近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)沈其榮院士團(tuán)隊(duì)在國(guó)際植物科學(xué)頂級(jí)期刊New Phytologist上發(fā)表題為“Low-nitrogen input enrichesMassilia bacteria in the phyllosphere to improve blast resistance in rice”的研究論文。該研究首次系統(tǒng)揭示了氮肥投入水平、葉際微生物群落和水稻抗病性之間的聯(lián)系，并指出低氮施肥可富集Massilia細(xì)菌，從而提升稻瘟病抗性。

氮肥是促進(jìn)糧食增產(chǎn)的關(guān)鍵生產(chǎn)要素，但過(guò)量施用不僅造成氮資源利用效率下降和環(huán)境負(fù)擔(dān)，還會(huì)破壞植物健康，誘發(fā)或加劇多種病害，其中尤以稻瘟病最為典型。稻瘟病由稻瘟病菌Magnaporthe oryzae引起，被認(rèn)為是威脅全球稻作安全的主要病害之一。傳統(tǒng)防控措施主要依賴(lài)化學(xué)農(nóng)藥噴施與抗病品種培育，但二者均面臨抗性退化與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題。近年來(lái)，隨著植物微生物組學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)葉際微生物在維持植物健康與防御中發(fā)揮重要作用。然而，氮素供應(yīng)如何通過(guò)調(diào)節(jié)葉際微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響稻瘟病的發(fā)生機(jī)制，仍缺乏系統(tǒng)性的科學(xué)證據(jù)。

研究人員通過(guò)田間調(diào)查和溫室試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)高氮施用破壞了水稻葉際微生物群落的生態(tài)平衡，并顯著促進(jìn)稻瘟病的發(fā)生，而低氮條件則有效減輕病害（圖1）?；?/span>16S rDNA高通量測(cè)序結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低氮環(huán)境下Massilia屬細(xì)菌在葉際顯著富集，其相對(duì)豐度與稻瘟病菌數(shù)量及病情指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，提示其在水稻抗病中具有潛在關(guān)鍵作用。進(jìn)一步的平板對(duì)峙與植株接種試驗(yàn)證明了菌株Massilia z571對(duì)稻瘟病的防治作用，其既能直接抑制稻瘟病菌孢子萌發(fā)與菌絲侵入，又能誘導(dǎo)宿主免疫反應(yīng)，包括提高水楊酸和茉莉酸含量、上調(diào)防御相關(guān)基因及增強(qiáng)抗氧化酶活性（圖2）。此外，Massilia還對(duì)多種植物病原菌表現(xiàn)出廣譜抑制作用，顯示出其作為潛在生物防治菌株在作物病害綜合管理中的應(yīng)用前景。

圖1氮肥對(duì)水稻稻瘟病發(fā)生率和病情指數(shù)的影響

圖2不同氮素條件下葉際內(nèi)生細(xì)菌介導(dǎo)的水稻抗稻瘟病模型

研究揭示了一條重要的“氮肥—微生物—病害”作用鏈。過(guò)量施氮破壞了水稻葉際微生物群落的生態(tài)平衡，從而加劇稻瘟病發(fā)生；適度或偏低的氮素管理有助于富集有益菌群Massilia，增強(qiáng)水稻抗病能力。該研究從微生物生態(tài)視角深化了對(duì)植物—微生物互作機(jī)制的理解，強(qiáng)調(diào)了科學(xué)施肥與微生物群落調(diào)控在作物健康管理與可持續(xù)農(nóng)業(yè)中的關(guān)鍵作用。

資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院2021級(jí)博士生黃瓊為論文第一作者，王敏教授為通訊作者。

文章鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/nph.70582