基于黄连化感物质与微生物群落结构变化的连作障碍机制研究

发布时间：2017-08-05 06:05

  本文关键词：基于黄连化感物质与微生物群落结构变化的连作障碍机制研究

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【摘要】：黄连是最常用中药材之一,来源于毛莨科植物黄连(味连)Coptis chinensis Franch、三角叶黄连(雅连)Coptis deltoidea C. Y. Cheng et Hsiao和云连(云连)Coptis teeta Wall.的根茎,目前市场上的药材均来自栽培生产,品种以味连为主。重庆石柱为黄连药材道地产区,黄连药材产量约占全国总产量的40%,石柱黄连一直被视为药材中的上品,但黄连的栽培过程存在严重的连作障碍,若重茬种植则病虫害严重,甚至绝产,因此常需休地或轮作其他作物4-5年。国内外目前仅有几篇关于黄连不同部位及土壤提取液对黄连及豆类植物存在化感作用的研究报道,尚未有黄连连作障碍的相关研究报道,为克服或解决黄连连作障碍这一生产问题,关于其连作障碍的发生机制亟需阐明。本研究基于植物-土壤-微生物互作关系,设计盆栽实验结合田间实验,主要以正茬黄连和撂荒连地为研究对象,辅以模拟连作黄连,采用紫外分光光度法、高效液相色谱法、液相色谱-质谱联用法和气相色谱-质谱联用法等现代技术分析方法,鉴定了黄连根系分泌物中具有化感作用的酚酸类化合物,考察了酚酸类化合物、土壤微生物和土壤理化性质的变化规律,结合生产实践,综合分析探讨黄连连作障碍发生机制,得到以下结果：1采用高效液相色谱-质谱联用技术结合种子发芽模型,分析鉴定了黄连根际土壤中8种具有化感作用的酚酸类化合物,分别是原儿茶酸、对羟基苯甲酸、香草酸、香兰素、阿魏酸、水杨酸、肉桂酸和4-香豆酸,通过盆栽试验验证确定香草酸、阿魏酸与4-香豆酸来源于黄连根系分泌物。2综合利用紫外分光光度法、高效液相色谱法和液相色谱-质谱联用法等技术,测定分析了酚酸类化合物在正茬黄连及撂荒连地土壤中的动态变化规律,表现为在正茬黄连根际土壤中,随黄连生长年限的增加,总酚酸、对羟基苯甲酸、香草酸和阿魏酸的含量呈现增加趋势,而4-香豆酸呈现先降低后升高的趋势；在撂荒连地土壤中,除4-香豆酸不具有明显的变化规律外,其余酚酸的含量随休地时间的延长而降低,黄连栽培3年后土壤总酚酸处于较高水平。3采用磷脂脂肪酸图谱分析技术测定了正茬黄连及撂荒连地土壤中的微生物,对测定结果进行主成分分析,微生物的总量以及细菌、真菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴细菌的数量是影响土壤微生物群落结构的主要影响因素。正茬黄连根际土壤微生物总量、细菌和真菌的数量随栽培年限的增加而显著下降,栽培3年以后微生物多样性降低,微生物区系失衡。休地过程中微生物的总量、细菌和真菌的数量随年份的增加均呈现增高趋势,土壤微生态环境逐步改善。4应用常规理化分析技术测定了正茬黄连及撂荒连地土壤中的有机质、大量元素、pH与电导率等土壤理化指标,正茬黄连根际土壤中,除全氮的含量无明显变化,其余有机质、全磷、速效磷和有效硼的含量以及pH与电导率随栽培年限的增加具有显著的增高趋势,其中速效磷和有效硼甚至增加数倍以上。休地土壤中速效磷、有效硼的含量以及pH和电导率均随休地时间的增加而呈现下降趋势,其余指标变化不明显。5建立酚酸类化合物、土壤微生物和土壤理化性质三者之间的关联性,通过相关性分析可知,酚酸类化合物、土壤微生物和土壤理化性质存在着一定的相关性,特别是酚酸类化合物与部分土壤理化性质具有显著的相关性。综合以上研究结果,推测可能由于黄连根系所分泌酚酸类化合物的诱导作用,引起了土壤微生物区系失衡和土壤理化性质的改变,导致连地土壤环境的改变,加之酚酸类化合物的化感作用,三者的综合效应是黄连发生连作障碍的机制之一。本研究从根系分泌物酚酸、土壤微生物和土壤营养三方面的角度探讨了黄连连作障碍的机制,为解决黄连的连作障碍问题提供了基本的资料和实验数据支撑,并为下一步建立黄连连作障碍的修复措施研究提供了研究思路。
【关键词】：黄连连作障碍酚酸 土壤微生物 土壤理化性质
【学位授予单位】：成都中医药大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S567.52
【目录】：

• 中文摘要2-4
• Abstract4-11
• 1. 引言11-21
• 1.1 黄连生产基本状况11
• 1.2 黄连生产存在问题11-13
• 1.2.1 正茬生长过程中常见病害11-13
• 1.2.2 连作导致的问题13
• 1.3 黄连连作障碍问题的分析13-21
• 1.3.1 连作障碍的表现13
• 1.3.2 生产处理措施13-14
• 1.3.3 原因探讨和研究现状14
• 1.3.4 本项研究的实验设计方案和思路14-21
• 2 黄连GAP种植基地黄连根际土壤酚酸类化学成分分析21-27
• 2.1 仪器与试药21-22
• 2.2 方法与结果22-26
• 2.3 小结26-27
• 3 黄连根际土壤中酚酸类物质化感作用的验证27-35
• 3.1 仪器与试药28
• 3.2 方法与结果28-31
• 3.2.1 酚酸类物质处理液的配制28
• 3.2.2 黄连种子发芽试验与结果28-31
• 3.3 分析与讨论31-34
• 3.3.1 不同酚酸对黄连种子萌发率的影响31-32
• 3.3.2 不同酚酸对黄连种子萌发指数的影响32-33
• 3.3.3 不同酚酸对黄连种子活力指数的影响33-34
• 3.4 小结34-35
• 4 种植黄连土壤中酚酸类物质变化规律的研究35-46
• 4.1 仪器与材料36
• 4.2 方法与结果36-40
• 4.2.1 种植黄连土壤中总酚酸的含量分析36-38
• 4.2.2 种植黄连基地土壤中阿魏酸、对羟基苯甲酸、香草酸和4-香豆酸的含量分析38-40
• 4.3 连地土壤中酚酸类物质的动态变化40-44
• 4.3.1 总酚酸的变化规律40-44
• 4.4 讨论44-46
• 5 不同生长年限黄连不同部位中酚酸类成分动态的研究46-56
• 5.1 仪器与材料47
• 5.2 方法与结果47-53
• 5.3 黄连不同部位中酚酸类成分的动态变化53-54
• 5.4 讨论54-56
• 6 不同处理黄连土壤样品理化指标分析56-66
• 6.1 仪器与试药56
• 6.2 方法56-59
• 6.2.1 土壤有机质含量测定56-57
• 6.2.2 土壤中全氮含量测定57
• 6.2.3 土壤中全磷含量测定57-58
• 6.2.4 土壤中速效磷含量测定58
• 6.2.5 土壤有效硼含量测定58-59
• 6.2.6 土壤PH值与电导率的测定59
• 6.3 正茬与休地黄连基地土壤理化指标变化规律分析59-62
• 6.3.1 栽培过程中黄连根际土壤理化性质的变化60-61
• 6.3.2 休地过程中连地土壤理化性质的变化61-62
• 6.4 老墙土盆栽试验与连作盆栽试验土壤理化指标变化规律分析62-65
• 6.4.1 老墙土盆栽实验土壤理化指标变化规律的分析63-65
• 6.5 小结65-66
• 7 不同处理黄连根际土壤微生物群落结构分析66-87
• 7.1 仪器与材料67
• 7.2 方法与结果67-71
• 7.2.1 土壤样品采集后的处理67
• 7.2.2 土壤磷脂脂肪酸的提取67
• 7.2.3 土壤磷脂脂肪酸的纯化67
• 7.2.4 磷脂脂肪酸的酯化67-68
• 7.2.5 GC-MS分析条件68
• 7.2.6 样品含量测定68-71
• 7.3 不同黄连土壤样品的PLFA分析71-79
• 7.3.1 黄连土壤微生物的PLFA种类及含量71
• 7.3.2 黄连土壤优势微生物PLFA分布71
• 7.3.3 黄连土壤特征微生物类群PLFA分布71-73
• 7.3.4 同一处理土壤样品中微生物的年份变化规律分析73-79
• 7.4 不同黄连土壤样品中土壤微生物多样性指数分析79-82
• 7.5 连地土壤中土壤微生物群落结构变化主成分分析82-86
• 7.5.1 栽培过程中黄连根际土壤微生物的变化规律84-85
• 7.5.2 休地过程中连地土壤微生物的变化规律85-86
• 7.6 小结86-87
• 8 黄连土壤微生物与土壤酚酸以及土壤理化性质的关联性分析87-96
• 8.1 连地土壤微生物与土壤酚酸相关性分析87-90
• 8.2 连地土壤微生物与土壤理化性质的关联性研究90-93
• 8.3 黄连根际土壤中酚酸类物质与土壤理化指标的关联性研究93-96
• 结论96-98
• 展望98-99
• 9 研究综述99-110
• 9.1 化感作用与连作障碍99-101
• 9.1.1 植物化感作用99-100
• 9.1.2 植物的化感自毒作用100
• 9.1.3 植物化感物质100
• 9.1.4 植物化感物质的研究现状及进展100-101
• 9.2 土壤理化环境的变化与连作障碍101-103
• 9.2.1 土壤营养的失衡101-103
• 9.2.2 土壤pH值的变化103
• 9.3 土壤微生态环境与连作障碍103-110
• 9.3.1 土壤微生物区系的失衡104-105
• 9.3.2 土壤有害微生物的累积105-106
• 9.3.3 土壤微生物的研究方法106-110
• 致谢110-111
• 参考文献111-123
• 个人简介123-124

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本文编号：623408