花生連作障礙發(fā)生的根際機(jī)制及生態(tài)調(diào)控課件

花生連作障礙發(fā)生的根際機(jī)制及生態(tài)調(diào)控2019年8月6日重慶紅壤丘陵區(qū)是我國(guó)重要的花生生產(chǎn)基地紅壤區(qū)花生常年播面1500萬(wàn)畝，占油料作物35%以江西為例：花生年播面240萬(wàn)畝，總產(chǎn)44萬(wàn)噸紅壤丘陵區(qū)花生連作不可避免，連作障礙是制約

花生生產(chǎn)的最重要原因之一花生是產(chǎn)值大、效益高的旱作物受氣候、灌溉條件、種植習(xí)慣等影響，

紅壤花生連作比北方更普遍連作導(dǎo)致花生病害增加、產(chǎn)量下降

紅壤丘陵區(qū)花生生產(chǎn)及主要障礙問(wèn)題花生面積(引自：王明珠等,2005，花生學(xué)報(bào))一、研究背景土傳病害高發(fā)是花生連作障礙的主要表現(xiàn)作物生長(zhǎng)不良病害發(fā)生產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差健康發(fā)病土傳病害發(fā)生特點(diǎn)：作物生長(zhǎng)作物發(fā)病土壤理化環(huán)境微生物-病原菌一、研究背景植物連作障礙機(jī)制的主要認(rèn)識(shí)：主要問(wèn)題為何休耕或輪作一季，連作障礙現(xiàn)象消失1.單因子水平2.因素之間缺少相互聯(lián)系3.連作障礙發(fā)生過(guò)程機(jī)理不清植物-土壤互作是連作障礙形成的關(guān)鍵過(guò)程連作種植下，植物根系分泌物介導(dǎo)的微生物過(guò)程，是影響植物健康、連作障礙形成的關(guān)鍵因素一、研究背景根際微生物群落與土傳病害發(fā)生關(guān)系根際微生物維持植物生長(zhǎng)發(fā)育根際微生物防控病原菌侵染Santhanametal.2015,PNASBerendsenetal.2012,TrendsPlantSci根際微生物營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)化植物激素毒素降解抑菌物質(zhì)病原菌細(xì)菌群落一、研究背景二、花生連作障礙機(jī)制不同抗性花生品種花生根系分泌物成份測(cè)定1.感病品種根系分泌物含有更多的糖類、丙氨酸2.抗病品種根系分泌物含有更多的酚酸類物質(zhì)糖類、酚酸氨基酸二、連作障礙機(jī)制—根系分泌物的效應(yīng)土傳病原菌對(duì)花生根系分泌物的響應(yīng)尖孢鐮刀菌茄腐鐮刀菌與抗病品種相比，感病品種贛花5號(hào)根系分泌物顯著促進(jìn)了土傳病原菌的生長(zhǎng)發(fā)育。二、連作障礙機(jī)制—根系分泌物的效應(yīng)CK分泌物細(xì)菌土壤微生物群落對(duì)根系分泌物的響應(yīng)假單胞菌分泌物CK二、連作障礙機(jī)制—根系分泌物的效應(yīng)花生根系分泌物定向驅(qū)動(dòng)著連作土壤微生物群落的演變，土壤微生物組成往單一方向發(fā)展Lietal.2014,SoilBiologyandBiochemistry二、連作障礙機(jī)制—根際化感作用途徑花生根系分泌物酚酸物質(zhì)土壤存留特性土壤酚酸殘留率土壤CO2代謝速率酚酸不會(huì)在土壤持續(xù)積累到較高的濃度酚酸類物質(zhì)很快被土壤微生物代謝Lietal.SoilBiolBiochem.(2014)78:149-159超氧化物歧化酶過(guò)氧化物酶酚酸類物質(zhì)誘導(dǎo)的微生物影響了花生生長(zhǎng)健康CK1(1.5μg/g)自然土(75μg/g)自然土(150μg/g)無(wú)菌土(75μg/g)無(wú)菌土(150μg/g)土壤酚酸代謝后的效應(yīng)二、連作障礙機(jī)制—根際化感作用途徑土壤真菌群落對(duì)苯甲酸的響應(yīng)PhylumGenusRelativeabundance(%)

CKLHAscomycotaFusarium2.55±0.02a4.10±0.62b4.68±0.81bAscomycotaBionectria1.38±0.02a1.22±0.31a2.37±0.44bAscomycotaunidentified10.11±1.00a18.93±0.21b12.83±2.30aAscomycotaMetarhizium4.32±1.25b2.31±0.39a1.87±0.47aAscomycotaTrichoderma0.18±0.12a1.83±0.62c0.90±0.07bAscomycotaAlternaria0.54±0.10b0.70±0.12b0.26±0.02aAscomycotaArxula8.02±4.59b0.82±0.66a0.98±0.06aBasidiomycotaunidentified10.21±0.09b6.79±0.39a12.38±1.67bBasidiomycotaunidentified2.83±1.04ab3.43±1.97b0.12±0.20aBasidiomycotaunidentified1.10±0.22b0.53±0.24a1.35±0.17bBasidiomycotaCystofilobasidium0.29±0.06a0.30±0.05a0.56±0.21bBasidiomycotaRickenella0.02±0.02a1.02±0.51ab1.55±0.82bZygomycotaMortierella2.32±0.65b1.24±0.26a2.36±0.50b土壤真菌群落組成（門）土壤主要真菌種群（屬）隨苯甲酸濃度增加，鐮刀菌(Fusarium)

、生赤殼菌(Bionectria)和木霉菌(Trichoderma)顯著增加，而被孢霉(Mortierella)和綠僵菌(Metarhizium)顯著下降注:CK:對(duì)照,L:0.6mmolL-1苯甲酸,

H:1.2

mmolL-1苯甲酸二、連作障礙機(jī)制—根際化感作用途徑苯甲酸顯著提升土壤伯克氏菌屬(Burkholderia)

豐度，但對(duì)其它類型細(xì)菌種群影響較少，說(shuō)明伯克氏菌屬是代謝苯甲酸的主要細(xì)菌類群土壤細(xì)菌群落對(duì)苯甲酸的響應(yīng)土壤細(xì)菌群落組成（門）BetaproteobacteriaBurkholderia二、連作障礙機(jī)制—根際化感作用途徑進(jìn)一步構(gòu)建了對(duì)苯甲酸響應(yīng)的伯克氏菌克隆文庫(kù)苯甲酸主要影響遺傳上與B.caledonica、B.soli、B.caryophylli和B.diffusa相近的伯克氏菌B.caledonica，B.diffusa是代謝苯甲酸的主要細(xì)菌類群二、連作障礙機(jī)制—根際化感作用途徑連作花生根際特異微生物種群的分離對(duì)照花生根際主要優(yōu)勢(shì)菌(13株)酚酸處理花生根際主要優(yōu)勢(shì)菌(11株)A.defluviiA.chlorop

henolicusBurkholderiaOthersB.stabilisBurkholderiaA.defluviiOthers連作花生根際酚酸降解優(yōu)勢(shì)菌群演變：從Arthrobactersp.變?yōu)锽urkholderiastabilis對(duì)照酚酸處理二、連作障礙機(jī)制—根際化感作用途徑酚酸降解活性能力的比較與對(duì)照中的Arthrobacterspecies相比,B.

stabilis-likespecies對(duì)酚酸并沒(méi)有明顯較高降解能力Liuetal.(2017)MicrobioResearch二、連作障礙機(jī)制—根際化感作用途徑連作花生根際微生物種群之間的互作效應(yīng)細(xì)菌菌株對(duì)根腐鐮刀菌的響應(yīng)針對(duì)根腐鐮刀菌，B.stabilis較Arthrobacter菌株具有更強(qiáng)抗性；多數(shù)B.stabilis對(duì)Arthrobacter菌株具有抑制作用；根際酚酸誘導(dǎo)下鐮刀菌增加和B.stabilis更高抗性，是引起連作花生根際從Arthrobactersp.演變?yōu)锽.stabilis的重要原因無(wú)明顯抑制明顯抑制Arthrobacter

species與

B.

stabilis互作二、連作障礙機(jī)制—根際化感作用途徑細(xì)菌菌株生理特性初步分析BurkholderiastabilisArthrobactersp.baIsolateSiderophoreproductionPhosphatesolubilizationCK1--CK3--CK4--CK5--CK6--CK7--CK10--CK11--CK12--

PA2++PA5++PA7++PA9++PA10++植物生長(zhǎng)素根際營(yíng)養(yǎng)元素轉(zhuǎn)化B.stabilis較節(jié)桿菌（Arthrobacter）菌株具有較弱的植物生長(zhǎng)素產(chǎn)生能力；B.stabilis具有溶磷和鐵載體產(chǎn)生能力，而節(jié)桿菌菌株均無(wú)上述特性(n=9)(n=5)二、連作障礙機(jī)制—根際化感作用途徑微生物多樣性微生物群落組成長(zhǎng)期連作影響了花生根際微生物群落的組裝過(guò)程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)連作輪作(>1%)(0.1–1%)(<0.1%)相對(duì)豐度二、連作障礙機(jī)制—根際微生態(tài)效應(yīng)Lietal.ISMEJ.(2019)13:738–751根際促生功能基因下調(diào)連作花生根際微生物參與的微生態(tài)功能代謝能力下降根際微生態(tài)介導(dǎo)的連作花生體內(nèi)激素代謝通路顯著抑制連作花生根際微生態(tài)功能弱化改變了植物激素代謝活性植物生長(zhǎng)響應(yīng)植物代謝網(wǎng)絡(luò)二、連作障礙機(jī)制—根際微生態(tài)效應(yīng)三、調(diào)控技術(shù)探索

前期研究表明，某些藥用植物與花生間作，可緩解花生連作障礙。其中，茅蒼術(shù)/京大戟間作調(diào)控效果顯著。處理*花生生理指標(biāo)花生病情指數(shù)莢果超氧物歧化酶（U）多酚氧化酶（U）過(guò)氧化氫酶（U）青枯病葉斑病根腐病kg/畝CK203.71.9518.81.529.285.2177.6A291.00.4522.80.413.060.1216.9B253.30.5720.40.718.365.4211.3注：*CK，連作花生；A，茅蒼術(shù)間作；B，京大戟間作間作藥用植物控制花生連作障礙三、調(diào)控技術(shù)-間作調(diào)控效應(yīng)間作茅蒼術(shù)調(diào)控花生連作障礙的機(jī)制研究茅蒼術(shù)根系分泌物茅蒼術(shù)塊莖揮發(fā)物茅蒼術(shù)揮發(fā)物對(duì)土壤微生態(tài)影響揮發(fā)物成分Lietal.SoilBiology&Biochemistry2018,120–130揮發(fā)物實(shí)驗(yàn)分泌物實(shí)驗(yàn)三、調(diào)控技術(shù)-間作調(diào)控效應(yīng)茅蒼術(shù)地下?lián)]發(fā)性萜類物質(zhì)調(diào)控土壤微生物區(qū)系、顯著抑制連作土壤病原真菌的增殖內(nèi)生菌控酚酸優(yōu)化花生連作土壤微生物技術(shù)

篩選出快速降解酚酸的內(nèi)生菌B3菌株（楓香擬莖點(diǎn)霉）,通過(guò)生態(tài)位競(jìng)爭(zhēng)，減少病原菌、優(yōu)化微生物區(qū)系24h酚酸降解率>97%B3優(yōu)化土壤微生物的主要種類三、調(diào)控技術(shù)-根際優(yōu)化效應(yīng)施用花生專用肥對(duì)連作土壤生物、病害及產(chǎn)量的影響以內(nèi)生菌、藥用化感物質(zhì)為功能成份的專用有機(jī)肥處理PLFA法（nmol/g干土）根瘤數(shù)（個(gè)/株）根腐病情指數(shù)莢果（kg/畝）比普通有機(jī)肥增產(chǎn)（%）細(xì)菌真菌常規(guī)化肥87.3a9.5a22.8a45.6a179.1a-普通有機(jī)肥