《武汉工程大学学报》  2021年04期 381-390   出版日期：2021-08-31   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ

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间作下根际微生物控制土传病害的研究进展


一个地区长期种植单一农作物会出现严重的连作障碍问题，主要表现为土传病害频繁发生，作物生长情况差、产量低等问题。使用农药可以暂时缓解连作障碍带来的不利影响，但是长期施用农药会导致病菌产生耐药性，从而降低农药的抑菌能力。不仅如此，农药的滥用会严重污染土壤生态，增加土壤中有毒化合物的含量，导致土壤养分结构失衡，土壤性状恶化。所以，从根本上防治土传病害，并解决连作障碍问题，必须改变作物的长期单作模式，采取对环境友好的种植制度。间作是指按照指定的行距在同一田块同时种植两种不同作物品种的种植管理方法［1］，如图1所示。作为一种传统有效的生态农业种植制度，间作具有高效利用光照、热能、土壤、养分、水资源以及其他自然资源的优势，这种优势不仅能够促进植物的生长发育，在有限的耕地下提高作物的单位面积产值和土地当量比，同时还能避免长期单一化种植带来的连作障碍问题，有效抑制多种病虫害，促进农田生物的多样性，维持农田生态系统的持续种植能力。因此，间作具有显著的经济价值和生态促进作用［2］。近年来，多种间作方法和间作作物组合方式在增产抗病方面的作用已经被世界各国学者所认可。例如，西瓜和小麦［3］或水稻［4］间作能够明显抑制了枯萎病对西瓜的侵害，玉米和大豆间作能有效控制大豆的红冠根腐病等［5］。但是，不同的间作模式达到的抗病效果不同，只有深入研究间作抗病机理，合理地设计间作组合和间作方法，才能有效提高作物的抗病能力。针对间作抗病的各种机制，学者们已经取得了多方面的成果［6-8］，如图1所示。间作作物之间存在的隔挡效应和稀释效应，能有效控制病菌孢子的传播。此外，不同作物之间对生存空间和养分的竞争会增强作物对病害的抵抗能力，而且间作时不同株高和作物间距会增加植物的光合利用效率，降低空气湿度，损害病菌的生存空间。间作除了改变作物间的微环境之外，还能促进根系分泌物的多样化，直接影响高感作物或者影响作物根际微生物，从而促进高感作物的抗病作用。间作甚至能激发宿主植物的抗性基因表达，提高防御酶活性，从而增加对病害的抗性。目前，大量国内外关于间作抗病机理的研究主要是针对地上部分的讨论。然而，对于间作抗病的地下部机理，研究尤其是根际土壤微生物和间作作物的相互作用方面的报道十分有限（图1）［9］。这可能是由于植物根际效应复杂、根际分泌物的收集受限、可培养微生物所占比例极低，根际微生物多样性分析不够深入等原因造成。但是，根际微生物的群落结构、种群丰度以及特定代谢功能的探究是研究间作系统抗病机理的重要一环。随着DNA测序技术精确度的不断提高，成本不断下降，越来越多的学者开始利用高通量测序技术分析土壤微生物的群落分布，此技术有助于深入开展对间作模式下土壤微生物层面抗病机理的研究。本文综述了间作系统对微生物群落结构和代谢功能的影响，介绍了间作作物组合、品种选择和间作方式对土壤根际微生物的影响，并且从根际微生物层面总结了间作模式下的植物地下部抗病机理，为未来间作抗病研究提供新的角度，也为间作模式的合理运用提供理论基础。[20102011201220132014201520162017201820192020][120100806040200][Number of published papers ][35302520151050][Number of published papers ][Year][Chinese journalForeign journal][Chinese journalForeign journal][20102011201220132014201520162017201820192020][Year][ b ][ a ]图1　2010-2020年涉及间作抗病研究概况：（a）间作抗病研究，（b）有关微生物对间作抗病的研究Fig. 1　Number of published papers in 2010-2020： （a） studies on disease control by intercropping，（b） studies on disease control by intercropping involving microbial content1　间作系统对根际微生物的影响1.1　间作系统对根际微生物群落结构的影响植物根际定殖的微生物群落结构多样性很大程度上受植物种类的影响。当玉米和马铃薯间作以及圆葱和番茄间作时，土壤微生物群落的α多样性和β多样性明显增加，香农指数、丰富度以及均匀度都高于单作作物［10-11］。此外，具体的优势微生物类群也发生改变。当百合与玉米间作时，微生物多样性在属水平上发生显著变化，病菌如尖孢镰刀菌、摩西斗管囊霉菌和柱孢菌的丰度减少，而抑制病害，促进植物生长的菌群如鞘氨醇单胞菌属和溶杆菌丰度增加［12］。圆葱和番茄间作时，有益菌如酸杆菌亚组-6、节杆菌、芽孢杆菌和假单胞菌的相对丰度增加，而病菌如枝孢霉菌的数量减少［11］。因此，间作模式下根际土壤微生物的数量与群落结构多样性发生的变化能够影响土传病害的发生。辣椒和玉米间作时，酸杆菌门和浮霉菌门的相对丰度显著提高，黄单胞菌目相对丰度显著下降。并且研究发现，酸杆菌门和浮霉菌门和土壤抑病功能相关，而黄单胞菌目部分细菌属于植物病原菌，因此间作时根际微生物的改变影响了土壤的抑病能力［13］。在和毛苕子或小麦间作时，黄瓜根际土壤的微生物群落多样性有效提高，并且显著降低了病原菌尖孢镰刀菌的数量，缓解了黄瓜的枯萎病、角斑病等多种病害［14］。苏世呜等［15］通过盆栽实验研究水稻/西瓜间作时发现，西瓜根际的土壤微生物群落大幅改变，通过对磷脂脂肪酸（PLFAs）的检测和对可培养微生物的平板计数得知，革兰氏阳性菌和放线菌相比单作明显增多，而真菌数量减少，病原菌数量显著降低，西瓜枯萎病也得到有效抑制。在间作系统下，多种植物的根系交织在一起，构成错综复杂的根际环境。不同植物品种的根系分泌的代谢产物存在差异，因此间作时植物的根系分泌物种类和含量远高于单作水平。这为微生物提供了更多类型的碳源，拓宽根际生态位，减少了各个物种间的生态位重叠，使更多菌群能够共同生存，从而改善根际微生物群落的生存环境（图2）［16］。由于生存环境的改善，作物根际土壤中微生物群落的整体数量和多样性增加，降低了单一病菌品种在单位体积土壤中的占比，并且根际微生物丰度和多样性越高，能够占据病菌的生存空间越大，病菌的生存环境越恶劣，也就很难作为优势菌种占据主要生态位，从而降低对作物的侵害能力。除此之外，有益微生物种群如假单胞菌、芽孢杆菌和木霉菌等丰度增加，也会通过竞争、拮抗等作用有效抑制病原菌的生长，从而在防治植物土传病害方面发挥关键性的作用（图3）［17］。因此，在间作模式下，根际微生物数量和群落结构多样性的增加是抑制植物土传病害的主要原因之一。[Monocropping system][Intercropping system][Root exudatesRhizosphere microflora]图2　单作和间作系统下的根系分泌物和微生物多样性的关系Fig. 2　Relationship between root exudates and microbial diversity under monocropping system and intercropping system1.2　间作系统对根际微生物代谢功能的影响在间作系统下，除了根际微生物的群落结构发生改变外，其代谢活性和代谢功能也会受到影响。在采用Biolog ECO微平板法检测土壤微生物群落代谢功能多样性时，通常用平均颜色变化率（average well color development，AWCD）来表征微生物利用碳源的能力和代谢活性的大小［18］。董艳等［19］指出，间作模式下作物根际微生物群落对糖类和氨基酸类碳源的利用增加，微生物活性和单作相比更高，而病原菌数量和单作相比显著减少，从而有效抑制了病害。玉米和马铃薯间作和单作相比，增加了玉米根际微生物对羧酸类、氨基酸类和聚合物类碳源的利用，降低了对糖类的利用，而马铃薯根际微生物对糖类、氨基酸和胺类碳源的代谢强度降低［10］。Wahbi等［20］通过测定原位分解代谢潜能来评估土壤微生物群落代谢功能的多样性时发现，相对于单作，间作模式下微生物对糖类、羧酸的代谢性能明显增强。研究表明，在间作模式下，作物根系高度互作，增加了根系分泌物中的各种糖类、氨基酸和羧酸等物质的种类和含量，为根际微生物群落中利用不同基质的菌群的生长提供充足的能源，从而增强了多种土壤微生物的代谢活性，促进微生物群落结构的多样化［21］。此外，Lian等［22］研究发现，间作显著影响了原核生物的固碳作用、细菌的柠檬酸循环过程和木质腐生菌的作用，间作过程中微生物这些代谢功能的过度表达会大量积累代谢产物和养分，这不仅能促进有益微生物的生长，还能够抑制病菌的繁殖。Guo等［23］发现，玉米和花生间作时，一些和病害免疫有关的代谢通路增加，如谷胱甘肽代谢、类黄酮生物合成、细菌趋化性等，可能和间作模式下的病害控制存在关联。因此，间作模式能够增加微生物的代谢活性，促进多种代谢功能的表达，并对植物病害的控制起到重要作用。1.3　不同间作模式对根际微生物的影响在不同的间作模式和条件下，根际微生物的群落结构会发生显著的变化，从而影响间作作物对病害的抵抗能力。不合理的间作方法设计，不仅不能起到增产抗病的作用，还可能使间作丧失抗病作用，甚至造成土传病害恶化。因此，不同作物的搭配组合以及同一作物的品种选择都是影响根际微生物群落的重要因素。例如将豆科作物绿豆、大豆和燕麦间作后，燕麦根际固氮微生物多样性明显提高，nifH基因拷贝数相比于单作情况下增加了1倍［24］。通过田间实验发现，黍和红豆间作时，根际土壤中放线菌属的丰度明显少于和其他豆类（如红芸豆、黄豆）间作，而变形菌属的情况则相反。此外，在同一种间作模式下，在作物的开花期和灌浆结实期，拟杆菌属的丰度少于其他生长时期。通过功能多样性分析也发现，代谢通路丰度的差异性和微生物群落结构类似，说明微生物群落结构的变化、不同的作物间作组合以及作物生长阶段高度相关［25］。在以花生为主要作物，与荞麦、高粱和黄米构成3种组合的研究中，根际细菌群落多样性明显高于单作，其中花生荞麦间作拥有最高的多样性指数［26］。不仅不同植物间作时根际微生物群落结构存在差异，同一作物不同基因型的植物间作时，根际的微生物群落结构也会发生显著变化［27］。例如小麦跟蚕豆间作时，小麦的品种差异对实验结果造成明显的影响。云麦42品种、云麦47品种和蚕豆间作，相比绵阳29品种，显著提高蚕豆根际微生物群落的多样性，并且缓解了蚕豆枯萎病［28］。除此之外，作物的间作方式也会对根际微生物群落结构造成一定的影响。在小麦和蚕豆间作的温室盆栽实验中，相比于条带间作制度，完全混合间作模式下作物根际的细菌真菌多样性显著提高［29］。玉米/大豆以2∶1方式间作（每排大豆作物之间种植两排玉米作物）时，根际真菌OTUs数量明显超过其他比例，玉米产量也明显增加［30］。综上所述，选择好作物的品种、间作搭配组合以及间作的方式，能更好地改善根际土壤微生物的生长环境，从而发挥间作增产抗病的优势。2　基于根际微生物的间作抗病机理根际微生物能够通过多种方式抑制病原菌的定殖，进而增强植物对土传病害的抵抗能力。其中，主要的抗病机理包括养分和宿主感染位点的竞争、生防菌对病原菌的拮抗作用、化感自毒作用的缓解以及激发植物的诱导系统抗性（图4）。植物间作时，这些机理可以同时存在，协同产生抗病作用［31］。2.1　竞争养分与宿主感染位点植物的病原菌需要吸收多种外源性营养物质如碳水化合物、氨基酸和铁离子等才能顺利萌发［32］。当根际土壤中的有益微生物和病原菌争夺营养物质时，最终会减少病原菌生长所必需的养分，从而抑制病原菌的定殖和对植物的侵染。Borrero等［33］研究发现，番茄青枯病的发病率和Biolog ECO板中碳源的利用率呈负相关，当根际微生物大量消耗碳源时，通过竞争作用抑制了病原菌的生长。而在间作系统下，当根际土壤微生物的数量、多样性以及活性显著增加时，对能源消耗量增加，从而加大了病原菌生长的竞争压力，进而增强对病原菌的抑制效果，显著缓解土传病害。在蚕豆和小麦间作的地块中，根际微生物能够利用多种糖类和氨基酸类碳源，并且利用效率较高，大量消耗根际的能源和碳源，与病原菌产生竞争作用。此外抑氨基酸和总糖的分泌量减少，导致病原菌可利用的能源减少，生长繁殖受到抑制，从而使蚕豆枯萎病的病情指数显著降低33%~48%［19］。除此之外，间作时能够促进根际土壤中多种促生菌（plant growth promoting rhizobacteria，PGPR）的生长繁殖，其中包括芽孢杆菌属、假单胞菌属、木霉属和放线菌属等。这些生防细菌或真菌会抢先占领作物根系适合生长繁殖的有利位点，利用根际养分和根系分泌物大量繁殖，这不仅会抢夺病原菌所需的养分，还能阻止了病原菌在这些根系位点上的定殖，进而抑制病菌侵染［34］。何首乌和穿心莲间作时，显著提高了根际土壤中有益放线菌如北里孢菌属和分枝杆菌属的相对丰度，有力地挤压了病原菌的生存空间，因此能够有效控制土传病害［35］。病菌除了和有益菌发生养分竞争外，还要和同种病菌菌群的其他生理小种发生宿主感染位点的竞争。研究发现［36-37］，作物在受到病害侵染的过程中，会产生病原菌的无毒生理小种。这种菌株由于自身无毒的特性，所以对作物没有危害，但由于和有毒的病原菌株有相同的生态位，更容易与其争夺养分和宿主感染位点，从而抑制病原菌的侵染。当单一作物长期种植时，形成的病菌生理小种种类单一，以具有毒性的病原菌为主，因此受到的竞争压力较小，不会影响病菌的生长和对作物的侵染；而多种作物间作时，会形成多种类型的生理小种，种间竞争压力大，从而加强了对有毒病原菌的抑制能力。朱有勇等［38］发现，混合间作多品种水稻会产生很多稻瘟病无毒小种，无毒小种的增加阻隔了病原小种在水稻群体中大规模的传播，一定程度上缓解了稻瘟病的发生。所以微生物相同物种之间不同的生理小种也会产生竞争关系，抑制病原小种的生长繁殖。因此，在间作模式下，根际土壤中的各种菌群都会参与争夺病菌生存必需的空间和资源，影响病菌的生长和定殖，最终将病菌挤出生态位，起到防治土传病害的目的。2.2　生防菌对病原菌的拮抗作用 生防菌不仅能争夺病原菌的养分和生存空间，还能产生抗菌物质，抑制病原菌生长繁殖或者对病原菌直接进行杀灭。具有拮抗功能的微生物会产生抗生素（如藤黄绿脓菌素和链霉素），产生噬铁素，剥夺病菌的铁元素或者分泌溶菌酶（如几丁质酶和蛋白酶）从而破坏病菌结构［39］，进而对病原菌产生拮抗作用，抑制病害。间作模式在丰富根际微生物的整体多样性的同时，释放了多种根系分泌物作为营养来源，吸引了大量拮抗微生物往根际聚集，增加了根际生防菌的数量、种类和活性，加强了拮抗性能，从而促进其对病原菌的拮抗作用［40］。例如在玉米和魔芋间作时，生防菌芽孢杆菌的种群数量始终比病原菌尖孢镰刀菌高，并且玉米和魔芋的种植距离越小，生防菌对病菌的拮抗效果越佳。原因可能是芽孢杆菌定殖于根表面，随着根的生长而逐渐富集，最后在根外分泌一层由黏胶物质组成的天然物理屏障，将病原菌阻挡在外，从而抑制了植物病害的发生［41］。在连作障碍的果园土中，利用不同小麦品种和佳丽果种植，能够改善土壤中的荧光假单胞菌的数量以及拮抗性能，有效抑制土壤中的病原菌，缓解连作障碍［42］。田晴等［43］利用小麦和西瓜根系分泌物的共同作用，有效地增加了西瓜根际中木霉菌的相对丰度，由于木霉菌是一种能够分泌针对真菌细胞壁的裂解酶的生防真菌，能够分泌针对真菌细胞壁的裂解酶，因此木霉菌的增加，促进了对病原菌的拮抗作用，降低了尖孢镰刀菌和腐生菌的相对丰度。除此之外，丛枝菌根（Arbuscular Mycorrhizae，AM）真菌作为一种特殊的有益真菌菌群，也能够拮抗多种由真菌、细菌和线虫等病原体引起的土传病害，缓解黄瓜、西红柿、玉米和马铃薯等植物受危害的程度。研究表明，AM真菌能改变宿主植物根系形态结构，加速植物细胞壁的木质化，阻碍病原菌穿透植物细胞组织并进一步侵染植物根系［44］。另外AM真菌自身细胞壁上存在的物质也能抑制病原菌，球囊霉属的AM真菌菌丝细胞壁上存在β-1，3-葡聚糖，对病原菌起到一定的屏障作用［45］。AM真菌不仅自身能够对病原菌起到拮抗作用，还能改善根际微生物群落结构，激发其他具有拮抗作用的微生物活性，增加如木霉属、链霉菌属和放线菌等有益微生物的数量［46］。例如，利用青蒜、罗勒作为番茄的间作搭配后，能够发挥出AM真菌的生物保护作用。随着根际土壤中的丛枝菌根真菌数量的增加，枯萎病病情的严重程度得到缓解［47］。旱作水稻和西瓜间作时，AM真菌幼套球囊霉提高了细菌和放线菌的数量，降低了病原菌尖孢镰刀菌和其他真菌的数量，从而改善了根际微生物群落结构，使之从真菌型向细菌型转化，因此有效抑制了西瓜的枯萎病，并且促进了旱作水稻的生长［48］。然而，拮抗细菌只对特定的土传病原菌有抑制作用，并且这种抑制作用会受到环境的限制［49］。比如种群数量达不到一定规模［50］，或者对养分或根系分泌物的竞争力不如病原菌［51］，会导致其对病菌的拮抗作用较弱。抑制植物土传病害需要根际微生物的群体作用，因此，少数拮抗菌难以达到抗病的目的，只有增加根际微生物的多样性，将不同微生物的拮抗功能集中起来，才能更有效地控制根际病原菌［52］。2.3　缓解化感自毒作用 化感作用是植物或微生物向环境中分泌生化物质，促进或者抑制自身或其他生物生长的一种生态现象，其中植物自身分泌抑制自身的生长被称为化感自毒作用［53］。自毒物质的种类多样，但都能对植物生长直接起到抑制作用或刺激土传病原菌生长进而侵害植物。如黄芩在连作时的根系提取物黄苓苷不仅诱发了自毒作用，而且刺激了两种土传病原菌的生长［54］。酚酸类物质是学者们公认的化感自毒物质，因为活性较强而且被广泛研究，对抑制植物生长、诱发土传病起到了关键的作用［55］。Liu等［51］发现，烟草根际的病原菌青枯菌能更好地适应酚酸物质的积累，进而在低酚酸浓度下比其拮抗细菌短芽孢杆菌更加有效地利用酚酸，这也是单作模式下烟草青枯病爆发的根本原因。在花生长期连作的土壤中，酚酸物质如羟基苯甲酸、香草酸和香豆酸的含量明显增加，与此同时，花生的干鲜重降低，保护酶活性增加，病菌感染率增加［56］。这说明，酚酸类物质会刺激病原菌的繁殖，同时对植物本身也会产生极大的毒性，损伤植物组织。除此之外，酚酸物质也会影响土壤微生物的群落结构，土壤中酚酸类物质的加入会大幅改变根际微生物的群落结构，同时也诱发病原菌大量生长繁殖［57- 58］。由此可见，降低酚酸含量是间作模式下通过根际微生物抑制土传病害、缓解连作障碍的重要机理之一。将中药材苍术和花生间作后，细菌的丰度明显增加，革兰氏阴性菌的数量明显增加，有益微生物的增加促进了对香草酸、对羟基苯甲酸、以及对香豆酸的降解效果，因此减少了病原菌的数量。随着间作距离的缩短，酚酸降解的越多，抑制花生病害增加产量的效果越好［59］。小麦/蚕豆间作下，微生物的丰度和多样性在不同时期都显著提高，从而加速分解阿魏酸、苯甲酸和肉桂酸等酚酸的含量，显著降低了蚕豆病原镰刀菌的数量［19］。在间作模式下，非宿主植物会分泌大量养分物质到根际土壤中，增加根际土壤整体微生物的丰度和活性。丰富的根际微生物群落能够更加有效地降解利用土壤中的酚酸类物质，减轻其对土传病原菌的刺激，从而抑制病害。但不是所有酚酸物质都会对植物起到自毒作用，酚酸物质的类型和浓度不同，对病原菌的作用也不同。杨瑞秀等［60］利用高效液相色谱法鉴定甜瓜的根系分泌物发现，阿魏酸、肉桂酸和苯甲酸会加速病菌孢子萌发，而水杨酸会起到抑制作用。黄豆和玉米间作时，肉桂酸反而会抑制寄生帚梗柱孢菌的生长，缓解大豆的红冠腐病病情，并且抑制效果跟肉桂酸浓度成正比［5］。在西瓜和水稻的间作系统下，非宿主植物水稻和宿主植物西瓜根系产生的化感物质具有完全不同的作用。水稻分泌的对香豆酸促进了根际有益微生物的生长，缓解了西瓜病害，而西瓜分泌的阿魏酸却刺激了镰刀菌孢子的萌发［4］。除此之外，酚酸物质表现出典型的“低促高抑”现象，丁香酸和阿魏酸在0.05~0.1 mmol/L处理浓度下促进菌丝生长，在浓度达到0.5 mmol/L时开始起抑制作用。水稻和西瓜间作时，根系分泌的水杨酸在低浓度下促进了病菌孢子萌发，在高浓度下却抑制孢子萌发［4］，郑倩等［61］的研究也出现类似结果。总体来说，不同植物根系分泌的酚酸物质对病原菌的作用存在差异，因此只有降低能够刺激病原菌生长、具有化感自毒作用的酚酸物质含量，并且保证特定酚酸物质浓度在促进植物生长的范围内，才能发挥抗病增产的最佳效果。此外，由于微生物研究方法有限，尚且无法准确判断在根际中分解自毒物质的具体微生物菌群以及特定的微生物对特定酚酸物质的代谢分解过程。2.4　诱导植物系统抗性 植物诱导系统抗性（induced systemic resistance，ISR）是指由于病原菌或草食昆虫的威胁而激发的一种植物自我防御系统，它能为植物形成物理或化学屏障，从而使植物获得抗性［31］。由于诱导的抗性不只是表达于诱导区域，而是在整个植物体内系统性表达，因此称为诱导系统抗性。很多根际促生微生物类群，如假单胞菌属、芽孢杆菌属、类芽孢杆菌属、木霉属、放线菌以及丛枝菌根真菌，都和植物诱导系统抗性的激发高度相关［62］。例如荧光假单胞菌WCS417除了能够直接拮抗病原菌以外，还能有效激发植物的系统抗性［63］。Niu等［64］研究发现，促生菌芽孢杆菌AR156能同时激活水杨酸、茉莉酸和乙烯的信号通路，诱导植株抗性相关基因PR1、PR2、PR5和PDF1.2的快速表达，提高植物对病害的抵抗能力。当植物受到病菌侵染时，这些有益菌群能刺激转录调节基因NPR1表达，从而激发与植物防御基因表达高度相关的激素乙烯（ethylene，ET）和茉莉酸（jasmonic acid，JA）的代谢通路，调节植物分泌病程相关蛋白（抗菌酶如几丁质酶和葡聚糖酶，氧化酶如过氧化物酶），或者在植物细胞壁外形成胼胝质沉积物，阻碍病菌入侵，提高植物对多种病原体侵害的抵抗能力，从而控制土传病害［63， 65］（图5）。Chen等［66］发现，间作时邻近的木薯产生的氰化物会激发花生根部植物激素乙烯的产生，从而改变花生根际的微生物群落组成，增加了放线菌类群的相对丰度，调节了根际微生物的共生网络，改善了植物的生长情况，激发了植物的系统抗性。此外，在受到间作植物辣椒病原菌以及根系分泌物的刺激时，玉米自身防御基因的表达会被激活，从而加强自身对玉米小斑病的抗性［67］。植物ISR通过植物自身免疫产生，抗菌范围广泛，效力持久，并且能对病菌特异性免疫，因此能有效提高植物的抗病性［68］。然而目前对植物ISR抗病的研究大多集中在讨论人为添加已知的生物菌剂来提高植物的抗病能力，间作的相关研究有限，并且很多能激发植物ISR的微生物种群还没有被发现，值得进一步的研究［9］。[rhizobacteria][trichoderma][fungi][bacteria][viruses][insects][oomycets][callose deposition][JA/ET genes][NPR1][Priming]图5　促生细菌诱导植物系统抗性的代谢通路模型［63］Fig. 5　Model for ISR metabolic pathway triggered by PGPR［63］ 3　结　论间作作为一种生态农业种植制度，能够有效地抑制植物的土传病害。在间作过程中，间作植物类型的多样性能够有效增加根际微生物群落结构和代谢功能的多样性，从而改善根际微生物生态，促进植物抗病增产，解决连作障碍产生的问题。但是，不同的间作搭配组合会产生不同的种植成效，为了提高间作抗病的效果，对参与间作的植物组合和植物品种进行深入研究是有必要的。然而，这需要间作抗病机理研究提供理论支撑。目前，间作机理研究尤其是根际微生物层面的研究逐渐得到重视。已有研究表明，在间作系统下，微生物能通过对土壤养分或宿主侵染位点的竞争、对病原菌的拮抗作用、减轻植物化感自毒作用及激发植物诱导系统抗性等途径控制土传病害。然而，现阶段由于根际效应情况复杂，根系分泌物采集困难，研究局限性大，实验效果不佳。此外，微生物影响病原菌和间作植物的方式复杂，所以针对某种机理的研究是不全面的，未来需要结合多种机理研究，综合考虑具体微生物群落在间作抗病中的地位以及对病害的综合防效。虽然现在微生物多样性研究方法已经取得很大进步，在间作研究中的运用日益广泛，但仍需要从以下方向继续深入探究： 1）将稳定同位素示踪技术（stable isotope probing，SIP）和核酸探针技术（DNA/RNA）结合起来，研究具体微生物群落特定的结构和功能在间作抗病中起到的作用； 2）原位收集与检测根系分泌物的组成，研究植物—土壤—微生物互作媒介在抗病机理研究中的作用； 3）利用生物微矩阵芯片技术，研究参与间作抗病的根际有益微生物的抗病基因表达过程。随着上述研究的深入，我们可以从微观角度进一步了解作物抗病的地下部机理，从而有助于对间作抗病的具体措施进行宏观调控，使间作种植模式在可持续发展的生态农业中不断发挥重要作用。