《Journal of Chemical Ecology》：Microbial Interactions Influence the Chemical Defense of Wild and Cultivated Tomato Species
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为解决番茄受病虫害威胁及化学投入品减少的问题，研究人员开展了关于丛枝菌根真菌（AMF）和植物促生菌（PGPR）接种对野生和栽培番茄生长、抗虫性及代谢影响的研究。结果表明微生物接种影响显著，该研究为优化番茄种植提供依据。
在农业生产领域，如何在减少对环境破坏的同时保证作物产量，一直是个亟待解决的难题。番茄作为全球重要的农作物，在生长过程中持续遭受害虫和病原体的侵害。为了减少化学农药的使用，人们将目光投向了有益的土壤微生物，比如丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi，AMF）和植物促生菌（Plant Growth-Promoting Rhizobacteria，PGPR），它们有望增强植物生长和抗虫能力。然而，番茄在驯化过程中，与这些微生物的相互作用是否被削弱，进而影响其自身免疫力，这一问题还未得到充分研究。
为了深入探究这些问题，来自瑞士纳沙泰尔大学（University of Neuchatel）和荷兰生态研究所（Netherlands Institute of Ecology，NIOO-KNAW）的研究人员，对驯化的番茄品种 Solanum lycopersicum ‘Moneymaker’以及三种野生番茄近缘种展开研究。他们的研究成果发表在《Journal of Chemical Ecology》上，为理解植物与微生物的关系以及优化番茄种植提供了重要依据。
研究人员采用了多种技术方法。在实验材料选择上，选用了四种番茄物种的幼苗，包括一种栽培种和三种野生种，同时使用特定的 AMF （Rhizoglomus irregularis MUCL-57021）和 PGPR（Pseudomonas protegens Strain CHA0）。实验设计采用全因子实验，设置了 4 种番茄物种和 3 种微生物处理（对照、PGPR 处理、AMF 处理），每个处理组合有 20 个重复。在测定指标时，测量了植物生长相关的功能性状、进行昆虫抗性生物测定、确定菌根接种情况以及分析植物次生代谢产物。此外，运用了统计分析软件 R 对数据进行处理，通过多种统计方法评估微生物接种、番茄物种及其交互作用对各指标的影响。
研究结果如下：
植物生长性状和 AMF 定植情况 ：不同番茄物种的所有生长性状存在差异。栽培种 S. lycopersicum ‘moneymaker’的地下和地上生物量最高，果实重量也远超野生种。而野生种中，S. pennellii 的根生物量和地上生物量相对较高。同时，研究发现栽培种的 AMF 定植率平均为 41.6%，高于野生种，其中 S. pennellii 的定植率仅为 1.5%。土壤微生物对植物生长性状的影响 ：微生物处理显著影响植物生长，且因番茄物种而异。PGPR 处理使部分物种植株更高、地下和地上生物量增加；AMF 处理对不同物种的影响不同，在一些物种中增加根生物量，但会使地上生物量相对减轻，对 S. lycopersicum ‘moneymaker’的果实产量有负面影响，不过在野生种中未检测到对果实产量的影响。糖生物碱的变化 ：不同番茄物种的叶和根中的糖生物碱含量差异很大。例如，S. pennellii 根中的 alpha - tomatine 浓度最高，而 S. lycopersicum ‘moneymaker’最低。微生物接种也会影响糖生物碱浓度，AMF 接种往往会降低根中糖生物碱浓度，在叶中，不同物种和化合物受微生物影响的情况各异。对食草动物抗性的影响 ：番茄物种对食草动物 Chrysodeixis chalcites 的生长影响不显著，但微生物处理影响显著。在 S. lycopersicum 上，AMF 接种的植株上幼虫体重增加明显低于 PGPR 接种和对照植株，在其他物种上也有不同表现。非靶向代谢组学分析 ：S. pennellii 的根和叶产生的代谢特征多样性最高，S. lycopersicum 最低。微生物接种对根代谢特征多样性有影响，除 S. pennellii 外，其他物种接种后多样性增加；而对叶代谢组影响较小，且添加微生物后化学多样性有下降趋势。
研究结论和讨论部分指出，驯化改变了番茄的生长和对微生物接种的反应。番茄物种对微生物定植有影响，AMF 定植水平与番茄物种的系统发育关系有关，而 PGPR 能有效促进植物生长。驯化影响了番茄生物碱的产生，栽培种产生的糖生物碱多样性较低。微生物接种对生物碱和植物抗虫性有复杂影响，不同微生物对植物代谢组的影响不同。这些结果表明，微生物接种对番茄生长、防御和代谢组有显著影响，且因物种而异。该研究为进一步探究微生物在番茄种植中的应用提供了方向，有助于优化番茄种植策略，提高作物产量和抗虫性，推动农业可持续发展。
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