马铃薯是重要的非谷类粮食作物之一，但连作障碍会严重限制马铃薯产量。近年来，国内外科研人员致力于探寻引发连作障碍的自毒物质及针对性的缓解措施，但大多未进行逐年研究，造成自毒物质鉴定存在差异。该团队基于长达10年持续的连作土壤追踪探索，发现马铃薯植株存在自主适应连作障碍的现象，首次发现香兰素是造成马铃薯连作障碍的主要自毒物质，通过降低根系生长素含量和减少不定根数来抑制植物生长（相关研究已发表于Journal of Agricultural and Food Chemistry，2023），但是对于长期连作的马铃薯植株自主适应连作障碍的作用机制尚不明确。

近日，四川农业大学郑顺林课题组在Plant Communications期刊上发表了题为“Self-alleviation of continuous cropping obstacles in potato via root exudate-driven recruitment of growth-promoting bacteria”的文章。本研究首次揭示了马铃薯自主适应连作障碍的机制，产生连作障碍的马铃薯植株利用根系分泌物川陈皮素定向招募Pantoeasp. MCC16提高根际IAA水平，进而提高苗期不定根数量，缓解连作障碍。这一发现有助于加深根际微生物对马铃薯连作障碍调控机制的理解，也为马铃薯连作障碍的绿色防控提供了理论支撑与科学依据。

该研究通过连作土壤灭菌试验、根际菌群移植试验、目标功能菌筛选验证试验、马铃薯苗期根系分泌物浇灌试验、目标代谢物筛选验证试验、目标代谢物招募目标功能菌株试验以及目标功能菌及目标代谢物对马铃薯连作障碍缓解作用等系列试验来展开，发现马铃薯植株自主适应连作障碍主要体现在出苗后第20到第30天不定根数量的显著提升，这与连作马铃薯出苗后第20天的根际微生物提高根际土壤中IAA的水平密切相关。使用16S rRNA绝对定量测序对根际细菌群落进行分析，发现连作改变了根际微生物群落结构，Pantoeasp. MCC16的丰度显著增加且只在出苗后第20天出现，外源Pantoeasp. MCC16菌液浇灌可显著提高连作马铃薯根际IAA水平且不定根数量显著增加。进一步研究发现，连作马铃薯出苗后第20天的根系分泌物会显著提高根际土壤中Pantoeasp. MCC16丰度。根据非靶向代谢组学分析及外源代谢物浇灌试验，川陈皮素被鉴定为是招募Pantoeasp. MCC16到马铃薯根际定殖的主要物质。最后在连作土壤中施用川陈皮素或Pantoeasp. MCC16均可显著提高连作马铃薯产量。这些结果说明连作马铃薯可以自主分泌川陈皮素，招募高产IAA的Pantoeasp. MCC16，促使植物恢复功能特性并缓解连作障碍。

图1马铃薯自主适应连作障碍机制

四川农业大学农学院薯类团队已毕业博士研究生马海艳（现就职于宜宾市农业科学院）、任志彤副教授、甘肃省农业科学院马铃薯研究所罗爱花副研究员为该论文的共同第一作者，郑顺林教授为本文的通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金项目、四川省自然科学基金项目、四川省马铃薯“十四五”育种攻关项目、四川省马铃薯创新团队项目的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590346225001348?via%3Dihub