学术报告
这项研究题为《Additive fungal interactions drive biocontrol of fusarium wilt disease》，主要作者包括Chengyuan Tao、Zhe Wang、Shanshan Liu、Nana Lv等，研究机构包括南京农业大学江苏省固体有机废弃物利用重点实验室，中国教育部植物免疫与资源节约型肥料工程技术中心，以及荷兰瓦赫宁根大学等机构。该研究发表在期刊 New Phytologist 的 2023 年第238卷上（“New Phytologist (2023) 238: 1198–1214”）。研究接收日期为2022年8月11日，稿件被2023年1月23日录用。
学术背景
该研究聚焦于植物病害生物防治领域，特别是通过真菌益生菌微生物的相互作用控制香蕉枯萎病（fusarium wilt disease）。香蕉枯萎病是一种由土壤病原菌Fusarium oxysporum引起的严重病害，对农业生产造成巨大威胁。尽管利用特定微生物作为益生菌（probiotic）来抑制病害的策略已有所探索，但目前对其作用的关键机制和成功应用的决定因素仍缺乏系统的了解。因此，该研究的目的在于通过控制真菌微生物组（fungal microbiome）的组成与功能变化，找到抑制病害的有效策略，并阐明其具体的作用机制。
主要的研究目标包括：（1）确定已知抑菌的真菌益生菌 Trichoderma guizhouense NJAU4742（以下简称TG）对香蕉枯萎病的防治效果；（2）揭示TG引入土壤后对固有真菌群落及其功能的潜在影响及抑菌作用机制。
研究方法与实验流程
为了系统地探讨TG对香蕉真菌微生物组的调控及病害抑制效应，研究设计了几项连续性玻璃室模拟实验和后续测定分析，详细实验流程如下：
微型生态缸实验（三季连作实验）
- 实验采用香蕉连作（20年历史）高枯萎病发病率（60%-70%）的土壤。每次实验种植期为4个月，实验共三季。
- 处理组共分为三类：
- CK（对照组，无肥料处理）；
- SOF（无菌有机肥处理，Sterile Organic Fertilizer）；
- SOF + TG（接种TG的无菌有机肥处理）。
- 每个处理使用10公斤土的聚丙烯壶，共90个壶。
- 接种量：SOF + TG组的TG菌密度为1.0-10.0 × 10^8孢子/克有机肥。
- 测量指标：香蕉生物量、枯萎病发病率、真菌群落DNA、碳源代谢潜力等。
土壤DNA提取、qPCR与高通量测序
- 使用Powersoil DNA Isolation Kit提取土壤样本的DNA。
- 使用定量PCR分别检测总真菌、Fusarium oxysporum、以及TG在土壤中的密度。
- ITS真菌高通量测序用于表征土壤微生物群落，并进行OTU（操作分类单元）的丰富度和组成分析。
分离可培养真菌群落与共培养试验
- 通过稀释涂布法分离SOF及SOF+TG处理组的可培养真菌菌株，并利用形态学和分子标记进行鉴定。
- 利用双培养挑战实验评价各菌株对于Fusarium oxysporum和TG菌株的抑制能力。
随机森林和网络分析
- 使用随机森林模型分析病害发生率与真菌社区组成变化的关系。
- 构建微生物碳代谢网络，关联真菌群落与土壤微生物的碳源利用能力以及病害抑制能力。
病原控制实验与ISRs诱导
- 通过不同TG接种浓度实验评估TG对土壤病原菌抑制效力。
- 测定植物防御相关激素（茉莉酸JA和水杨酸SA）以及防御酶活性的变化。
实验结果与数据分析
TG对香蕉抗性与枯萎病抑制的效果
- SOF + TG处理显著降低了香蕉枯萎病的发病率（降低约72%），同时显著提高了香蕉生物量增长（较CK和SOF组分别增加76.4%）。
- qPCR数据和ITS扩增子测序显示，SOF + TG组土壤中TG的密度及其在真菌群落中的相对丰度均显著高于其他组；同时Fusarium oxysporum的丰度显著下降。
真菌多样性与群落结构
- 在SOF + TG处理土壤中，真菌的物种丰富度和群落多样性指标（如Chao1和Faith’s PD）显著高于其他组（p < 0.05）。
- Bray-Curtis分歧分析和主坐标分析（PCoA）表明，TG的加入使得真菌群落结构变异显著。
特定真菌类群对病害的预测和贡献
- 随机森林分析和相关性研究识别出一个关键真菌类群 Humicola（OTU3），其对降低病原菌丰度和提高植物生长均有显著作用。Humicola在SOF+TG组显著富集，且与碳代谢潜力显著相关。
联合菌株表现及资源竞争模型
- TG与Humicola联合培养在土壤中对病原菌Fusarium oxysporum表现出最强的抑制效果，可能通过资源竞争和诱导植物系统抗性（如JA和SA途径）实现。
研究结论与价值
该研究系统验证了真菌益生菌（例如Trichoderma guizhouense）的加入能够通过直接作用及其激发的土壤固有真菌网络协同作用，有效抑制香蕉枯萎病并显著促进植物健康与生长。重要研究结论包括：
- TG通过降低Fusarium oxysporum密度直接抑制病原菌。
- 真菌益生菌可间接促进Humicola类群等有益性真菌的富集，其通过资源竞争和诱导植物系统抗性协同增强病害抑制效果。
- 土壤生态功能提升（如碳代谢潜力增加）与病害抑制效应显著相关。
本研究为病害抑制的微生物组工程提供了重要的新见解，同时为可持续发展的农业病害防控策略奠定了基础。
亮点与创新性
- 首次系统揭示了Humicola类群在土壤病害抑制中的关键作用。
- 应用高通量测序结合文化基因组学手段系统研究真菌微生物组。
- 提出了资源竞争模型与联合作用机制，有助于理解微生物群的功能网络。