摘要

植物病害暴發(fā)后，會招募一部分具有生防作用的微生物群聚集在根際，進(jìn)而會形成抑病型土壤，可抵抗同種植物病原菌的下輪侵染。因此，根際微生物群落對于構(gòu)建抑病型土壤至關(guān)重要。然而植物免疫系統(tǒng)在根際微生物群落構(gòu)成中的作用是未知的。研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥在受到霜霉病原菌侵染并激活葉面防御系統(tǒng)后，能夠特異性地促進(jìn)根際三種有益菌的生長，隨后分離培養(yǎng)得到了這些有益菌。體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這三株有益菌可以產(chǎn)生生物膜。雖然這三株有益菌單獨(dú)對植物沒有顯著影響，但它們可共同誘導(dǎo)擬南芥對霜霉病產(chǎn)生的系統(tǒng)抗性，降低擬南芥發(fā)病。研究還表明，若在第一代受霜霉病害感染后的土壤中繼續(xù)種植擬南芥，可增強(qiáng)第二代擬南芥對霜霉病的抵抗能力。綜上，植物在受到病原體感染時(shí)，可以調(diào)整其根際的微生物群落，并特異性地招募一些具有抗病和促生的有益微生物，從而有利其后代在同一土壤中生存，并增強(qiáng)下一代植物的抗性。

圖1 A 對照土壤和不同處理擬南芥植株的根際微生物群落主成分分析

B  相同PC1、PC2eOTU相關(guān)性的雙標(biāo)圖

為了研究三種菌株抗病作用，作者在預(yù)先接種單一菌株、三種菌株組合的土壤中種植擬南芥，以測試它們抵抗Hpa葉面感染的能力。這里添加了一種對照有益菌假單胞菌WCS417r，是一種被廣泛研究的植物有益根瘤菌，能誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性，并在根的定植過程中促進(jìn)生長。結(jié)果表明，這些單一菌株都沒有減少受感染擬南芥中Hpa產(chǎn)生的孢子數(shù)量，三種菌株的組合比單一菌株有更強(qiáng)的抗病效果，因?yàn)槿N菌株的組合顯著減少了受感染葉片上Hpa孢子的數(shù)量，而單一菌株則沒有(圖2A)。這些結(jié)果表明，當(dāng)Hpa感染擬南芥葉片時(shí)，被招募的黃單胞菌、寡養(yǎng)單胞菌和微桿菌在根際能夠系統(tǒng)地提高擬南芥對Hpa的抵抗水平。以上表明，三種菌株作為一個(gè)聯(lián)合體共同致使擬南芥對Hpa起到抗病作用。

圖2 A Hpa對擬南芥不同處理土壤的產(chǎn)孢研究

B 6周齡擬南芥不同處理的鮮重

C 6周齡擬南芥不同處理植株生長情況

作者假設(shè)，在受到病原體攻擊時(shí)，有益微生物被招募到根際，有利于隨后在同一土壤中生長的植株后代。為了驗(yàn)證這一假設(shè)，去除第一代受Hpa感染的擬南芥后,播種下一代擬南芥植物，進(jìn)行抗病性檢測。正如作者的假設(shè)，第二代擬南芥幼苗生長在已受霜霉病侵染的土壤中，與生長在未受侵染的土壤中植株相比，Hpa產(chǎn)孢子數(shù)量減少，更能抵抗葉面霜霉病的感染（如圖3B）。以上結(jié)果推測，葉面霜霉病感染會導(dǎo)致擬南芥根際發(fā)生變化，從而使隨后在同一土壤中生長的后代更能抵抗霜霉病感染。

擬南芥葉片霜霉病感染可改變根際微生物群落組成，其中可招募更多的根際微桿菌、寡養(yǎng)單胞菌和黃單胞菌，這三種菌株的組合可以提高擬南芥對Hpa的防御水平。

植物病原菌侵染后形成的根際微生物群落有利于提高同一土壤中下一代植物的抗病力。