根際代謝物，包括植物分泌物、其降解產物以及微生物產生的化合物，是植物—土壤—微生物相互作用和生物地球化學循環的基礎。這些代謝物在塑造根際微生物群落、介導植物養分吸收以及反映植物對環境脅迫的響應等方面發揮著關鍵作用。因此，獲取準確且具有代表性的根際化學物質譜，對于闡明植物—土壤—微生物相互作用中的內在機制至關重要。目前根際代謝物采樣方法差異較大，導致不同研究之間數據可比性差，阻礙了對根際化學動態的統一理解。

近日，西北工業大學生命科學與技術學院鐘楊權威課題組在Plant, Cell & Environment上發表了題為A Comparative Evaluation of Rhizosphere Metabolites Collection Methods: Impacts on Metabolic Diversity, Composition and Pathways的研究論文，探討了三種主流采樣方法對根際代謝物的影響，為未來植物—微生物互作研究提供了借鑒。

該研究以大田種植的春小麥為實驗材料，系統評估了根際土壤采集法、水培收集法和原位收集法在代謝物豐度、多樣性、組成和代謝通路等方面的差異，揭示了不同方法對根際代謝物譜的影響。研究結果表明，根際土壤采集法簡單且可重復性較高，但與另外兩種方法相比，低估了豐度較低的稀有代謝物特征。水培收集法能獲得更為全面的根際化學特征譜，但其結果可能無法真實反映植物在土壤環境中的生長情況。原位收集法可以捕捉自然條件下根系代謝物動態，但技術復雜、重復性較差。不同方法差異代謝特征的通路富集分析發現：水培法強化了以植物為中心的初級代謝，而根際土壤采集法和原位收集法則更多反映與環境互作和生態適應相關的通路。總體而言，這三種采樣方法是相互補充的，而不是彼此替代的。代謝物采集方法選擇依賴于具體研究問題，在很多情況下，多方法結合可能更有助于從整體上理解根系分泌物及其在植物—土壤系統中的作用。這種方法學偏倚對于根際代謝組學研究中數據準確解讀至關重要。

圖1｜根際土壤采集、水培采集和原位采集方法步驟示意圖。

研究結果表明，采樣方法會重塑植物根際代謝組中生物和非生物篩選過程。因此，方法的選擇應取決于研究重點是植物內在生理、植物—土壤—微生物互作，還是更廣泛的生態系統過程。當研究目的是表征植物自身內在代謝過程，例如光合產物分配或碳分配時，水培法更為合適，因為它能最大限度減少土壤微生物和非生物脅迫的干擾，從而揭示植物本身固有的根系分泌物特征。

圖2｜ 三種采樣方法下根際代謝特征的豐度、多樣性及組成差異。
(A) 根際代謝物特征韋恩圖；(B) 總豐度；(C) Shannon 多樣性指數；(D) Simpson 多樣性指數；(E) Chao 1 多樣性指數；(F) 主成分分析（PCA）；(G) 主坐標分析（PCoA）；(H) 偏最小二乘判別分析（PLS-DA）。不同字母表示不同采樣方法之間差異顯著（Tukey 事后檢驗，HSD，p < 0.05）。誤差線表示標準誤（n = 3）。Rhizo. 表示根際土壤采樣。

如果研究目標是理解植物在長期、復合脅迫（如干旱、鹽脅迫或養分缺乏）下的生理響應和適應策略，并研究其與土壤微生物的關聯，那么原位收集或根際土壤采集方法更為適宜。這些方法能夠保留根際完整的理化與生物脅迫背景，使研究者能夠沿著“脅迫—生理—分泌”這一連續過程量化根際化學響應，并進一步探究其與土壤生物群落之間的相互作用。

對于關注植物對土壤脅迫瞬時或動態反饋的研究——例如分鐘到小時尺度的分泌脈沖、晝夜節律，或信號分子的快速釋放，原位收集方法最為適合。這種方法能夠在不顯著破壞根—土界面情況下，實時、高分辨率地捕捉根系分泌物動態變化。

在植物—土壤互作研究中，不同采樣方法也可能需要用于回答不同尺度的關鍵科學問題。基于根際土壤采集的方法尤其適合回答宏生態層面的問題，例如其對土壤碳循環和養分循環的貢獻，因為它們能夠捕捉土壤基質和微生物群落的整體效應。相較之下，原位收集方法更適合解析微尺度機制，例如根—土—微生物界面上精確的化學與生物相互作用。兩者結合，能夠為那些在大尺度土壤分析中可能被掩蓋的過程提供互補性的認識。

西北工業大學生命科學與技術學院碩士研究生李思怡和甘肅省農科院旱地農業研究所柳燕蘭副研究員為論文共同第一作者，西北工業大學生命科學與技術學院鐘楊權威副教授和西北農林科技大學閆偉明研究員為本文的通訊作者。本研究得到了國家重點研發計劃以及國家自然科學基金等項目的資助。

原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.70611