当归（Angelica sinensis）是我国传统大宗中药材，藁本内酯和阿魏酸是其重要生物活性成分。随着种植规模扩大和集约化程度提高，土壤质量下降、根际生态功能受损，以及传统的“人种天养”种植模式导致各产地当归的活性成分差别较大，因此当归药效成分提升及绿色生态化种植受到广泛关注。利用植物促生菌改善根际环境并提升当归产量和药效品质，为当归绿色促生提质提供了新的生物学途径。

中国科学院兰州化学物理研究所天然药物与化学测量研究中心植物化感与良性生态研究组在功能微生物促进当归生长与品质提升方面取得新进展。研究团队以从健康当归根组织中分离获得的皮尔瑞俄类芽孢杆菌（Paenibacillus peoriae）S1BR80为研究对象，系统评估了其在不同土壤微生物背景下对当归生长、根部生物活性成分积累及根际微生态的影响，揭示了功能微生物对当归生长与活性成分生物合成的调控机制，并构建了相应的“植物-土壤-微生物组”级联响应途径。

图1. S1BR80促进当归生长和活性成分积累的“植物-土壤-微生物组”级联响应途径

研究团队采用土壤灭菌和功能微生物菌株接种相结合的2×2因子盆栽试验设计，比较S1BR80在灭菌与未灭菌土壤中的接种效应。研究采用高效液相色谱、生理生化分析、土壤酶活性测定、扩增子测序及多变量的多元统计方法，系统分析外源微生物接种对当归农艺性状、生理生化、活性成分和根际土壤微生态的影响。

功能微生物潜在生态功能测定表明，S1BR80具有产生吲哚乙酸、分泌铁载体、溶解有机磷、形成生物膜等促生特性，并对链格孢菌和灰葡萄球菌等具有较强抑制作用。盆栽试验显示，接种S1BR80可同步促进当归生长和根部生物活性成分积累，且在灭菌土壤中的效果更为显著。与灭菌对照相比，S1BR80接种使根干生物量提高68.9%，藁本内酯含量增至18.4 mg·g^-1，为对照的10.5倍，阿魏酸含量达到6.0 mg·g^-1。

图2. S1BR80的潜在生态功能及其对当归生长和活性成分积累的影响

在当归生理层面，S1BR80接种提高了吲哚乙酸、赤霉素、细胞分裂素、水杨酸和茉莉酸水平，同时降低了脱落酸含量。接种处理还增强了抗氧化酶活性，减少丙二醛和过氧化氢积累，并提高叶绿素含量。这些变化可能为当归生长和根部生物活性成分积累的同步提升提供生理基础。

图3. S1BR80接种对当归内源激素水平的影响及相关生理响应模型

在当归根际土壤层面，S1BR80接种提高了土壤微生物量及碳、氮、磷循环相关酶活性，并伴随鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、马赛菌属（Massilia）等植物相关细菌类群的富集。多变量分析表明，土壤养分循环酶活性及上述细菌类群与当归生长和根部生物活性成分积累密切相关。脲酶与Sphingomonas共同解释了53.0%的植物表型变异，其中二者解释率为42.6%。

图4. 与当归生长和活性成分积累相关的关键土壤和微生物变量

偏最小二乘路径模型显示，不同土壤微生物背景下的植物—土壤系统响应路径存在明显差异。在未灭菌土壤中，复杂的原生微生物群落可能对外源菌株的作用产生一定干扰；在灭菌土壤中，土壤生化过程、宿主生理调节、植物生长和根部生物活性成分积累之间呈现出更清晰的正向关联。这表明，原生微生物群落是影响功能菌接种效果的重要背景因素。

图5. 不同土壤微生物背景下S1BR80介导植物—土壤系统响应的关联路径

综合研究结果，S1BR80接种与土壤养分循环酶活性增强、植物相关微生物类群富集、内源激素调整、抗氧化能力提升及叶绿素积累等多层次响应密切相关。上述过程可能协同促进当归生物量和根部生物活性成分积累。该研究深化了对功能微生物在复杂土壤环境中作用特征的认识，为当归绿色提质栽培及多功能微生物菌剂研发提供了理论依据和菌种资源。

相关研究以“Paenibacillus peoriae S1BR80 enhances Angelica sinensis growth and quality via reprogramming of plant hormones and reshaping of rhizosphere microbiome”为题发表在Plant and Soil上（https://doi.org/10.1007/s11104-026-08907-8）。博士生晏祖花为该论文第一作者，金辉副研究员和秦波研究员为共同通讯作者。

以上研究得到了甘肃省科技计划项目和甘肃省知识产权计划项目的支持。