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在植物生长过程中，土壤细菌向叶际定植影响植物健康，但定植机制不明。研究人员围绕土壤细菌向拟南芥（Arabidopsis thaliana ）的定植开展研究，发现多样细菌能从土壤转移到叶片，定植机制兼具随机性和确定性，这为调控叶际微生物组提供依据。
在植物的微观世界里，叶片就像一座热闹的 “微生物城市”，生活着各种各样的细菌、真菌等微生物。这些微生物组成的叶际微生物组，对植物的健康起着至关重要的作用，比如帮助植物抵御干旱、疾病和食草动物的侵害。而土壤，被认为是这座 “城市” 中微生物的重要来源。当植物种子发芽，土壤中的细菌就像一群勇敢的 “开拓者”，试图向植物叶片进军，最终在叶片上 “定居” 下来。然而，这条从土壤到叶片的 “迁徙之路” 充满了挑战，细菌们要跨越重重障碍，而且目前人们对它们究竟是如何成功 “迁徙” 并 “定居” 的，了解还非常有限。
为了揭开这个神秘的面纱，来自德国弗里德里希?席勒大学（Friedrich Schiller University）的研究人员展开了深入的研究。他们的研究成果发表在《Microbiome》杂志上，为我们揭示了许多重要的信息。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先是植物体内分离实验，从野生拟南芥叶片获取混合细菌接种物，接种到无菌幼苗上，观察哪些细菌能在成熟叶片定植，以此了解可从土壤转移到叶片的细菌多样性。其次，进行接种时间实验，设置不同接种时间点，研究细菌在不同生长阶段接种对成熟叶细菌群落结构的影响。最后，开展了假单胞菌（Pseudomonas viridiflava ）3D9 土壤添加实验，通过添加标记菌株，探究细菌间相互作用对群落组装机制的影响。同时，运用 16S rRNA 基因扩增测序技术，对细菌群落进行表征分析。
研究结果如下：
- 叶际细菌从土壤到叶片的转移能力广泛存在：通过理论模型和实验，研究人员发现许多叶际细菌能从极少细胞数量开始，高效地从土壤转移到叶片。从 160 株阳性植株中分离出 181 种细菌，涉及 27 个属，分属于不同的革兰氏阳性和阴性菌家族。部分细菌更常从特定基因型叶片提取物中富集，且一些细菌存在共分离现象，表明它们在转移过程中可能相互依赖12。
- 早期定植塑造成熟叶细菌群落：接种时间对叶片细菌群落结构的影响比采样时间和植物生态型更显著。早期接种（D0 或 D7）的植物，成熟叶细菌群落的多样性更高，受植物基因型影响的分类单元也更多。而接种热灭活接种物的植物，细菌群落的多样性较低34。
- 细菌向叶片转移过程中，部分分类单元确定性转移：总体上，细菌向叶片的定植过程以随机过程为主，但部分分类单元，如假单胞菌目（Pseudomonadales ）、鞘氨醇杆菌目（Sphingobacteriales ）等，受确定性过程（如均匀选择，HoS）影响较大。且这些确定性定植的分类单元，在种子发芽后土壤到成熟叶的自然转移过程中才表现出确定性，后期直接接种到叶片则为随机定植56。
- 植物 - 微生物相互作用影响确定性分类单元的定植：研究人员以假单胞菌 3D9（Pv3D9）为对象，发现它能影响植物生理和表型，促进植物生长。同时，它对叶片细菌群落结构有显著影响，且受其影响的细菌属（如芽孢杆菌属、黄杆菌属等），大多也是在自然定植中受均匀选择强烈影响的属，说明这些确定性定植的分类单元对土壤添加物更敏感78。
研究结论和讨论部分指出，土壤细菌向叶际的转移是重要的定植途径，自然定植形成独特多样的叶际细菌群落。多数细菌随机定植，少数表现出确定性，这与它们的生态位适应性有关。确定性定植依赖于土壤到叶的转移过程，可能与植物分泌物、植物对微生物的识别以及细菌间相互作用有关。这项研究为理解植物与微生物的关系提供了新视角，有助于针对性地调控叶际微生物组，实现可持续的植物保护，为农业生产和植物健康管理开辟了新方向。
