姜瘟病重塑小黄姜根际土壤微生物群落结构及功能潜力

《Frontiers in Microbiology》：Wilt disease reshapes rhizosphere microbiota in small yellow ginger soils

　　本研究系统揭示了连作障碍下小黄姜（Zingiber officinale Roscoe）姜瘟病对根际微生物组的重塑作用。通过16S rRNA高通量测序与LEfSe分析，明确青枯菌属（Ralstonia）为关键病原生物标志物，并发现病害土壤中变形菌门（Proteobacteria）显著富集，而酸杆菌门（Acidobacteriota）等功能有益菌群丰度下降。BugBase表型预测进一步表明病害微生物组具有更强的氧化胁迫耐受性、移动元件含量和致病潜力。研究为通过调控土壤微生态缓解姜瘟病提供了理论依据。

　　

1 引言

姜（Zingiber officinale Roscoe）作为重要经济作物，其生产常受姜瘟病（细菌性枯萎病）严重制约。湖南汝城地区的小黄姜产业因连作障碍及姜瘟病流行面临巨大挑战，但当地病害的主要病原及其对根际微生物群落的影响尚未明确。本研究旨在通过比较未种植地、健康姜与患病姜根际土壤的微生物组成，揭示姜瘟病驱动的微生物群落结构变化，识别关键病原，并为克服连作障碍提供科学依据。

2 材料与方法

土壤样品采集自汝城县的连续种植田块，分为未种植对照组（C）、健康姜根际组（N）和患病姜根际组（S），每组3个生物学重复。通过16S rRNA基因V3–V4区扩增与Illumina NovaSeq平台测序，利用DADA2流程获得扩增子序列变异（ASVs），并通过SILVA数据库进行物种注释。采用α多样性（Chao1、Shannon等指数）和β多样性（Bray–Curtis距离、PCoA、NMDS）分析群落特征，LEfSe识别组间差异生物标志物（LDA>4），BugBase预测微生物表型功能（如致病潜力、氧化胁迫耐受性等）。统计方法包括ANOVA、Kruskal–Wallis检验和PERMANOVA。

3 结果

3.1 物种组成与丰度变化

测序共获得663,121条高质量序列，注释为15,496个ASVs。在门水平上，患病姜根际土壤中变形菌门（Proteobacteria）相对丰度显著升高（47.41%），而酸杆菌门（Acidobacteriota）、厚壁菌门（Firmicutes）和绿弯菌门（Chloroflexi）丰度显著降低。属水平分析显示，患病土壤中青枯菌属（Ralstonia）丰度急剧上升（最高达26.7%），且三元图证实其是驱动变形菌门富集的主要贡献者。

3.2 微生物多样性及群落结构

α多样性分析表明，患病土壤的Shannon和Simpson指数显著低于健康组，显示微生物多样性下降。β多样性分析（PCoA、PERMANOVA）进一步揭示三组间群落结构存在显著差异（R²=0.523, p<0.01），患病组样本独立聚类，且热图显示其菌群组成异质性更高。

3.3 生物标志物与功能预测

LEfSe分析确定青枯菌属为患病组的特异性生物标志物（LDA=4.69）。同时，Comamonadaceae、Spirosomaceae等菌科在患病组中富集，而健康组中富集绿弯菌门中的厌氧绳菌纲（Anaerolineae）等。BugBase预测显示，患病组微生物组具有显著增强的移动元件含量、致病潜力和氧化胁迫耐受性，且这些功能特征由青枯菌属主导，并受到Rhodanobacter、Dokdonella等属的协同贡献。

4 讨论

姜瘟病导致根际微生物群落由有益功能菌群向病原主导型转变。青枯菌属的富集与病害发生直接相关，其可能通过阻塞维管束、分泌胞外多糖等机制引发萎蔫。此外，酸杆菌门等有益菌群的减少可能削弱土壤有机质分解和养分循环能力。病害微生物组的功能适应性（如氧化胁迫耐受性）提示其具有较强的环境适应力，这可能由多属协同作用所致。研究结果强调，姜瘟病的防控需结合土壤微生态整体修复，而非单一病原靶向治理。

5 结论

姜瘟病显著改变了小黄姜根际微生物群落结构，突出表现为青枯菌属的富集和微生物多样性的降低。功能预测提示病害微生物组具有更强的致病性和环境适应性。该研究为通过土壤微生物调控缓解姜瘟病提供了理论依据，未来需通过病原分离和分子验证进一步明确其致病机制。