中草药微生物研究 | 微生物自毒素降解功能丧失与酚酸诱导的有益细菌因子减少有关

许多作物，尤其是药用植物，由于连作障碍而遭受重大经济损失。这些障碍与多种因素有关，包括病原体累积、土壤理化性质紊乱、土壤菌群破坏和化感物质累积。这种现象在许多草药中都有发现，如人参、地黄和太子参，并且随着时间的推移，趋于恶化。

三七参[Panax notoginseng(Burk.)F. H. Chen]是一种重要的中药，因其治疗特性、散瘀能力和心血管保护作用而被广泛种植和药用。一般来说，三七参是一种多年生草本植物，在收获前需要在原地生长至少3年，适宜在湿润、温暖和阴荫的环境中种植。

然而，连作制度和集约种植条件破坏了土壤菌群，减少了有益菌数量，增加了病原微生物丰度，最终导致三七参根腐病多发。此外，之前的一项研究报告，在三七种植年限，菌群的组成和结构发生了显著变化。然而，有益细菌因子在三七连作期间的变化机制仍不清楚。

菌群结构紊乱经常导致微生物功能发生变化。这里，我们评估了微生物的碳源利用能力和土壤代谢功能。土壤碳源利用能力是土壤活动的基本生物特征，对土壤菌群的变化非常敏感。

之前的一项研究发现，健康三七的碳源利用能力和模式在连续种植多年后发生了显著变化。此外，之前的一项研究显示，如果降解有毒邻苯二甲酸二异丁酯（DiBP）的微生物丰度减少，有毒化合物会随着人参的生长而积累。三七参中的主要生物活性成分是人参皂苷，即三萜皂苷。

然而，据发现，人参皂苷是数量最大的自毒素，并且自毒素累积最终会导致无法再种植三七。人参皂苷可以通过根分泌、浸渍或植物凋落物分解释放到根际土壤中。尽管自毒素随着植物生长在根际积累，但自毒素在患病根际土壤中的降解能力降低也是有毒物质累积的主要原因。

因此，有必要了解根腐三七参根际菌群的变化，特别是有益细菌因子如何影响微生物功能，主要是自毒素降解。

众所周知，酚酸是土壤微生物最重要的调节剂。在我们以前的研究中，我们发现酚酸谱明显受感染根腐病的三七的生长年限影响，并且酚酸谱变化驱动病原菌群演替。同时，改变酚酸可以改变土壤菌群结构。特别是，黄瓜根际的香草酸会调节细菌总数以及有益的假单胞菌和芽孢杆菌群落。

因此，我们假设三七根际土壤中酚酸的变化是有益菌群结构和功能变化的重要驱动因素。

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本研究的目的是：

●   研究有益细菌因子的年度改变及它们与酚酸谱的关系；

●   揭示有益微生物变化如何影响微生物功能。

为了解决这些问题，采集了不同生长年限感染根腐病的三七的根际土壤样品。使用高通量测序+Biolog和'通过重建未观察到的状态进行群落系统发育研究（PICRUSt）’研究了菌群结构和功能的变化及其与酚酸谱的关系。

 图1 细菌种群 

（A）和土壤细菌丰富度、均匀度和多样性

（B）基于Bray-Curtis距离在不同种植年限土壤样本中进行的菌群主坐标分析

（C）和层次聚类分析

（D）误差线表示四个重复品的平均值的标准误差。基于邓肯检验，不同字母表示差异显著（P < 0.05）。1 yr、2 yr和3 yr分别代表从1年生、2年生和3年生根腐病三七参植株中采集的根际土壤。

论文信息

标题：微生物自毒素降解功能丧失与酚酸诱导的有益细菌因子减少有关

作者： Baoying Wang, Yulan Lin, Wenhao Yu, Qing Xia, Ahmad Ali, Fugang Wei, Chuanchao Dai, Jinbo Zhang, Zucong Cai, Jun Zhao

摘要

药用植物连作会破坏根际的菌群。仍然需要了解有益菌群、其假定驱动因素以及其可能具有的潜在功能。

本研究以不同生长年限的根腐三七参为材料，研究有益菌群结构、微生物碳源利用功能以及根际土壤代谢功能。随着三七连作，有益菌群发生变化，有益物质的相对丰度受到明显抑制。随着种植年限延长，碳源利用能力和多样性显著增加，而三种与自毒素降解相关的途径（其他次级代谢产物的生物合成、萜类和聚酮化合物的代谢以及异生物质的生物降解和代谢）显著下调。酚酸谱变化驱动有益物质的变化，有益微生物减少导致微生物自毒素降解功能丧失。

总之，这些结果提供了有益微生物、微生物功能、酚酸及其相互作用的更多细节，这些发现对于保持三七参的健康、可持续栽培至关重要。

期刊来源

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