病原菌的生长和繁殖，减少土传病害的发生。

四、利用根际微生物调控土传病害的策略

（一）接种有益微生物

通过接种具有生防功能的有益微生物菌剂，可以直接增加根际有益微生物的数量和种类，改善根际微生物群落结构，从而抑制土传病害的发生。在接种过程中，需要选择适合当地土壤和植物品种的优良菌株，并优化接种方法和剂量，以确保有益微生物能够在根际成功定殖和发挥作用。

（二）合理轮作和间作

不同植物对根际微生物的吸引和选择作用不同，通过合理的轮作和间作制度，可以改变根际微生物群落结构，减少病原菌在土壤中的积累。例如，将豆科植物与非豆科植物进行轮作，可以利用豆科植物的固氮作用改善土壤肥力，同时其根际微生物群落对病原菌具有一定的抑制作用，有助于降低土传病害的发生风险。

（三）施用有机物料

有机物料的施用能够为根际微生物提供丰富的碳源和能源，促进有益微生物的生长繁殖，改善根际微生物群落结构。例如，施用堆肥、绿肥等有机肥料可以增加土壤中微生物的种类和数量，提高土壤微生物活性，增强土壤对土传病害的抑制能力。

（四）减少化学农药和化肥的使用

长期大量使用化学农药和化肥会破坏土壤微生物群落平衡，降低有益微生物的数量和活性，从而增加土传病害的发生几率。因此，应减少化学农药和化肥的使用量，采用绿色、可持续的农业管理措施，保护和改善根际微生物生态环境，提高植物对土传病害的自然抵御能力。

五、研究展望

尽管目前在植物根际微生物群落结构与土传病害抑制关联性研究方面取得了一定进展，但仍存在许多亟待解决的问题。深入揭示根际微生物群落结构与土传病害抑制之间的分子机制，明确关键微生物类群和功能基因在病害抑制过程中的作用。开展多学科交叉研究，结合宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白组学和宏代谢组学等技术手段，全面解析根际微生物群落的功能和代谢特征，为开发高效的微生物菌剂提供理论依据。加强田间试验研究，验证不同调控策略在实际农业生产中的可行性和稳定性，建立适合不同地区和作物品种的土传病害生物防治技术体系。关注环境因素对根际微生物群落结构和功能的影响，研究气候变化、土壤污染等全球性环境问题下根际微生物在土传病害防治中的作用变化，为保障农业生态系统的可持续发展提供科学支撑。

结论：

植物根际微生物群落结构与土传病害抑制之间存在着密切的关联性。根际微生物通过拮抗作用、诱导植物抗性以及改善土壤生态环境等多种机制抑制土传病害的发生发展。不同类型根际微生物在病害防治中发挥着各自独特的功能。通过接种有益微生物、合理轮作间作、施用有机物料以及减少化学农药化肥使用等策略，可以有效调控根际微生物群落结构，实现对土传病害的绿色防控。深入研究根际微生物与土传病害的关联机制，并开发利用根际微生物资源，对于保障农业生产的可持续发展、维护土壤生态系统健康具有重要意义。

参考文献：

[1]邓文辉，宋珂辰，张浩，等. 降水变化条件下荒漠草原优势植物根际微生物群落结构和多样性特征研究 [J]. 草业学报， 2025， 34 （05）： 12-26.

[2]丁子元，赵学强，李宁，等. 健康与患根腐病三七根际和根内微生物群落结构与多样性研究 [J]. 安徽农业科学， 2024， 52 （19）： 151-157.

[3]郭文轩，常杰伦，李博文，等. 引江济巢沿线消落区植物根际微生物群落特征及其主要影响因素 [J]. 生物资源， 2024， 46 （04）： 378-389.

[4]张晨，周柳婷，王炎炎，等. 孑遗植物水松不同季节根际微生物群落结构和功能特征 [J]. 林业科学研究， 2024， 37 （03）： 118-128.

[5]赵伟. 铬胁迫下AMF对鸢尾根际土壤微生物群落结构及抗性基因的影响机制[D]. 贵州民族大学， 2024.