土壤微生物在植物生长发育和次生代谢产物积累的过程中发挥重要作用。土壤类型是土壤菌群结构的重要决定因素之一，理清不同土壤类型中微生物对药用植物的影响有助于提高中药材质量和产量。白及为兰科植物白及Bletilla striata(Thunb.) Rchb.f.的干燥块茎，药用历史悠久，现代研究证实块茎中总酚、militarine等次生代谢产物具有抗炎、抗氧化、抗菌的作用。前期调研发现不同土壤类型种植的白及质量、产量差异显著，但土壤微生物是否影响白及道地品质形成还不清楚。
近期，我院青年教师肖承鸿高级实验师及其培养的硕士研究生胥春云以共同第一作者在《Frontiers in Microbiology》杂志上发表了题为“Soil Microbial Communities Affect the Growth and Secondary Metabolite Accumulation inBletilla striata(Thunb.) Rchb. f.”的研究论文。该研究发现壤土和粘土由于理化性质的不同，导致两者形成了独特的土壤微生物结构，这些特有的菌群通过影响白及根部土壤营养元素吸收、水分转运、免疫系统活性等途径参与调控白及次生代谢产物的合成与分解。其中，壤土中特有的微生物刺盘孢属Colletotrichum通过促进磷等营养元素的吸收来调控白及地上部分和地下部分的生长；而粘土中的微生物链霉菌属Streptomyces可能通过激活白及的免疫系统来影响Militarine合成相关基因的表达，并调控合成转化关键酶的活性，从而促进白及块茎中Militarine的积累。本研究为微生物群落如何影响白及的生长和特定次生代谢物的合成奠定了重要基础，也有助于指导优化栽培。
图1论文快照
论文导读
该研究首先在砂质壤土和砂质粘土中进行田间实验，2年后采收白及和对应的土壤样品进行检测，发现砂质壤土中种植的白及地上、地下、块茎和须根干重等均显著高于砂质粘土，说明砂质壤土有利于白及的生长，而砂质粘土中种植的白及Militarine含量显著高于砂质壤土，说明砂质粘土更有利于白及次生代谢产物的积累，见图2。
图2砂质粘土和砂质壤土对白及生长和次生代谢产物积累的影响
紧接着，对种植白及砂质壤土和砂质粘土的理化性质及两种土壤中的微生物进行分析，发现除总磷、钾和铁以外，有机碳及其他元素均在砂质壤土中较高，说明砂质壤土营养元素更加丰富，见图3。同时在属水平上分析发现，Lectera、Colletotrichum仅在砂质壤土中被检测到，而Stachybotrys、Streptomyces等在砂质粘土中相对丰度较高，说明两种土壤的微生物相对丰度存在显著差异，见图4。
图3砂质粘土和砂质壤土的理化性质差异比较
图4砂质壤土和砂质粘土中微生物属水平的相对丰度分析
为排除土壤理化性质的干扰，验证两种土壤中的微生物菌落对白及生长和次生代谢产物的影响，采用微生物移植种植白及，6个月后检测。发现砂质壤土微生物移植组（LMTS）的白及株高及地下分部干重显著高于砂质粘土微生物移植组（CMTS）和对照组（CK），说明砂质壤土的微生物菌落更有利于白及的生长，而CMTS组Militarine的含量高于LMTS组和CK组，说明砂质粘土的微生物菌落能促进白及块茎中次生代谢产物的积累，见图5。
通过相关性分析及查阅文献，推测砂质壤土中微生物能促进白及的生长，可能是刺盘孢属Colletotrichum通过促进白及对磷的吸收，从而促进白及的生长；而砂质粘土中的微生物会促进白及中Militarine的积累，可能是链霉菌属Streptomyces通过调控合成Militarine前体的关键酶，Militarine合成相关基因或者产生植物激素促进白及块茎中Militarine的积累。
图5砂质壤土和砂质粘土微生物群落结构对白及生长及次生代谢产物含量的影响
《Frontiers in Microbiology》杂志属生物学-微生物学领域的Top期刊，中科院二区，IF=6.064，在本领域有较高影响力。肖承鸿高级实验师和硕士研究生胥春云为该论文的第一作者，周涛教授为该论文的通讯作者。
第一作者，肖承鸿（左）；并列第一作者，胥春云（中）；通讯作者，周涛（右）
原文链接：
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2022.916418/full
文/图，肖承鸿、胥春云、张进强
一审：王艳红
二审：潘 琪
三审：周 涛
