《Frontiers in Microbiology》：Microbial agents enhance the yield and quality of pears by regulating the composition and networks of microbial communities in the phyllosphere and rhizosphere
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本研究通过土壤施用抗再植病害菌剂（CF）及结合叶面促生菌剂（CFW）的整合微生物管理策略，系统揭示了其对‘玉露香’梨产量（提升60.4%）、可溶性固形物含量（SSC，提升16.7–17.2%）等品质指标的显著促进作用，并阐明该效应与叶际、根际细菌群落的有益重构（如放线菌门Actinomycetota富集）及微生物共现网络复杂化密切相关，为果园可持续生产提供了微生物靶向调控新路径。
微生物菌剂对梨树产量与品质的提升机制：叶际与根际微生物群落的重构与网络分析
1 引言
梨作为蔷薇科的重要经济果树，在全球范围内广泛种植。‘玉露香’梨是中国果园中的主要栽培品种，因其脆嫩多汁、甜度高而备受青睐。然而，在实际生产中，该品种常出现果实偏小、果皮着色不良及可溶性糖含量低等问题，严重影响果实商品性。常规化学施肥虽能补充大量营养，但无法解决再植土壤中微生物失衡和病原菌累积的问题，长期使用反而加剧土壤退化。再植病害是制约果树可持续生产的关键因素，其典型代表苹果再植病害主要由根际病原真菌（如镰刀菌Fusarium、丝核菌Rhizoctonia）和卵菌（如腐霉Pythium）的积累引发，同时根系分泌的酚酸（如肉桂酸、根皮苷）会破坏根系抗氧化系统，进一步促进病原菌增殖，导致树势衰弱、减产20–50%及果实品质下降。传统依赖甲基溴等化学熏蒸剂的方法因高毒性及环境危害亟待替代。土壤施用抗再植病害微生物菌剂可通过抑制病原菌、降解酚酸及调节微生物群落成为可持续解决方案。此外，结合叶面施用植物促生菌可能通过协同作用增强植物抗逆性。叶面施肥作为靶向营养补充手段，可提高养分利用率并间接影响根际细菌群落。基于微生物在养分循环和植物健康中的关键作用，本研究以‘玉露香’梨为对象，探讨微生物菌剂对产量、品质及细菌群落动态的影响，为整合养分管理提供依据。
生物防治剂（BCAs）如芽孢杆菌Bacillus spp.通过产生抗菌化合物（如脂肽、铁载体）、降解酚酸及调节土壤酶活性（如脲酶、磷酸酶）发挥促生和抑病作用。然而，当前研究和应用多集中于土壤单一施用，忽视了叶际这一重要微生物栖息地的潜力。叶面施用植物促生菌可定殖叶际，提高光合效率、抗氧化酶活性及养分吸收，在甜樱桃、苹果等作物中已证实可增产提质。其作用机制包括直接（固氮、产激素、溶磷）和间接（抗生素合成、诱导系统抗性）途径。利用土著菌株可能因环境适应性更具优势。微生物共现网络分析能揭示群落互作结构，复杂网络通常支持养分循环、病原抑制等生态系统功能。尽管根瘤菌接种可增强大豆根际真菌网络连通性，但土壤病害抑制菌与叶面促生菌的整合策略仍待探索。
为此，本研究设置三种处理：常规施肥对照（CK）、常规施肥+土壤抗再植病害菌剂（CF）、常规施肥+土壤菌剂+叶面促生菌剂（CFW），通过分析果实品质、产量及根际-叶际细菌群落动态，阐明整合微生物管理对缓解再植病害和提升梨可持续生产的作用机制。
2 材料与方法
试验位于山西隰县高密度果园，属温带大陆性季风气候，供试树为11年生‘玉露香’梨。采用随机区组设计，每处理5重复。CK按当地习惯每亩施2吨有机肥；CF在CK基础上亩施4公斤抗再植病害菌剂，含解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens、枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis、哈茨木霉Trichoderma harzianum等，活菌数≥1.0×109CFU mL?1；CFW在CF基础上于果实膨大期和成熟期叶面喷施促生菌剂，活菌数≥1.0×109CFU mL?1。
于果实膨大期和成熟期采集叶际和根际土壤样品，测定单株产量并换算为单位面积产量（kg ha?1）。果实品质指标包括纵径、横径（计算果形指数）、可溶性固形物含量（手持折光仪）和硬度（质构分析仪）。采用试剂盒提取DNA，引物338F/806R扩增16S rRNA基因，Illumina NextSeq 2000平台测序，QIIME 2和DADA2处理序列获得ASVs，基于Silva数据库分类。α多样性（Chao1、Shannon指数）和β多样性（Bray-Curtis距离PCoA）分析群落差异。构建微生物共现网络（Spearman相关|r|>0.7且p<0.01），计算节点、边数等拓扑参数。通过Mantel检验关联群落结构与产量品质及优势菌门丰度。
3 结果
3.1 微生物菌剂对梨产量和品质的影响
微生物处理显著提高产量和品质。CF产量最高（37,035 kg ha?1），较CK增产60.4%；CFW产量33,660 kg ha?1。CF和CFW的可溶性固形物含量分别达15.67%和15.60%，较CK（13.37%）提升17.2%和16.7%。果形指数CF（0.94）和CFW（0.96）均显著高于CK（0.86），果实更接近球形。CFW硬度最高（4.33），显著高于CK（4.10）。
3.2 叶际和根际细菌群落动态
α多样性显示，叶际在果实成熟期CFW处理显著降低Chao1和Shannon指数（p<0.05），CF则提高Shannon指数。根际在膨大期CF和CFW降低细菌丰富度，成熟期CF显著提高丰富度（p<0.05），但Shannon指数无显著变化。
门水平群落组成在叶际变化更显著。膨大期CF处理使芽孢杆菌门Bacillota从64.85%（CK）降至3.70%，假单胞菌门Pseudomonadota从4.21%升至50.62%，放线菌门Actinomycetota从29.50%升至43.96%；CFW则富集放线菌门（77.43%）。成熟期放线菌门在CFW中占比最高（88.19%），CF维持较高芽孢杆菌门（12.13%）。根际群落较稳定，假单胞菌门始终为优势门（23.56–28.26%），成熟期CF和CFW显著提高芽孢杆菌门丰度（较CK增89.1%）。
PCoA表明叶际成熟期CFW群落与CK显著分离（PERMANOVA, p<0.05），PC1解释57.83%方差；根际膨大期CFW与CK分离（PC1解释35.83%方差）。
3.3 细菌群落网络结构变化
微生物处理增加叶际和根际网络节点和边数，提升复杂性。膨大期CF较CK增28节点、430边；CFW增54节点、1,554边。成熟期CF效应减弱（增5节点、344边），CFW仍显著（增75节点、2,652边）。网络以正相关为主，模块性增强。
3.4 细菌群落与产量品质的关联
Mantel检验显示，膨大期叶际群落结构与产量品质呈强正相关，芽孢杆菌门丰度与产量品质负相关；成熟期仅放线菌门弱正相关，假单胞菌门等负相关。根际膨大期群落与产量品质无显著相关，假单胞菌门负相关；成熟期群落与产量品质及优势菌门组合呈强正相关。
4 讨论
4.1 微生物菌剂对产量和品质的效应
CF的高产量可能源于土壤菌剂抑制土传病原、改善养分供应；CFW的优质果实（如果形、硬度）则体现叶面菌剂通过调节光合同化产物分配和激素信号通路优化品质。可溶性固形物含量提升与植物促生菌（PGPB）促进养分溶解释放及糖分积累相关，符合微生物调控作物生理的已知机制。
4.2 微生物处理引起的细菌群落重构
叶际群落对菌剂响应更敏感，CFW富集放线菌门（具生防和养分循环功能）并降低多样性，可能源于有益菌选择性定殖。根际群落稳定性较高，但成熟期芽孢杆菌门富集显示菌剂的延迟效应。共现网络复杂化（节点、边数增加）表明微生物互作增强，可能提升群落抗逆性和功能冗余，抑制病原菌占位。PCoA分离证实菌剂诱导群落定向演替。
4.3 微生物群落动态与产量品质的关联
早期叶际群落与产量品质强相关，提示微生物早期定殖对果实发育的调控作用；根际群落成熟期才显显著相关性，且与芽孢杆菌门富集同步，反映根际微生物效应需时间积累。芽孢杆菌门通过产抗菌物质、诱导系统抗性等途径促进养分吸收和果实糖分积累。叶际与根际群落的区室化响应说明需分靶点管理：叶际需重复接种以稳定有益群落，根际则通过长期调制增强后效。
5 结论
土壤施用抗再植病害菌剂（CF）显著增产，结合叶面促生菌剂（CFW）优化果实品质（如果形指数、硬度、可溶性固形物）。这些农艺改善与叶际-根际微生物群落的有益重构（如放线菌门富集）及网络复杂化密切相关。叶际群落快速响应，根际群落延迟但显著重构且与产量关联。整合微生物管理策略通过分靶点调控微生物区室，为梨树可持续生产提供有效途径。
