文章题目：High carbon resource diversity enhances the certainty of successful plant pathogen and disease control
期刊：The New Phytologist
影响因子：8.3
发表时间：2022
关键词：生物多样性，微生物均匀度，有机资源，植物病害，青枯菌，番茄。
参考文献：Xing Z, Liangliang L, Jun Z, et al. High carbon resource diversity enhances the certainty of successful plant pathogen and disease control[J]. The New phytologist, 2022, 237(4):1333-1346.
1.研究背景
l土壤微生物群落对植物健康至关重要，而有机资源可塑造微生物群落结构和功能，但如何利用有机资源调控土壤微生物以促进植物健康尚不明确。
l资源多样性理论上可增强生态系统功能，但现有研究对此缺乏充分论证，且有机改良剂在病害抑制效果上存在较大差异。
2.研究目的
本研究选用番茄和青枯菌作为模式作物——病原体系统，以探究资源多样性对微生物多样性和抗病功能的影响。
3.科学问题
l虽然已知土壤微生物群落对植物健康重要，且有机资源可影响微生物群落，但不清楚如何利用有机资源精准塑造有利于植物健康的土壤微生物群落结构和功能。
l资源多样化理论上可带来诸多益处，但在现有研究中缺乏充分的实证，尤其是在碳资源多样性与微生物多样性、微生物功能（如入侵抗性）之间的关系方面，实证研究有限。
l有机改良剂在病害抑制效果上存在很大差异，从积极到消极效果都有，这限制了其在实践中的应用，因此需要深入探究碳资源多样性对植物病害控制的确定性影响及其背后的机制。
4.实验材料与方法
l微观实验：从种植番茄的土壤中分离细菌菌株，选取8种具有不同碳源利用能力的菌株构建3种合成群落，分别包含4、6和8个菌株，模拟不同微生物丰富度。针对每种碳类型（碳水化合物、有机酸、氨基酸），从12种碳源中随机选取1 - 11种，配置204种碳混合物，采用替代设计保证总资源浓度相等，共构建1836个微观体系，测定病原体抑制率（IR），并计算平均利用强度（AUI）、菌株均匀度（Evennessstrain）和碳源均匀度（Evennesscarbon）等参数评估营养网络架构。
l驻留控制盆栽实验：在微观实验基础上，开展盆栽实验研究资源多样性对番茄青枯病发病率的影响。表面灭菌的番茄种子发芽后移栽，添加细菌悬浮液（包含特定菌株和青枯菌），用不同碳类型和多样性的碳混合物灌溉，设置对照，记录发病情况。
l体内盆栽实验：采用自然系统（包含体内土壤微生物群落和番茄植株）进一步测试碳多样性影响。分配不同碳多样性的碳混合物，将青枯菌混入土壤，种植番茄，定期灌溉碳混合物，记录病害发病率，采集土壤样本，分析微生物群落结构和功能。
5.结果与讨论
l微观实验中病原体抑制情况
碳类型、碳多样性和合成群落丰富度显著影响病原体IR，其中碳多样性和合成群落丰富度对IR的影响更为重要。除特定情况外，碳多样性与病原体IR呈显著正相关，且能降低IR的变异。AUI与碳多样性对IR的确定系数相关，Evenness strain是连接碳多样性和IR的重要中介因素。合成群落丰富度增加也可提高病原体抑制效果，但CA修正的微观体系中其对IR的决定系数较低。
l驻留控制盆栽实验中病害抑制情况
实验中所有盆栽病害发病率随时间增加，35天后趋于稳定。AA处理组在第41天的病害发病率显著高于CA和OA处理组，且碳多样性越高，病害发病率越低。碳多样性显著增加了CA和OA修正土壤中的微生物均匀度，但AA多样性对微生物均匀度的影响因排除异常值而不同，且总体上AA修正降低了微生物均匀度。
l盆栽实验中病害抑制情
AA修正土壤中的细菌丰度显著高于CA和OA修正土壤，但不受碳多样性影响。碳类型对微生物群落结构有显著影响，AA修正土壤与其他两组在PCoA轴上分离，碳多样性影响CA和OA修正土壤在第二轴上的分布。CA和OA多样性增加显著提高了优势物种均匀度，对稀有物种均匀度无影响；AA多样性增加稀有物种均匀度，但对优势物种均匀度影响较小。碳多样性显著影响番茄青枯病发病率，与微生物均匀度、丰富度和多样性呈负相关，且微生物均匀度和多样性对病害发病率的决定系数较高。
l优势物种组成与相互作用
变形菌门、放线菌门、拟杆菌门和绿弯菌门是优势菌门。有机修正改变了优势物种组成，修正后土壤的NTI显著高于未修正土壤，且碳多样性增加时NTI升高，尤其在CA组。碳类型和多样性影响优势物种共现网络结构，节点数、边数和平均加权度随碳多样性增加而增加，CA修正土壤网络复杂性最高，AA修正土壤最低。
l微生物功能对碳多样性的响应
碳多样性显著影响土壤微生物功能（基于eggNOG和CAZy数据库注释）。通过Pearson相关分析鉴定出碳多样性响应基因，eggNOG数据库中有1224个，CAZy数据库中有46个，且不同功能集对碳多样性的响应基因比例不同。部分基因与病害发病率显著相关，通过随机森林分析确定了关键响应基因。
图2微宇宙研究中的病原体抑制。(a)不同合成群落和碳混合物中病原体抑制率（IR）的概述。SynCom 4、6、8代表由四个、六个和八个菌株组成的合成群落。(b)碳多样性的重要性，综合社区丰富度，碳类型在预测随机森林分析确定的IR。(c)不同碳源类型和碳密度下的病原菌IR。* ，P < 0.05; **，P < 0.001。条表示SE。(d)平均利用强度（AUI）和碳多样性对病原菌IR的决定系数之间的相关性。（e）使用最大似然法的结构方程模型（SEM）显示了碳多样性对病原菌抑制的作用途径。灰色线代表不显著（P ≥ 0.05）的通路。蓝色和红色箭头分别表示正和负关系。箭头的宽度与路径系数的强度成比例。碳多样性进行了对数转换。(f)Evennessstrain和病原体IR之间的相关性。与线相关的阴影表示0.95的置信区间。
