Microbiome|南京农业大学沈其荣院士团队袁军教授课题组发表最新成果—适度低磷通过调控根际代谢物与微生物互作增强黄瓜枯萎病的根际抗性

研究背景

农业集约化生产过程中，大量施用磷肥已成为全球农田管理的普遍现象。然而，由于植物对磷素的吸收利用效率通常不足20%，大量磷肥在土壤中累积形成“遗留磷”。长期以来，人们主要关注遗留磷对水体富营养化的影响，而其对农田土壤健康和作物病害发生的生态学影响仍缺乏系统认识。

黄瓜枯萎病是由尖孢镰刀菌黄瓜专化型（Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum）引起的重要土传病害，严重威胁设施蔬菜生产。越来越多研究表明，植物根际微生物群落在作物抗病过程中发挥关键作用，但磷素水平如何通过影响根际代谢物与微生物群落互作，从而调控植物病害发生，仍然是植物—微生物互作研究领域的重要科学问题。

针对这一关键问题，南京农业大学袁军教授团队通过整合微生物组学、代谢组学和生态网络分析等多种技术手段，系统解析了磷素供应水平对黄瓜枯萎病发生的调控机制。研究成果以《Phosphorus availability drives rhizosphere metabolite-microbial community interactions to modulate cucumber susceptibility to Fusarium wilt》为题发表在国际学术期刊Microbiome。

研究亮点

本研究揭示了磷素供应通过调控根际代谢物—微生物群落互作网络，进而影响作物对土传病害的敏感性。研究发现：

低磷条件可以显著增强黄瓜对枯萎病的抗性，而高磷条件会显著提高病害发生率。

低磷环境重塑根际代谢物组成，促进有机酸类代谢物积累，从而招募具有解磷和抑病功能的有益微生物群落。

研究利用构建由低磷条件下关键微生物组成的合成微生物群落（SynCom）的方式，验证了低磷根际环境中特征代谢物如何与微生物组协同作用，显著抑制病原菌。

该研究提出了通过调控土壤磷素管理和根际微生物群落结构实现土传病害生态防控的新思路。

研究结果

1、磷素水平显著影响黄瓜枯萎病发生

研究团队在不同磷素供应水平下开展黄瓜接种试验，结果发现：高磷处理（HP）下黄瓜枯萎病发病率达到 84.5%，显著高于正常磷处理。低磷处理（LP）下发病率仅为 22.2%，显著低于正常磷水平。进一步在无菌条件下进行验证发现，不同磷水平下植物发病率差异明显减弱，表明根际微生物群落在低磷条件下的抗病作用发挥了关键作用。

2、低磷条件重塑根际微生物群落结构

通过16S rRNA与ITS高通量测序分析发现，不同磷水平显著改变黄瓜根际微生物群落结构。

在低磷条件下：细菌属 Bacillus、Devosia、Sphingopyxis、Cupriavidus显著富集；真菌属 Aspergillus、Amesia富集。这些微生物具有解磷能力和抑制病原菌的潜在功能。而在高磷条件下：病原相关微生物 Fusarium、Rhizopus 等相对丰度明显升高。群落组装机制分析显示：高磷条件下微生物群落主要由确定性过程驱动低磷条件下则以随机组装为主，并形成更稳定的生态网络结构。

3、磷素水平调控根际代谢物组成

代谢组学分析发现，低磷根际显著富集的代谢物包括琥珀酸、壬二酸、苏糖酸和甲硫氨酸（简称LPDRM）；高磷根际则富集了肌醇、二羟基丙酮、山梨醇和3-氨基异丁酸（简称HPDRM）。向土壤中添加LPDRM能显著抑制病害，而添加HPDRM则加剧病害，证实了这些代谢物的功能。

4、构建合成微生物群落实现病害抑制

研究团队从低磷根际成功分离了代表关键属的62株菌，并通过功能筛选，构建了一个包含13株细菌和6株真菌的合成菌群。体外试验表明，LPDRM能被这些有益菌高效利用并吸引其趋化，而HPDRM则能被病原菌直接利用促进其生长。SynCom与LPDRM协同增效，在高磷条件下仍能有效防病：将低磷来源的合成菌群与LPDRM联合施用到高磷土壤中，表现出最强的病原菌抑制效果，使病原菌丰度降低99%，并在盆栽试验中将高磷条件下的黄瓜枯萎病发病率显著降低55.1%。

研究意义

本研究系统揭示了磷素供应通过重塑根际代谢物—微生物群落互作网络，从而调控植物对土传病害敏感性的机制。

研究表明：过量磷肥施用会增加作物病害风险；适度低磷环境能够促进有益微生物群落形成；代谢物—微生物协同作用是形成抗病根际生态的重要机制。

该研究将磷素管理的视角从单纯的植物营养拓展到土壤生态健康和病害防控的维度，表明长期磷素累积的农业系统面临更高的作物发病风险。因此，合理的磷肥施用策略需同时考虑其对土壤微生物生态和植物营养的双重影响。研究提出的利用低磷富集的有益微生物及其特征代谢物协同应用的策略，为高磷累积农田的可持续病害防控提供了新思路。

引文格式

Liu, X., Yang, S., Xie, P., Niu, G., Shen, Q., & Yuan, J. (2026). Phosphorus availability drives rhizosphere metabolite-microbial community interactions to modulate cucumber susceptibility to Fusarium wilt. Microbiome. https://doi.org/10.1186/s40168-026-02381-1

根际互作生物学研究室 简介

根际互作生物学研究室是沈其荣院士团队内一个关注于根际互作的课题组，由袁军教授带领，主要关注：1.植物和微生物互作在克服连作障碍过程中的作用；2  环境微生物大数据整合分析；3 环境代谢组解析微生物过程研究体系开发和应用。课题组在Nature Communications，Molecular Plant，Global Change Biology，ISME  J，Microbiome，SCLS，Protein & Cell, Fundamental Research，SBB，New  Phytologist，iMeta，PCE， JAFC（封面），Horticulture  Research，SEL（封面）等期刊上发表了多篇文章，包括ESI高被引论文10篇。