生科学院高峥、周波团队在《Microbiome》发表纳米氧化硅驱动抑病微生物组装配的最新成果

近日，山东农业大学生命科学学院高峥、周波团队联合农学院宁堂原团队在微生物学领域顶级期刊《Microbiome》在线发表题为《Silica nanoparticles drive disease-suppressive microbiome assembly via inosine-associated metabolic reprogramming and biofilm promotion》（二氧化硅纳米颗粒通过肌苷关联代谢重编程和生物膜促进驱动抑病微生物组装配）的研究论文。该研究首次阐明二氧化硅纳米颗粒（SiO₂ NPs）通过重塑土壤代谢组、富集肌苷，进而促进生防芽孢杆菌生物膜形成、装配抑病微生物组的级联过程，为纳米赋能的“合生元”策略用于可持续植物健康管理提供了理论依据与实践方案。

土壤代谢物是调控微生物群落的关键信号，纳米材料（如SiO₂ NPs）能否借助这些信号促进抑病微生物组建立，仍存在研究空缺。马铃薯疮痂病由病原链霉菌引起，是制约商品价值的主要土传病害。传统化学防治面临残留和耐药压力，而利用纳米材料调控土壤微生物组、激发群落自身的抑病能力，有望成为绿色植保的新途径。研究团队通过整合宏基因组学、代谢组学与转录组学，解析了SiO₂ NPs驱动抑病微生物装配的机制。结果表明：SiO₂ NPs对疮痂病呈剂量依赖性抑制，并显著改变土壤微生物群落结构与网络复杂度，其中芽孢杆菌属是核心响应类群；分离得到的贝莱斯芽孢杆菌PH3-11被发现能明显抑制病原链霉菌的生长，异戊酸为候选的抑菌代谢物；SiO₂ NPs刺激了土壤中的肌苷积累，肌苷与SiO₂ NP生物标志物的群落结构强烈相关，被锁定为关键响应代谢物。大田试验证实，肌苷与PH3-11协同施用在促进生防菌定殖、抑制病害和增强微生物组稳定性方面均优于单一菌株。

山东农业大学为论文的第一完成单位，2021级硕士研究生吕明皓和史文宠副教授为论文的共同第一作者，高峥教授、周波教授、宁堂原教授、史文宠副教授为共同通讯作者。以上工作获得国家自然科学基金、泰山产业领军人才项目、山东省自然科学基金、山东省薯类产业技术体系、山东农业大学“一流学科”建设项目等的资助。

团队在马铃薯疮痂病与土壤微生物群落关联研究领域持续深耕，取得系列成果。2019年发表于Microbiome的研究揭示，马铃薯疮痂病的发生与土壤微生物群落组成和功能存在显著相关性。发表于npj Biofilms and Microbiomes期刊的文章《Geocaulosphere soil bacterial community drives potato common scab outcomes beyond pathogen abundance》发现，马铃薯疮痂病的发生主要由群落水平动态变化驱动，而非单纯的病原菌增殖；土壤细菌群落对疮痂病发病程度的影响超越病原菌丰度。发表于Ecotoxicology and Environmental Safety期刊的文章《Exposure to thiazole pesticides disrupts pathogens and undermines keystone status of rare taxa within bacterial ecological networks》表明，噻唑类农药虽能显著降低疮痂病严重程度，但会削弱稀有细菌类群在微生物网络中的核心地位。为探究更生态友好型农业管理措施，该团队发表于Journal of Environmental Management期刊的文章《Progressing towards eco-friendly agricultural management: Utilizing Ginkgo biloba leaf litter for potato common scab control》揭示，银杏落叶及其提取物均显著降低马铃薯疮痂病的病情指数，且经银杏提取物重构的微生物群落可显著下调病原菌毒素基因txtAB的表达超90%。上述系列研究系统阐明了土壤菌群管理在农业绿色发展中的核心价值，为马铃薯疮痂病的生态化治理提供了重要科学依据。

原文链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s40168-026-02491-w