Apple rootstock (Malus domestica) root amendment with Sphingomonas strains affected host microbiota below and aboveground

在树皮之下以及孕育其根部的土壤之中，一个微观生命的繁忙城市正时刻运作着。这些被称为微生物组的细菌和真菌群落，不仅仅是乘客，更是植物健康的积极参与者。有些扮演着守护者的角色，抵御疾病；而另一些则帮助植物吸收养分或抵御干旱。几十年来，农民一直依赖化学喷雾来保护农作物免受害虫和枯萎病的侵害，但对可持续农业的追求已将注意力转向了这些天然的微生物盟友。目标在于理解如何鼓励植物内部及外部环境中那些有益的居民，使其在竞争中胜过有害的微生物，从而在无需合成投入品的情况下，为植物建立起一道天然的疾病屏障。

这种微妙的平衡对于苹果园尤为关键，因为一种被称为“欧洲苹果溃疡病”的持续性真菌疾病构成了严重威胁。该病由一种通过木材伤口进入的病原体引起，可能导致幼树死亡并使果实腐烂，造成巨大的经济损失。传统的管理依赖于杀菌剂，但许多有效的化学品正在欧洲被禁用，这使得种植者面临选择匮乏的困境。最近在果园中的观察发现了一个有趣的现象：那些在叶痕（即叶片脱落后留下的微小痕迹）中自然栖息着较高水平特定细菌——即鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）的树木，往往遭受的溃疡病较少。这一相关性引发了一个问题：是否可以通过刻意向树木的根部引入这些细菌，来帮助保护整株植物，甚至包括远离地面的部分？

国家农业植物研究所的研究人员通过一项实验测试了这个想法，实验使用了嫁接在名为“M9”的特定根瘤上的幼年苹果树。他们制备了一种从苹果树中分离出的鞘氨醇单胞菌属菌株混合物，并在幼苗移栽到装满堆肥的花盆之前，将树根浸泡在这一细菌溶液中。实验旨在观察这些添加的细菌是否能够定居在树木内部、促进其生长，并改变生活在根部、周围土壤以及树枝叶痕中的微生物群落。研究团队对树木进行了为期六个月的监测，测量了它们的高度和粗细，随后仔细采集了根部、附着的土壤以及枝条顶部和底部叶痕的样本，以分析其中的微生物居民。

这项为期六个月的试验结果揭示了一个令人惊讶的脱节现象，即添加的细菌与其产生的变化之间并不一致。与希望引入的鞘氨醇单胞菌能定居并大量繁殖的情况相反，研究人员发现，这些特定细菌在根部、土壤或叶痕中的相对丰度并未增加。树木本身在生长、高度或重量方面与仅接受过水的对照组相比也未表现出差异。本质上，添加的细菌并未在植物组织内建立起永久性的、占主导地位的立足点。

然而，故事并未因缺乏效果而结束。虽然添加的细菌并未保持高数量，但它们的短暂引入触发了植物现有微生物群落的一次重大重组。在土壤和根部，微生物生活的多样性发生了变化，尽管整体群落结构与对照组基本相似。最显著的效果发生在地上部分。处理显著改变了生活在叶痕中的真菌群落。具体而言，在处理过的树木叶痕中，几种已知为植物病原体的真菌属——包括Gnomoniopsis、Phomopsis、Ilyonectria、Neofabraea和Perenniporia——的相对丰度下降了。

这一发现表明，初始应用的微生物可以重新组织常驻的微生物生态系统，而不必要求引入的微生物永久存在。看起来，鞘氨醇单胞菌属菌株的存在，即使是暂时的，也足以改变叶痕中生活真菌的竞争平衡，从而抑制那些导致疾病的真菌。该研究强调，植物与其微生物组之间的关系是复杂且动态的；根部的临时干预可以向整个系统传递涟漪，改变远处组织的群落组成。

研究人员注意到，在枝条顶端形成的叶痕与在苗圃阶段就已形成的基部旧叶痕在微生物谱系上有所不同。这种差异强调了组织年龄及其与环境的接触方式是如何塑造微生物群落的。尽管添加的细菌缺乏长期定殖能力，但叶痕中潜在病原真菌的减少，为为什么在田间自然携带高水平鞘氨醇单胞菌的树木通常表现出更好的抗溃疡病能力提供了一个合理的解释。

最终，这项工作证明了在苹果等多年生作物中进行微生物组工程是可能的，即使引入的微生物不能成为永久居民。该研究挑战了“有益微生物必须在大规模定殖植物后才有效”的假设。相反，它表明初始的相互作用可以触发一系列变化，从而有利于植物的健康。虽然通过根部施用这些细菌如何影响叶痕中真菌的具体机制仍有待深入了解，但其结果为管理树木疾病开辟了一条新途径。通过在种植时操纵微生物环境，或许可以诱导树木进入一种抗性状态，从而在季节后期保护其免受疾病侵害，这为可持续苹果生产提供了一种极具前景的非化学策略。