《Applied Soil Ecology》：Soil legacy effects in soybean intercropping enhance tobacco resistance to
Fusarium root rot
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大豆-烟草间作通过调控根际微生物群落和代谢物（如吲哚）显著抑制镰刀菌引起的根腐病，微生物网络复杂度提升49.23%，而病原体亚网络复杂度下降83.33%。
戴玉豪|文成志|程志军|高志鹏|王志辉|赵鹏|丁明石|杨振|周启明|顾金鹏|韩定国|杨磊|刘志勇|李燕燕|丁伟
中国西南大学植物保护学院天然产物农药实验室，重庆，400715
摘要
间作作为一种可持续的策略，正在被用于管理土传病害；然而，其背后的机制在很大程度上仍不清楚。在这项研究中，我们利用16S rRNA测序、ITS扩增子测序和非靶向代谢组学方法来探讨大豆间作（DS）对根腐病发生的影响机制。结果表明，间作显著提高了烟草植物在Fusarium感染下的存活率（P < 0.01）。DS增加了土壤微生物群落的多样性，并显著降低了Fusarium的相对丰度（减少了53.17%）。在属水平上，Fusarium（LDA = 4.34）在单作烟草的土壤中显著富集。相比之下，DS处理显著富集了Peziza（LDA = 5.17）和Mortierella（LDA = 4.25）。DS增加了微生物关联网络的复杂性，表现为节点数增加了49.23%，边数增加了79.2%。然而，Fusarium子网络的复杂性降低了，表现为节点数减少了50.00%，边数减少了83.33%。这些变化主要归因于不同微生物群落的变化。代谢组学分析显示，DS促进了吲哚的积累（log2FC = 3.79，VIP = 2.09），并且吲哚含量与Fusarium的丰度呈显著负相关。平板实验结果表明，吲哚对Fusarium菌落生长的抑制作用随浓度增加而增强，在800 μM吲哚浓度下抑制率为37.71%。总之，本研究为利用间作调节根际微环境和控制土传病害提供了理论基础，值得在区域范围内进行试点推广。
引言
烟草根腐病是一种典型的土传真菌病害，在连作区每年都会发生（Gangwar等人，2025年），通常会导致约5%–40%的产量损失，是导致烟草产量大幅减少的主要病害之一。土壤通常是这种病害的初始感染源（Gai等人，2023年；Qiu等人，2021年；Wang，2023年）。土壤遗产效应指的是前茬作物留下的微生物和功能性物质对后续作物生长和健康的长期影响（Nannipieri等人，2023年）。这种效应与种植的作物类型密切相关，可以持续数月甚至数年（Hannula等人，2021年）。一些土壤指标通常与根腐病的发生密切相关。例如，Fusarium在其根际土壤中显著富集，因为其分生孢子能够利用根系分泌物促进萌发，从而帮助菌丝侵入根冠或根毛区（Mandeel，2006年）。此外，Fusarium与土壤中其他微生物之间的相互作用是影响根腐病发展的关键因素。植物可以自主招募有益微生物，如Bacillus amyloliquefaciens OR2-30，它们产生的脂肽可以直接抑制Fusarium的生长及其分生孢子的萌发（Xie等人，2022年）。此外，植物还可以采取“求救”策略来招募有益微生物，从而提高系统抗性（Liu等人，2020年）。另一方面，病原体与促进病害的微生物之间的协同作用会加剧病害的发生和严重程度（Archana等人，2024年）。土壤中的残留活性代谢物也会影响Fusarium引起的根腐病的发展。例如，与植物防御相关的水杨酸可以增强植物对Fusarium的抵抗力（Zhu等人，2022年）。此外，如linustatin、scopoletin和phenylpropiolic acid等代谢物具有直接的抗真菌活性（Yang等人，2024年）。相反，某些植物毒性化感物质的积累，如苯甲酸（Liu等人，2017年）、fusaric酸（Crutcher等人，2017年）和霉菌毒素（Manici等人，2016年），会显著加剧病害的发生。
间作作为一种高效利用光、水和养分资源的绿色种植模式，有助于提高资源利用效率并维持生态系统生产力（Brooker等人，2014年）。许多研究人员从不同角度探讨了间作在病害控制方面的理论基础和应用实践，包括播种密度（Zhou等人，2023年）、作物种类选择（Li等人，2020年）、种内和种间关系（Zhu等人，2025年）以及根系分泌物（Li等人，2019年）。研究表明，与豆科作物间作可以显著降低病害发生率（De Long等人，2023年；Uzokwe等人，2016年；Wu等人，2024年；Zhang等人，2019年）。例如，Desmodium uncinatum（Jacq.）DC.和Mucuna pruriens（L.）DC.等豆科植物的根系分泌物中的酚酸和黄酮类化合物可以抑制Fusarium oxysporum f. sp. cubense热带菌株4（Foc TR4）的生长，并减少其生物毒素beauvericin和fusaric acid（FA）的合成（Were等人，2022年）。然而，豆科作物间作控制土传病害的机制仍需进一步研究。
在烟草田间生产中，建立积极的土壤遗产效应是控制土传病害的有效策略，例如烟草-万寿菊或烟草-萝卜间作系统（Dai等人，2024年；Huang等人，2022年）。然而，关于烟草-大豆间作系统的土壤遗产效应的研究仍然相对有限，特别是在了解根际微生物群落的调节、活性代谢物的动态变化以及土传病害抑制机制方面。因此，识别烟草-大豆间作系统中的功能性微生物和活性代谢物不仅有助于阐明病害控制的内在机制，还为建立可持续、高产和高效的农业种植系统提供了科学依据。
实验材料与设计
本研究中使用的试验材料为烟草品种Yunyan 99和大豆品种Shandou 125。烟草种子和大豆种子由陕西省安康市的烟草公司提供。实验地点位于陕西省安康市旬阳县的烟草种植区。土壤的基本物理和化学性质如下：有机质含量为11.4 g/kg，碱解氮含量为72 mg/kg
不同处理对烟草根腐病发生的影响
如图1所示，不同处理下烟草的存活率随时间逐渐下降。最终观察结果显示，DT处理下的烟草存活率显著低于DS处理（P < 0.01）（图1C，D）。危险比（HR）为0.2401，表明与对照组相比，大豆土壤的遗产效应显著延长了烟草在Fusarium胁迫下的存活时间和存活率。对烟草产量的分析显示
讨论
在农业生产系统中，后续作物受到土传病害的压力降低可能源于多种土壤功能的协同增强（Yang等人，2025年）。具体来说，病原体压力的降低、微生物群落结构和功能的优化以及土壤代谢物组成的改变共同促进了病害抑制能力的提高，从而为后续作物的健康生长创造了有利条件
结论
本研究证明，大豆-烟草间作系统通过重塑根际微环境，特别是通过促进吲哚衍生物代谢物的富集，建立了有效的代谢调节途径来抑制Fusarium spp.（图7）。这些发现不仅揭示了从微生物组-代谢组相互作用的角度来看间作控制土传病害的机制，还提供了理论依据
作者贡献声明
戴玉豪：撰写——初稿，正式分析，数据管理。文成志：正式分析，数据管理。高志鹏：撰写——初稿，数据管理。王志辉：方法学，概念构思。赵鹏：方法学。丁明石：项目管理，调查。杨振：调查，数据管理。周启明：调查，数据管理。顾金鹏：数据管理。韩定国：项目管理，概念构思。刘志勇：方法学，数据管理。
资助
本文得到了中国烟草公司（110202201023(LS-07)）和中国烟草湖南工业有限公司（KY2025JD0001）的重大科技项目的支持。
利益冲突声明
在进行本研究过程中，未遇到可能影响研究结果的财务或个人利益冲突。本工作得到了中国烟草公司和中国烟草湖南工业有限公司的重大科技项目的支持。所有作者确认在研究数据、分析、解释或结论方面不存在利益冲突。
致谢
我们特别感谢安康烟草公司的烟草部门提供的技术支持和基本协助。
