植物与土壤之间的反馈源自植物在土壤中遗留的微生物影响。嫁接是一种常用的防止单一种植（连作）作物产量下降的技术。然而，我们对嫁接如何改变土壤微生物群落组成以及这些变化如何影响后续作物表现的理解仍然有限。
2024年11月14日，国际微生物学权威期刊Microbiome发表了南京农业大学沈其荣院士团队的最新相关研究成果，题为Effect of plant-derived microbial soil legacy in a grafting system—a turn for the better的研究论文。南京农业大学/兰州大学凌宁教授为论文的通讯作者，南京农业大学王婷婷为论文第一作者，阮杨、徐琪程、沈其荣院士、法国Philippe Vandenkoornhuyse教授为论文的共同作者。
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该研究的实验包括种植未嫁接和嫁接的西瓜以获得驯化土壤，然后在这类土壤上再次种植西瓜，以研究植物与土壤反馈效应。
用于评估源自植物的土壤微生物遗留影响的实验设计示意图
未嫁接植物在先前由不同植物驯化的土壤（异种土壤）中生长得更好，而嫁接植物则在相同植物驯化的土壤（同种土壤）中表现更佳。研究团队通过实验展示了这些生长差异与微生物的变化有关。使用监督机器学习算法，研究人员发现某些属如根瘤菌属(Rhizobium)、黄杆菌属(Chryseobacterium)、镰刀菌属(Fusarium)和青霉菌属(Aspergillus)的相对丰度差异显著影响了同种植物与土壤的反馈。代谢组学分析显示，在异种土壤中的未嫁接植物促进了精氨酸生物合成，而在同种土壤中的嫁接植物增加了鞘脂代谢。
此外，在异种土壤中鉴定出的未嫁接植物的宏基因组组装基因组(MAGs)包括黄杆菌属(Chryseobacterium)和溶杆菌属(Lysobacter)，这些微生物在早期研究中已被突出识别为促进植物生长的贡献者。代谢途径重建揭示了黄杆菌属可能具有将D-葡萄糖酸-1,5-内酯转化为葡萄糖酸的能力，这指向了嫁接与未嫁接植物之间不同的病害抑制机制及因此产生的不同微生物功能遗产。
在未嫁接调节土壤和嫁接调节土壤上生长的未嫁接西瓜的四种 MAG 的代谢特征
研究人员的实验结果表明，土壤微生物库对植物生长有深远的影响，并提示保护和改善农业土壤中的这一微生物群落的必要性。这项工作也暗示了通过嫁接优化微生物介导的好处的可能性，即通过“工程化”的土壤微生物群落来更好的促进植物生长。
该研究得到了国家自然科学基金（32302670）等科研项目的支持
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