轮作缓解甜瓜连作障碍的机理研究

发布时间：2018-04-09 03:42

本文选题：轮作　切入点：根系分泌物　出处：《沈阳农业大学》2017年博士论文

【摘要】：甜瓜是我国重要的经济作物,自毒作用和枯萎病严重是制约甜瓜优质、高产的最大障碍。实验室前期研究发现,苯甲酸、阿魏酸、肉桂酸等酚酸物质是导致甜瓜产生连作障碍的重要化感物质。轮作是一种有效利用化感途径来防治土传病害、提高土壤营养利用率和微生物多样性的耕作制度。在轮作种植制度中,由于忽视轮作作物的化感特性而导致土壤中病原真菌等有害物质积累、土壤生理生化性状恶化等现象普遍存在。本文通过对14种作物根系分泌物的化感特性进行研究,筛选了甜瓜的最优轮作作物,明确了轮作作物的化感物质及其化感特性;探讨了轮作作物根系分泌物及其化感物质缓解连作障碍的作用机理,及对根际土壤微生物群落结构的影响,主要研究结果如下:1.明确了 14种供试作物根系分泌物对甜瓜及枯萎菌的化感作用14种供试作物根系分泌物对甜瓜种子萌发、幼苗生长和尖孢镰刀菌的化感作用的研究结果表明,茴香、洋葱、油菜、茼蒿和莴苣的根系分泌物对尖孢镰刀菌具有化感抑制作用,而对甜瓜种子萌发和幼苗生长均表现出促进效果。在试验处理浓度下,浓度升高,孢子萌发率降低,菌丝生长减缓,化感抑制作用增强;茴香、洋葱、油菜、茼蒿和莴苣根系分泌物对甜瓜种子萌发及幼苗生长均表现出低促高抑的化感效果。在0.05 g·ml-1处理浓度下,油菜根分泌物对甜瓜种子萌发的促进作用最为显著,发芽率、发芽势和发芽指数分别为86.52%、80.22%和26.32,甜瓜幼苗生物量显著增加。茴香和洋葱次之,莴苣和茼蒿化感促进作用最弱。2.对轮作作物根系分泌物中主要酚酸物质鉴定及其化感作用进行了研究采用高效液相色谱仪对茴香、洋葱和油菜3种作物根系分泌物中的酚酸物质进行了分离鉴定。结果发现苯甲酸苄基酯、苯甲酸-4-甲基苯酯和邻苯二甲酸二丁酯是3种化感作物共有的酚酸物质,且含量较高。采用HPLC方法,对苯甲酸苄基酯、苯甲酸-4-甲基苯酯和邻苯二甲酸二丁酯3酚酸进行生物活性测定,结果表明:在浓度为0.05-0.25 mmol·L-1范围内,孢子萌发和菌丝生长均受到显著抑制,而且化感抑制效果与处理浓度成正相关。当苯甲酸-4甲基苯酯处理浓度低于0.1 mmol.L-1,而苯甲酸苄基酯和邻苯二甲酸二丁酯在浓度为0.05-0.25 mmol·L-1时,甜瓜种子萌发率及幼苗生物量显著提高,表现出强烈的化感促进效果。3.初步探索了轮作作物根系分泌物及化感物质对甜瓜枯萎菌的化感作用机理对茴香、洋葱和油菜3种作物的根系分泌物以及苯甲酸苄基酯、苯甲酸-4-甲基苯酯和邻苯二甲酸二丁酯3种酚酸处理后,甜瓜枯萎病病原菌分泌的细胞壁降解酶活性、抗氧化保护酶活性以及镰刀菌酸含量变化进行了研究分析。结果发现在根系分泌物和酚酸的试验处理浓度下,甜瓜枯萎菌细胞壁降解酶(果胶酶、纤维素酶和β-葡萄糖苷酶)活性和抗氧化物酶活性(超氧化歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶)受到显著抑制,且分泌镰刀菌酸量降低。4.明确了化感物质对尖孢镰刀菌致病、防御相关基因表达的影响利用实时荧光定量技术对茴香根系分泌物、苯甲酸苄基酯和邻苯二甲酸二丁酯处理后,甜瓜枯萎菌几丁质合成酶基因(FochsV)、镰刀菌酸合成相关基因(FUBT)、超氧化物歧化酶(SOD)合成基因和过氧化物酶(POD)合成相关基因的相对表达水平进行检测分析。结果表明:0.1g·mL-1茴香根系分泌物处理后,尖孢镰刀菌Fochs V基因、FUBT基因、SOD合成相关基因和POD合成相关基因的表达量降低,与CK差异极显著;0.1 mmol·L-1邻苯二甲酸二丁酯和苯甲酸苄基酯处理后,表达量均有所降低。5.明确了化感作物与酚酸对根际微生物群落结构的影响本研究应用IlluminaMiSeq高通量测序技术进行分析对照土壤(CK)、甜瓜连作(M)、茴香轮作(F)以及苯甲酸苄基酯(P)处理甜瓜对根际土壤真菌和细菌生物量、群落结构及丰度的影响进行研究,以确定不同农业实践方式对土壤环境中微生物群落的影响。结果发现各处理土壤中,变形菌门细菌和子囊菌门真菌占优势地位。与CK相比,引起甜瓜枯萎病的镰刀菌属在甜瓜连作根际土壤(M)中的相对丰度明显升高。而与甜瓜连作根际土壤相比,茴香轮作根际土壤(F)和酚酸处理土壤(P)中镰刀菌属略有下降趋势。此外,多年甜瓜连作土壤细菌群落物种丰富度降低,多样性变化不显著,真菌群落物种丰富度增加,多样性显著提高;而与茴香轮作和经苯甲酸节基酯处理后,根际土壤细菌群落物种丰富度和多样性均得到显著提高,真菌丰度度和多样性相对降低。6.对轮作及降解木霉菌缓解甜瓜连作障碍的作用进行了研究盆栽试验结果表明,茴香、洋葱和油菜的根系分泌物处理后,甜瓜枯萎病发病程度显著降低,3种作物根系分泌物对尖孢镰刀菌生长具有抑制作用。对不同处理的根际土壤中酚酸含量进行测定,结果发现甜瓜连作根际土壤中存在甜瓜的自毒物质—对羟基苯甲酸、阿魏酸、肉桂酸和苯甲酸,而且含量较高;而与茴香轮作和苯甲酸苄基处理后,根际土壤中酚酸物质含量明显降低,同时与木霉菌共同处理后,土壤中自毒酚酸物质的降解率提高。以上结果说明茴香/甜瓜轮作、苯甲酸苄基酯和木霉菌具有缓解甜瓜连作障碍的作用。
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【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S652

【参考文献】