2025-07-28
Highlight
1.微生物在中药连作障碍研究中的关键作用！
2.派森诺微生物组一站式解决方案，从实验到分析，助力您的科学研究！
3.《iMETA》期刊案例展示长期连作缓解烟草连作障碍的微生物机制！
4.微生物多样性，宏基因组，宏转录组联系派森诺，立享前沿技术赋能！
随着全球对中药材需求的日益增长，药用植物的栽培面积和种类不断扩大。然而，在药用植物的集约化种植过程中，连作障碍问题日益凸显，特别是在以块根类入药的药用植物上表现尤为严重。连作障碍的形成是多因素共同作用的结果，其中微生物在药用植物-土壤负反馈过程中扮演着重要角色。药用植物在生长过程中会改变根际土壤的生物组成与非生物属性，这些变化会反作用于植物后期的生长与种内关系，形成植物-土壤反馈。基于当前的研究进展，微生物与中药连作障碍研究可以从以下几个方向进行深入探讨：
（1）根际微生物失控引发药用植物-土壤负反馈：连作条件下，药用植物根际微生物群落结构发生显著变化，病原菌丰度增加，有益微生物减少，这种变化会负反馈于药用植物的生长代谢。如辽细辛、苎麻、西洋参等药用植物的根际功能性微生物丰度与连作年限呈负相关趋势，其丰度的降低影响植物根系对营养物质的吸收，引起发育不良等负反馈现象。
（2）根系分泌物与微生物互作：药用植物根系分泌物中的化感物质可以调控根际微生物的生长和代谢。某些化感物质可以作为碳源被微生物利用，而微生物也可以通过降解或转化化感物质来影响药用植物的生长发育。
（3）微生物介导的化感自毒作用：微生物在连作障碍中的另一个重要作用是介导化感自毒作用。某些病原菌可以分泌毒素或利用根系分泌物中的化感物质来抑制药用植物的生长，从而加剧连作障碍的发生。
综上所述，通过深入研究微生物在连作障碍中的作用机制，可以揭示连作障碍的形成机理，为制定有效的防控措施提供科学依据。
图 根际微生态对药用植物连作障碍的综合作用
Liao J and Xia P, Continuous cropping obstacles of medicinal plants: Focus on the plant-soil-microbe interaction system in the rhizosphere[J]. Scientia Horticulturae, 2024, 328: 112927. http://dx.doi.org/10.1016/j.scienta.2024.112927
研究技术路线
派森诺微生物组产品
1、微生物多样性组成谱
以细菌/古菌 16SrRNA基因可变区、真菌 18SrRNA 基因可变区、真菌 ITS(intemnaltranscribed spacer)内转录间隔区和特异性功能基因等微生物特征序列(Signature sequence)为靶点,通过检测序列的变异和数量,反映群落中各类微生物物种的身份和丰度,从而快速解析群落物种分布特征,阐明样本间多样性和组成差异,进而发现差异相关物种。
2、宏基因组
宏基因组学(Metagenomics)研究通过全基因组鸟枪法(Whole Genome Shotgun，WGS)测序策略，将提取获得的微生物组总DNA 随机打 断为短片段，并构建合适长度的插入片段文库，对这些文库进行双端(Paired-end，PE)高通量测序，从而能全面精 细地展示整个菌群的功能 代谢造和物种精细组成谱，进而在组成和功能水平分别挖掘关键生物标记物，从原理上阐明微生物群落在生态系统中发挥作用的根本机制。
3、宏转录组
宏转录组学(Metatranscriptomics)的研究对象是微生物组 mRNA,在获取微生物组总 RNA 并去除 rRNA 之后,反转录为 cDNA,并构建合适长度的插入片段文库，对这些文库进行双端(Paired-end,PE)高通量测序,从而能精确定量整个菌群中具有活 性的物种精细组成及其对应功能的表达水平,进而锁定菌群中的关键生物标记物、阐明其生物学意义。
案例分享
长期连作缓解烟草连作障碍的微生物机制
Microbiome-mediated alleviation of tobacco replant problem via autotoxin degradation after long-term continuous cropping
发表期刊：iMeta
影响因子：23.7
通讯单位：中国科学院微生物研究所和南开大学
组学技术：微生物多样性组成谱（16S+ITS）、宏基因组等
研究背景：
烟草（Nicotiana tabacum L.）是世界性经济作物之一。云南省是中国最大的烟草产区，其种植模式常为每年种植烟草而间作其它作物，这种连作制度导致了严重的烟草连作障碍，主要表现为植物生长发育不良、土壤酸化和自毒物质（主要是酚酸类化合物）的积累和微生物功能失调。然而长期连作烟草后连作障碍是否能够缓解尚未研究。
技术路线：
部分研究结果：
通过对云南烟草短期连作（STCC）和长期连作（LTCC）土壤的比较，研究发现长期连作可以减轻土壤自毒物质积累和酸化问题，并通过改变土壤微生物群落来缓解连作障碍。研究表明，LTCC土壤中的酚酸含量显著低于STCC土壤，同时LTCC土壤的pH值略高于STCC土壤。通过分析微生物群落，发现LTCC土壤中多种有益细菌的OTU更丰富，包括Pseudomonas、Burkholderia、Rubrobacter、Adhaeribacter等。细菌群落的PCA表明LTCC土壤与STCC土壤在细菌群落组成上存在显著差异。此外，植物生长实验显示，与STCC土壤相比，LTCC土壤中烟草的茎和根的干重显著增加。在LTCC土壤中，香草醛的含量显著降低。最后，某些有益微生物的丰度与香草醛含量显著负相关，这表明这些微生物可能具有降解香草醛的能力。
通过以香兰素为唯一碳源的培养基，从长期连作烟草土壤中分离出两个菌株（NLJ1和NLJ2），分别与Pseudomonas和Burkholderia亲缘关系最近。这些菌株在无菌培养基和短期连作土壤中均能高效降解香兰素，并缓解烟草的连作障碍。在短期连作土壤中添加香兰素后，烟草幼苗的生长受到抑制，但接种NLJ1、NLJ2或其混合液后，烟草生长得到显著改善，表明这些细菌可以有效定殖并在土壤中建立种群。此外，该研究观察到，香兰素应激下，假单胞菌和伯克霍尔德菌中与乙醛酸和二羧酸代谢相关的基因显著上调，这些基因在芳香族化合物降解中起重要作用。
长期连作烟草可调节土壤酸化、自毒物质积累和根系相关微生物群
自毒物质降解菌通过在土壤中的定殖和降解自毒物质从而缓解连作障碍
研究结论：
本研究证明，通过富集自毒物质降解菌来提高土壤pH值和降低土壤中的酚酸，LTCC缓解了烟草连作障碍。通过在无菌培养物和土壤样品中的验证，烟草自毒物质降解细菌的有效作用得到了进一步证实。这些发现强调，LTCC或在某些胁迫下单一种植作物可以诱导土壤稳态，以应对连作障碍、土壤传播疾病和潜在的其他胁迫，从而提高作物健康。
引文：Peixue Xuan, Haikun Ma, Xiaopeng Deng, Yunfu Li, Jianqing Tian, Junying Li, Erdeng Ma, Zhaoli Xu, Dong Xiao, T. Martijn Bezemer, Mingfeng Wang, Xingzhong Liu, Meichun Xiang. 2024. Microbiome-mediated alleviation of tobacco replant problem via autotoxin degradation after long-term continuous cropping. iMeta: e189. https://doi.org/10.1002/imt2.189
