马铃薯(Solanum tuberosum L.)是全球第四大粮食作物,但其对水分亏缺高度敏感,缺水可能会导致产量损失高达79%。干旱胁迫会通过抑制植株光合作用、破坏水分平衡、诱导氧化胁迫和抑制养分吸收等影响马铃薯的生长发育和生理代谢。根际作为植物-土壤-微生物互作的关键部位,其微生态变化直接影响植物生理功能及抗逆能力。干旱等非生物胁迫条件下,根际微生物群落通过多种机制参与植物抗旱:(1)通过合成植物激素如生长素和细胞分裂素,促进根系形态重塑,从而提高水分吸收效率;(2)通过诱导植物基因表达重编程、改善细胞膜弹性及渗透调节能力,增强宿主对水分亏缺的适应性;(3)产生胞外酶降解有机物,提高土壤养分供给,间接促进植物抗旱;(4)产生胞外聚合物,在根部形成生物膜,帮助根系保持水分。诸多研究表明,马铃薯根际微生物群落在门水平上以变形菌门、放线菌门、拟杆菌门和厚壁菌门为主要类群,但其丰度受环境胁迫的显著影响。通过调控植物微生物组来提高植物抗旱性被认为是相对快速、有效的抗旱策略。因此,挖掘马铃薯根际抗旱相关功能微生物,研究其促进马铃薯抗旱的机制,可有效加快抗旱技术升级和抗旱品种选育,对推进马铃薯产业绿色高效发展具有重要意义。试验于2023年河北省张家口市察北管理区国家马铃薯改良中心华北分中心防雨棚内进行。以耐旱基因型"C93"和旱敏感基因型"费乌瑞它"为材料,设3种干旱胁迫处理:充分灌溉(W1,即苗期60%～65%、块茎形成期70%～75%、块茎膨大期75%～80%、淀粉积累期55%～60%)、中度干旱胁迫(W2,比W1每个生育期低20%)、重度干旱胁迫(W3,比W1每个生育期低40%),共6个处理,3次重复。于马铃薯块茎形成期每个处理随机选具有代表性的3株采集根际土壤进行宏基因组测序分析。干旱对根际微生物α多样的影响因胁迫程度和基因型而异。随着干旱胁迫程度的增加,"费乌瑞它"α多样性先降低后升高,但"C93"基本保持不变。说明抗旱基因型根际微生物抵御干旱的能力更强。通过对测序数据进行物种注释发现,马铃薯根际土壤微生物以细菌为主,占比高达94%以上。进一步对细菌组成分析可以看出,干旱胁迫对微生物群落的组成在门和属水平上均表现出显著差异,排名前10的门依次为:变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门、绿弯菌门、Candidatus_Saccharibacteria、蓝藻细菌和浮霉菌门。变形菌门在所有处理中均为优势菌门,且相对丰度在各处理间变化较小。放线菌门在各处理中的相对丰度也较高。从属水平来看,对"费乌瑞它"而言,中度干旱胁迫下鞘氨醇单胞菌属和溶杆菌属丰度较高,而重度干旱胁迫下类诺卡氏菌属和溶杆菌属丰度较高。对"C93"而言,中度干旱胁迫下类诺卡氏菌属和溶杆菌属丰度较高,而重度干旱胁迫下溶杆菌属和鞘脂单胞菌属丰度较高。线性判别分析效应量(Linear discriminant analysis effect size,LEfSe)分析结果与上述结果一致,类诺卡氏菌属、链霉菌属和假单胞菌属是"费乌瑞它"响应不同干旱胁迫的biomarker,而鞘脂菌属、溶杆菌属、盐坑微菌属等则是"C93"的。由此可见,这些属尤其是类诺卡氏菌属和溶杆菌属在调控马铃薯抗旱中具有重要作用,可作为开发微生物菌剂的苗头菌株。通过对基因功能丰度的方差分析发现,马铃薯品种响应干旱的微生物代谢通路也因基因型而异。"费乌瑞它"根际微生物主要通过跨膜物质转运(ABC转运蛋白)响应干旱胁迫,而"C93"则主要通过AMPK信号通路。综上所述,马铃薯根际微生物对干旱胁迫的响应因基因型和胁迫程度而异,但响应胁迫的关键菌属均为溶杆菌属和类诺卡氏菌属。研究结果为微生物菌剂的开发提供理论支持,对提高旱区马铃薯产量,保障粮食安全具有重要意义。