深海生防菌通过特异性招募假单胞菌诱导根结线虫抑制性土壤的机制研究
背景
诱导土壤形成针对根结线虫（root-knot nematodes, RKNs）的抑病性，是减少农药依赖的可持续策略，其中微生物调控为核心手段。然而，根结线虫抑病土壤的形成机制、关键微生物驱动因子及功能稳定性仍不清楚。本研究旨在阐明深海生防菌Virgibacillus dokdonensis MCCC 1A00493通过多轮施用诱导土壤微生物组介导的根结线虫抑病性的生态学机制。
研究亮点
(1) 多轮施用V. dokdonensis可有效缓解根结线虫侵染
(2) V. dokdonensis选择性富集本土高效杀线虫假单胞菌
(3) V. dokdonensis诱导形成根结线虫抑病型土壤
(4)成功构建最优SynComⅤ1实现根结线虫高效防控
(5) V. dokdonensis与SynComⅤ1联用协同抑制根结线虫病害
方案设计
取材：土壤样品
以独岛枝芽孢杆菌(Virgibacillus dokdonensis)、根结线虫高感番茄品种中蔬4号、南方根结线虫为核心材料，开展连续3个种植周期的微宇宙盆栽试验，每轮种植60天。
方法：微生物：its、宏基因组、qpcr
核心：通过三轮连续微宇宙实验，追踪根结线虫病害发生率及土壤微生物群落动态变化，结合微生物组测序与功能实验鉴定关键功能类群，并构建合成微生物群落（SynComs）以验证其与V. dokdonensis的协同抑病作用。
结果：多轮施用V. dokdonensis可通过特异性招募本土高效杀线虫假单胞菌并与之协同作用，诱导土壤形成根结线虫抑病性。
研究结果
1、多轮施用V. dokdonensis有效缓解番茄植株根结线虫侵染
本研究通过3个连续番茄种植周期的微宇宙盆栽试验，以南方根结线虫侵染的感病番茄品种中蔬4号为材料，设置独岛枝芽孢杆菌发酵液处理组与无菌水对照组，系统监测菌株土壤定殖能力、根结线虫病害发生情况及土壤线虫种群动态。结果显示，该菌株在3个种植周期中均能在土壤中稳定定殖；其对根结线虫的防控效果随施用轮次持续提升，3个周期分别达37.86%、51.11%、65.85%，同时可显著降低番茄根系根结指数与土壤根结线虫种群数量，有效缓解根结线虫对番茄的侵染危害。
2、独岛枝芽孢杆菌显著改变土壤微生物群落组装
依托3个连续番茄种植周期的微宇宙试验，于各周期采集独岛枝芽孢杆菌处理组与无菌水对照组的土壤样品，通过扩增子测序、宏基因组测序及多元统计分析，系统解析菌株施用对土壤微生物群落多样性、结构组装的影响。结果显示，多轮施用该菌株可显著改变土壤微生物群落组装，对细菌群落α、β多样性的重塑效应极显著，驱动其群落结构显著偏离对照组的自然演替轨迹，对真菌群落影响微弱；处理组土壤细菌群落显著富集假单胞菌属等有益类群，且细菌群落对土壤线虫密度变异的解释度达47.05%，远高于真菌群落的27.13%，是介导根结线虫抑制的核心。
3、假单胞菌属在独岛枝芽孢杆菌介导的根结线虫抑制中发挥核心作用
为评估细菌群落组成与根结线虫(RKN)密度的关系，我们对土壤中丰度前十的细菌属与RKN密度进行了冗余分析(RDA)，通过冗余分析与随机森林模型，从独岛枝芽孢杆菌处理组与对照组土壤中分离纯化68株假单胞菌，结合系统发育分析、体外杀线虫活性测定与盆栽体内防效试验，验证假单胞菌的功能作用。结果显示，假单胞菌是对根结线虫密度降低贡献度最高的菌属；处理组分离的48株假单胞菌中，高杀线活性菌株占比高达56.25%；处理组代表性假单胞菌的体外杀线活性、番茄根结线虫病害盆栽防控效果均显著优于对照组菌株，且对番茄生长无不良影响，明确了假单胞菌属在独岛枝芽孢杆菌介导的根结线虫抑制中发挥核心作用。
4、独岛枝芽孢杆菌显著改变土壤微生物群落组装
通过宏基因组KEGG功能注释解析独岛枝芽孢杆菌处理土壤的微生物功能通路变化，结合趋化相关关键基因的表达水平，同时定性、定量检测14株高低杀线活性代表性假单胞菌对该菌无细胞发酵上清的趋化响应。结果显示，多轮施用该菌显著富集土壤中细菌趋化、鞭毛组装相关功能通路，假单胞菌丰度与趋化通路呈极显著正相关，cheX、cheD 等核心趋化基因表达显著上调；处理组高杀线活性假单胞菌对发酵上清均表现出强趋化性，相对趋化指数达4.5~9.1，而对照组仅1株菌株有中等趋化性，证实独岛枝芽孢杆菌可通过趋化作用特异性募集高杀线虫活性假单胞菌。
5、假单胞菌合成菌群可有效缓解根结线虫侵染
基于独岛枝芽孢杆菌募集的高杀线活性假单胞菌，构建菌株数量梯度递增的合成菌群，设置10组5菌株代表性组合，通过盆栽试验评估根结线虫防控效果，并结合菌落互作、生物被膜定量试验验证菌株协同性。结果显示，5株及以上菌株组成的合成菌群防效显著优于单菌株处理，其中由5株功能假单胞菌组成的SynComV1防效最优，达 48.38%；该菌群内菌株无拮抗作用，可协同增强生物膜形成能力，同时显著降低番茄根系根结指数、促进植株生长，证实假单胞菌合成菌群可有效缓解根结线虫侵染。
以筛选获得的最优假单胞菌合成菌群SynComV1为材料，设置独岛枝芽孢杆菌单施、SynComV1单施、二者配施三个处理，通过南方根结线虫侵染的番茄盆栽试验，系统评估各处理对根结线虫病害的防控效果。结果显示，独岛枝芽孢杆菌与SynComV1配施对根结线虫的防控效果达58.33%，显著高于独岛枝芽孢杆菌单施（44.44%）与SynComV1单施（41.67%）的效果，同时可显著降低番茄根系根结数量，证实二者存在显著的协同增效作用，可协同强化对根结线虫侵染与繁殖的抑制效果。
结论
本研究旨在阐明深海生防菌Virgibacillus dokdonensis MCCC 1A00493通过多轮施用诱导土壤微生物组介导的根结线虫抑病性的生态学机制。
连续施用V. dokdonensis显著降低根结线虫病害，三轮种植周期内的防治效果分别达37.86%、51.11%和65.85%。该抑病性通过直接拮抗作用和土壤细菌群落重塑实现，具体表现为V. dokdonensis的成功定殖及本土功能性假单胞菌（Pseudomonas）的特异性富集。
宏基因组分析表明，细菌趋化相关基因显著上调；进一步趋化实验证实，V. dokdonensis发酵上清液可特异性吸引高效杀线虫假单胞菌，相对趋化指数达3.0至9.1。
构建了不同复杂度的功能性假单胞菌合成群落，其中简化版SynComV1（含Pseudomonas monteilii、P. parafulva、P. fulva、P. plecoglossicida和P. putida）表现出最强抑病效果（48.38%）。值得注意的是，V. dokdonensis与SynComV1联用具有显著协同效应，防治效果提升至58.33%。
参考文献：Chen, Wen et al. “Multi-cycle application of Virgibacillus dokdonensis induces a root-knot nematode-suppressive soil via specifically recruiting functional Pseudomonas.” Journal of advanced research, S2090-1232(26)00283-3. 4 Apr. 2026, doi:10.1016/j.jare.2026.04.004
