香蕉根际土壤微生物区系特征与土传枯萎病防控研究

发布时间：2018-04-05 12:16

  本文选题：真菌区系　切入点：细菌区系　出处：《南京农业大学》2015年博士论文

【摘要】：植物长期连作容易引起植物病原微生物富集,植物有益微生物数量减少,土壤微生物区系从细菌主导型向真菌主导型转化,最终导致土壤微生物群落结构与组成失衡,使病原菌更容易侵染植物而引起植物的各种土传病害频发,如连作土传枯萎病。因此对土壤微生物区系的研究对防控植物连作土传病害具有重要的意义。本研究首先分析比较了不同的真菌标靶基因(28S rRNA和ITS转录间隔区)以及鉴定数据库(LSU,WARCUP和UNITE)对真菌微生物区系测序数据分析结果的影响,得出适合用于本研究的真菌标靶基因与鉴定数据库;进而通过比较健康与发病香蕉根际土壤微生物区系差异得出健康香蕉根际土壤微生物群落的指示类群;进而筛选出能有效抑制香蕉枯萎病病原菌尖孢镰刀菌古巴专化型(Fusarium oxysporum f.sp.cubense,FOC)生长的拮抗菌;将该拮抗菌进行全基因组测序,进一步分析其生防潜力;通过比较基因组研究设计能够精确定量该拮抗菌的特异性引物;进而测试该拮抗菌在土壤中的存活能力;最后将拮抗菌制成微生物有机肥(BIO),通过BIO营养钵育苗以及在田间穴施BIO在香蕉根际培育一个以有益微生物为主导的健康微生物区系,从而起到防控香蕉土传枯萎病的目的。主要研究结果有以下几点:1.选用不同的真菌标靶基因(ITS,28S rRNA)与真菌鉴定数据库(LSU,UNITE和WARCUP)对玉米,芒草与柳枝稷根际真菌群落的研究都得到一致的结论:一年生作物(玉米)的根际的真菌类群最特殊,作物类型是影响其根际真菌区系的首要因子。说明这些真菌标靶基因与鉴定数据库对揭示处理间真菌群落结构的差异没有很大影响。尽管如此,受标靶基因引物覆盖度以及真菌鉴定数据库的覆盖度与复杂性的影响,标靶基因与数据库对真菌高通量测序数据分析结果中的某些类群的相对丰度影响显著。使用28S rRNA标靶基因未能检测到Fusarium,Phoma和Verticillum等真菌类群,而这些类群在使用ITS标靶基因得到的分析结果中属于相对丰度非常高的主要真菌类群,这些类群包含了著名的植物病原菌;而使用ITS标靶基因未能检测到Orbicula等真菌类群;Eupenicillium在使用ITS标靶基因配合UNITE数据库分析的结果中没有出现,在ITS标靶基因配合WARCUP数据库的分析结果中占比较小,而在28S rRNA配合LSU数据库的分析结果中为第四名丰度最高的真菌类群。由于使用WARCUP数据库对ITS序列进行鉴定的结果在可鉴定类群数量与比例,鉴定结果有效性等方面都要优于UNITE数据库,并且鉴于Fusarium真菌属包含了本研究香蕉枯萎病的病原菌FOC,对本研究的意义重大,因此本研究关于香蕉根际真菌区系的研究选用ITS标靶基因配合WARCUP真菌ITS数据库进行。2.香蕉根际微生物区系与香蕉植株健康状况息息相关。16S rRNA基因克隆建库测序的结果表明Bacillus是健康香蕉根际土壤中相对丰度最高的细菌类群;高通量测序结果表明,Bacillus是健康与发病香蕉植株根际细菌区系差异的主要贡献者之一,是健康香蕉根际细菌区系的指示类群。健康的样品中Bacillus的相对丰度显著高于发病样品。Fusarium是发病香蕉根际土壤中的主要类群,其在发病香蕉样品中的相对丰度与数量要显著高于健康样品。Fusarium是指示健康与发病香蕉植株根际真菌区系差异的最主要贡献者,是发病香蕉根际真菌区系的指示类群。Bacillus的相对丰度与Fusarium的相对丰度与数量呈显著负相关关系。根据以上结果推测,如果能在香蕉根际增加Bacillus的数量而降低Fusarium的数量将有利于防控香蕉枯萎病,Bacillus与Fusarium的比值可以作为监测预警香蕉枯萎病发生的指标。3.将从健康香蕉根际土壤悬液中分离到的细菌菌落与香蕉枯萎病病原菌FOC进行平板对峙培养,获得能高效抑制FOC生长的菌株NJN-6。通过构建16S rRNA发育树以及将菌株NJN-6全基因组测序鉴定该菌株为Bacillus amyloliquefaciens。菌株NJN-6的全基因组注释结果表明该菌株基因组含有一个由11个基因组成的合成penicillin的基因簇,拥有43个与脂肽类物质合成相关的基因,91个与孢子产生和萌发相关的基因,是潜在的植物病害的生防菌。通过与菌株B.amyloliquefaciens FZB42的全基因组比较获得菌株NJN-6基因组中的特异性片段,进而设计得到用于精确定量NJN-6菌株的特异性引物,从而能够在土壤中定量监测菌株NJN-6的动态变化,进一步研究菌株NJN-6在土壤中的存活能力。菌株NJN-6土壤存活能力测试包括两个处理:1)将菌株发酵液直接添加到土壤中(IS);2)将菌株发酵液与有机肥混合后制成微生物有机肥后添加到土壤中(BIO)。研究发现接种后,7天内菌株NJN-6能在土壤中维持相对较高的数量,15天后数量骤减,30天后在土壤中的数量基本维持稳定。添加有机肥有利于提高菌株NJN-6在土壤中的存活数量,减缓其死亡速率,有利于菌株NJN-6在土壤中发挥生防效果。4.将菌株NJN-6与氨基酸有机肥混合通过二次发酵制成BIO,并通过BIO营养钵育苗以及田间穴施BIO显著降低了香蕉枯萎病的发病率,生防率达68%,香蕉产量较对照处理翻了一番。高通量测序的结果再次证明Bacillus是健康香蕉根际土壤中相对丰度最高的细菌类群,是健康香蕉根际细菌区系的指示类群。发病香蕉根际土壤中Fusarium的数量显著高于健康样品。Fusarium的数量与香蕉产量呈显著负相关关系,与香蕉枯萎病发病率呈显著正相关关系。Bacillus的相对丰度与Fusarium的数量呈显著负相关关系。香蕉植株健康状况与香蕉根际细菌微生物区系具有显著相关性,健康香蕉根际细菌微生物区系与发病样品具有显著差异。尽管如此,MRT分析表明BIO处理对香蕉根际细菌微生物区系的影响大于植株健康状况对其的影响。BIO在香蕉根际培育了一个以有益微生物(Bacillus spp.)为主导的微生物区系,降低了FOC在根际的定殖数量,最终实现了防控香蕉土传枯萎病的目的。本研究以香蕉枯萎病为例,展示了开发新型微生物有机肥防控土传病害的整个过程:1)健康香蕉根际土壤微生物区系特征解析;2)拮抗菌筛选;3)微生物有机肥防控香蕉土传枯萎病。发现了香蕉植株健康状况与根际土壤微生物区系具有显著相关性,确立了试图通过调控香蕉根际土壤微生物区系以达到防控香蕉土传枯萎病的理论基础。并通过施用BIO成功地在香蕉根际构建了一个以有益功能微生物为主导的土壤微生物区系,有效阻止了病原菌向香蕉根际的入侵,实现了有益菌促生和防病的双重目的。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S436.68;S154.3

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 魏岳荣,李哲,李佳,黄霞,黄学林;香蕉生物技术研究进展[J];中国生物工程杂志;2003年05期

2 郑耘,肖火根,李华平,范怀忠;香蕉抗病基因工程[J];中国生物工程杂志;2003年08期

3 胡永华,黄惠琴;香蕉转基因研究进展[J];中国生物工程杂志;2004年05期

4 叶济蓉,张妙霞,黄玉吉,赖钟雄;香蕉生物技术研究进展[J];武夷科学;2004年00期

5 黄学林;;我们所喜欢吃的香蕉品种会在超市上消失吗?[J];广东科技;2006年09期

6 黄永红;易干军;周碧容;曾继吾;吴元立;;香蕉基因工程研究进展[J];西北植物学报;2006年10期

7 冯振家;刘煜;;武鸣县香蕉生产的气象条件分析[J];气象研究与应用;2011年03期

8 刘菊华;徐碧玉;张静;王甲水;贾彩红;张建斌;金志强;;香蕉品质相关功能基因组学的研究进展[J];遗传;2012年04期

9 Turner D.W.;黄健坤;周其明;;在控制环境条件下,温度对香蕉养分吸收作用和吸收率的影响[J];国外农学(果树);1987年01期

10 陈晓明,黄维南,吕荣欣;钙对香蕉采后果实呼吸的影响[J];亚热带植物通讯;1991年02期

相关会议论文 前10条

1 张立丹;樊小林;;香蕉各器官及整株钙镁累积量的动态变化规律研究[A];中国植物营养与肥料学会2010年学术年会论文集[C];2010年

2 黄鑫文;陈创国;;我国香蕉组培快繁工业的技术进展同应用前景[A];植物组织培养与脱毒快繁技术——全国植物组培、脱毒快繁及工厂化生产技术学术研讨会论文集[C];2001年

3 姚丽贤;;香蕉钾素营养诊断的研究进展[A];第八届全国青年土壤暨第三届全国青年植物营养与肥料科学工作者学术讨论会论文集[C];2002年

4 黄霞;魏岳荣;肖望;黄学林;;根癌农杆菌介导转化贡蕉胚性悬浮细胞的研究[A];中国植物生理学会第九次全国会议论文摘要汇编[C];2004年

5 王蕊;郭计华;李绍鹏;魏守兴;谢子四;黄绵佳;王令霞;李新国;;不同基因型香蕉抗旱指标性状的比较和聚类分析[A];第六届中国植物逆境生理学与分子生物学学术研讨会论文摘要汇编[C];2010年

6 刘业强;;广西香蕉产业化发展的问题和对策[A];2003年广西专家论坛·水果发展战略专题调研报告[C];2003年

7 陈源;赖钟雄;林玉玲;赵巧阳;陈义挺;蔡英卿;;福建野生蕉的自然分布及RAPD分析[A];中国园艺学会十届二次理事会暨学术研讨会论文摘要集[C];2007年

8 王倩;翟海瑞;张利鹃;马丽卫;杨劲松;;香蕉贮藏保鲜技术的研究进展[A];管产学研助推食品安全重庆高峰论坛——2011年中国农业工程学会农产品加工及贮藏工程分会学术年会暨全国食品科学与工程博士生学术论坛论文集[C];2011年

9 许桂莺;陈业渊;谢子四;罗石荣;魏守兴;;巴贝多香蕉在海南试种初报[A];中国热带作物学会2007年学术年会论文集[C];2007年

10 胡春华;易干军;魏岳荣;黄秉智;黄永红;;几丁质酶基因转化巴西香蕉的研究[A];第二届全国果树分子生物学学术研讨会论文集[C];2009年

相关重要报纸文章 前10条

1 威辑;香蕉市场：东沉西稳[N];农民日报;2002年

2 本报记者 张珂;云南香蕉的阵痛（上篇）[N];云南经济日报;2006年

3 记者 张新国邋唐科;李永亮育出优质高糖香蕉[N];湖南日报;2008年

4 苏学贯;广西浦北：“我们的香蕉不愁卖”[N];中华合作时报;2001年

5 高延平;红皮香蕉牛气冲天[N];农民日报;2003年

6 本报记者 邓宏鹰 钟少鸿 通讯员 张丽颜 李如卿;南宁香蕉丰收遭遇滞销[N];中国食品报;2009年

7 本报记者吴军;解决香蕉销售问题 促进现代农业发展[N];南宁日报;2009年

8 本报通讯员 李根杰;香蕉熟了 村民笑了[N];南宁日报;2010年

9 记者 邹淑玲 通讯员 舒肇u&;香蕉产业化专家忙献策[N];广东科技报;2002年

10 陈秋萍;今年后续香蕉价格或会创“新高”[N];广西政协报;2014年

相关博士学位论文 前10条

1 李宝深;滴灌蕉园养分综合管理技术研究与应用[D];中国农业大学;2015年

2 窦同心;香蕉抗寒、抗病相关基因的遗传转化验证[D];华南农业大学;2016年

3 薛超;香蕉根际土壤微生物区系特征与土传枯萎病防控研究[D];南京农业大学;2015年

4 刘德兵;低温胁迫对香蕉幼苗生理特性的影响及冷诱导相关基因的分离[D];华南热带农业大学;2007年

5 匡云波;香蕉叶片糖代谢若干关键酶基因的克隆及其在低温胁迫下的表达研究[D];福建农林大学;2012年

6 王春芳;青贮香蕉茎叶营养价值评定及对肉牛品质的影响[D];中国农业大学;2015年

7 徐立;香蕉果皮带毛和早花突变体的筛选、鉴定及突变机理初步研究[D];华南热带农业大学;2006年

8 张俊芳;香蕉果皮带毛突变相关基因的分离和功能研究[D];海南大学;2013年

9 刘艳萍;香蕉国际贸易中4种特殊杀菌剂的残留及风险评估研究[D];中国农业大学;2014年

10 侯俊才;QCM气敏传感器研发与香蕉成熟度检测方法研究[D];西北农林科技大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 孙洁;干旱胁迫下香蕉的生理生化分析及相关蛋白表达研究[D];广西大学;2015年

2 颜园园;香蕉幼果SSH文库构建及ESTs生物信息学分析[D];海南大学;2013年

3 王安邦;香蕉抗寒种质创新、筛选及鉴定[D];海南大学;2013年

4 何娟;外源ALA对干旱胁迫下香蕉幼苗生理生化调节效应的研究[D];海南大学;2013年

5 陈鹏;氮肥形态对香蕉生长及其土壤中硝化细菌的影响[D];南京农业大学;2014年

6 吴学尚;立式香蕉秸秆粉碎还田机的研制[D];海南大学;2014年

7 郑侃;一次喂入反向式香蕉茎秆纤维提取机关键部件研究[D];海南大学;2014年

8 朱森林;香蕉拮抗内生细菌BEB33的分离、鉴定及其促生和生防特性分析[D];海南大学;2014年

9 吴斌;华蕉（Cavendish，，AAA）类香蕉品种间的分子标记研究[D];海南大学;2015年

10 周双云;2种不同基因组类型香蕉耐盐生理响应及其盐胁迫下Ca~(2+)的动态调节[D];海南大学;2014年

本文编号：1714724