农田土壤孕育了大量微生物，其中也包括对人类和动物造成威胁的条件致病菌。土壤中的人畜致病菌可通过直接或间接的方式感染人类和动物。

例如，植物可以作为人畜病原菌的间接宿主，通过食物链传播到人类和动物系统；与土壤的直接接触（如误食或气溶胶传播）也会威胁人畜健康。

然而

当前农田生态系统中人畜致病菌的流行度及丰度如何？

致病菌是否更偏向于往根际迁移？

影响病原菌丰度的因素有哪些？

相关科学问题仍有待研究。

近期，凌恩客户 ——南京农业大学资源与环境科学学院沈其荣院士团队于Cell子刊在线发表LorMe实验室的最新研究成果《High microbiome diversity constricts the prevalence of human and animal pathogens in plant rhizosphere worldwide》。该研究通过收集全球农田生态系统中342对土体-根际配对的2560个16S扩增子序列样本，利用MBPD（MBPD：践行一体化健康的多种病原细菌检测流程）流程鉴定样本中潜在的人畜和植物致病菌，解析了全球农田生态系统中的人畜致病菌污染风险，揭示了人畜致病菌根际阻控的生态调控原理，为土壤中人畜致病菌污染的消减及农业健康提供了重要科学思路。

图1 农田土壤中的致病菌风险概述及假说

主要结果

1、根际是致病菌富集的热点区域

全球342对土体-根际配对样本中共检测到9516个潜在的病原细菌ASVs，其中75%为人畜致病菌。根际的总体细菌多样性低于土体，但根际中病原菌的相对丰度和多样性均显著高于土体（图2B），表明根际是土壤致病菌的热点区域。此外，土地利用和作物等因素会影响根际中的致病菌丰度（图2B）。例如，根际环境仅在旱地条件下富集，而在湿地中则没有富集。植物宿主方面，其中禾本科的选择性相对较弱，而豆科和茄科则选择性较强。

图2 土体和根际土壤中致病菌的差异特征

2、微生物多样性的提高可有效抑制致病菌丰度

根际中的人畜致病菌和植物致病菌丰度均显著高于土体，且人畜致病菌为致病菌群落的优势群体（图3A）。根际中致病性变形菌门和放线菌门的相对丰度显著高于土体，而土体中则富集了致病性酸杆菌门（图3B）。值得注意的是，根际中致病菌的相对丰度与细菌多样性呈指数衰减关系，且根际中细菌多样性与人畜致病菌相对丰度之间的相关性比与植物致病菌时的相关性更显著（图3C）。该趋势同样在富集菌上得到验证，即大多数优势富集菌的相对丰度也随着细菌多样性的增加而减少（图3C）。

图3 土体与根际土壤中致病菌的组成差异以及致病菌丰度与微生物多样性之间的关系

3、有利于生物多样性的可持续农业管理措施可减少致病菌风险

基于两个试验数据集测试了这一假设，一个涉及五年以上的长期施肥制度，另一个通过添加益生菌（一个月）的短期实验。与常规施肥相比，长期有机施肥导致细菌多样性增加和致病菌丰度降低（图4A）。接种益生菌P. protegens CHA0显著抑制了人畜致病菌和植物致病菌的相对丰度（图4B）。有机施肥与益生菌接种试验均证实了细菌多样性与致病菌相对丰度之间的指数衰减关系（图4A-B），表明高微生物多样性可有效降低致病菌丰度，增加多样性的可持续农业管理措施可通过减少致病菌丰度以促进人畜和植物的健康。

图4 施肥制度和益生菌添加对致病菌丰度影响的试验验证

结论

本研究为全球根际中人畜致病菌的风险特征和驱动因素提供重要见解，强调了土壤致病菌对人类和动物健康构成的潜在风险，凸显了迫切需要采用“一体化健康”方法的重要性。此外，本研究揭示了微生物多样性在遏制人畜致病菌方面的重要作用，通过有利于生物多样性的可持续农业管理措施可有效保护人类和动物健康，促进生态系统福祉。 

参考文献

High microbiome diversity constricts the prevalence of human and animal pathogens in plant rhizosphere worldwide. One Earth, 2024.