花生連作障礙發(fā)生的根際機制及生態(tài)調(diào)控課件

花生連作障礙發(fā)生的根際機制及生態(tài)調(diào)控2019年8月6日重慶花生連作障礙發(fā)生的根際機制及生態(tài)調(diào)控2019年8月6日重1紅壤丘陵區(qū)是我國重要的花生生產(chǎn)基地紅壤區(qū)花生常年播面1500萬畝，占油料作物35%以江西為例：花生年播面240萬畝，總產(chǎn)44萬噸紅壤丘陵區(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、種植習慣等影響，

紅壤花生連作比北方更普遍連作導致花生病害增加、產(chǎn)量下降

紅壤丘陵區(qū)花生生產(chǎn)及主要障礙問題花生面積(引自：王明珠等,2005，花生學報)一、研究背景紅壤丘陵區(qū)是我國重要的花生生產(chǎn)基地紅壤丘陵區(qū)花生生產(chǎn)及主要障2土傳病害高發(fā)是花生連作障礙的主要表現(xiàn)作物生長不良病害發(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：作物生長作物發(fā)病土壤理化環(huán)境微生物-病原菌一、研究背景土傳病害高發(fā)是花生連作障礙的主要表現(xiàn)作物生長不良病害發(fā)生產(chǎn)量3植物連作障礙機制的主要認識：主要問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)生過程機理不清植物連作障礙機制的主要認識：主要為何休耕或輪作一季，連作障礙4植物-土壤互作是連作障礙形成的關鍵過程連作種植下，植物根系分泌物介導的微生物過程，是影響植物健康、連作障礙形成的關鍵因素一、研究背景植物-土壤互作是連作障礙形成的關鍵過程連作種植下，植物根系分5根際微生物群落與土傳病害發(fā)生關系根際微生物維持植物生長發(fā)育根際微生物防控病原菌侵染Santhanametal.2015,PNASBerendsenetal.2012,TrendsPlantSci根際微生物營養(yǎng)轉(zhuǎn)化植物激素毒素降解抑菌物質(zhì)病原菌細菌群落一、研究背景根際微生物群落與土傳病害發(fā)生關系根際微生物維持植物生長發(fā)育根6二、花生連作障礙機制二、花生連作障礙機制7不同抗性花生品種花生根系分泌物成份測定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、連作障礙機制—根系分泌物的效應不同抗性花生品種花生根系分泌物成份測定1.感病品種根系分泌物8土傳病原菌對花生根系分泌物的響應尖孢鐮刀菌茄腐鐮刀菌與抗病品種相比，感病品種贛花5號根系分泌物顯著促進了土傳病原菌的生長發(fā)育。二、連作障礙機制—根系分泌物的效應土傳病原菌對花生根系分泌物的響應尖孢鐮刀菌茄腐鐮刀菌與抗病品9CK分泌物細菌土壤微生物群落對根系分泌物的響應假單胞菌分泌物CK二、連作障礙機制—根系分泌物的效應花生根系分泌物定向驅(qū)動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,SoilBiologyandBiochemistryCK分泌物細菌土壤微生物群落對根系分泌物的響應假單胞菌分泌物10二、連作障礙機制—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)78:149-159二、連作障礙機制—根際化感作用途徑花生根系分泌物酚酸物質(zhì)土壤11超氧化物歧化酶過氧化物酶酚酸類物質(zhì)誘導的微生物影響了花生生長健康CK1(1.5μg/g)自然土(75μg/g)自然土(150μg/g)無菌土(75μg/g)無菌土(150μg/g)土壤酚酸代謝后的效應二、連作障礙機制—根際化感作用途徑超氧化物歧化酶過氧化物酶酚酸類物質(zhì)誘導的微生物影響了花生生長12土壤真菌群落對苯甲酸的響應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:對照,L:0.6mmolL-1苯甲酸,

H:1.2

mmolL-1苯甲酸二、連作障礙機制—根際化感作用途徑土壤真菌群落對苯甲酸的響應PhylumGenusRelati13苯甲酸顯著提升土壤伯克氏菌屬(Burkholderia)

豐度，但對其它類型細菌種群影響較少，說明伯克氏菌屬是代謝苯甲酸的主要細菌類群土壤細菌群落對苯甲酸的響應土壤細菌群落組成（門）BetaproteobacteriaBurkholderia二、連作障礙機制—根際化感作用途徑苯甲酸顯著提升土壤伯克氏菌屬(Burkholderia)豐14進一步構建了對苯甲酸響應的伯克氏菌克隆文庫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菌類群二、連作障礙機制—根際化感作用途徑進一步構建了對苯甲酸響應的伯克氏菌克隆文庫苯甲酸主要影響遺傳15連作花生根際特異微生物種群的分離對照花生根際主要優(yōu)勢菌(13株)酚酸處理花生根際主要優(yōu)勢菌(11株)A.defluviiA.chlorop

henolicusBurkholderiaOthersB.stabilisBurkholderiaA.defluviiOthers連作花生根際酚酸降解優(yōu)勢菌群演變：從Arthrobactersp.變?yōu)锽urkholderiastabilis對照酚酸處理二、連作障礙機制—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照花生根際主要優(yōu)勢菌(1316酚酸降解活性能力的比較與對照中的Arthrobacterspecies相比,B.

stabilis-likespecies對酚酸并沒有明顯較高降解能力Liuetal.(2017)MicrobioResearch二、連作障礙機制—根際化感作用途徑酚酸降解活性能力的比較與對照中的Arthrobacters17連作花生根際微生物種群之間的互作效應細菌菌株對根腐鐮刀菌的響應針對根腐鐮刀菌，B.stabilis較Arthrobacter菌株具有更強抗性；多數(shù)B.stabilis對Arthrobacter菌株具有抑制作用；根際酚酸誘導下鐮刀菌增加和B.stabilis更高抗性，是引起連作花生根際從Arthrobactersp.演變?yōu)锽.stabilis的重要原因無明顯抑制明顯抑制Arthrobacter

species與

B.

stabilis互作二、連作障礙機制—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細菌菌株對根腐鐮刀菌的響18細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++植物生長素根際營養(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)桿菌菌株均無上述特性(n=9)(n=5)二、連作障礙機制—根際化感作用途徑細菌菌株生理特性初步分析Burkholderiastabi19微生物多樣性微生物群落組成長期連作影響了花生根際微生物群落的組裝過程實驗設計連作輪作(>1%)(0.1–1%)(<0.1%)相對豐度二、連作障礙機制—根際微生態(tài)效應微生物微生物長期連作影響了花生根際微生物群落的組裝過程實驗連20Lietal.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響應植物代謝網(wǎng)絡二、連作障礙機制—根際微生態(tài)效應Lietal.ISMEJ.(2019)13:7321三、調(diào)控技術探索三、調(diào)控技術探索22

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/京大戟間作調(diào)控效果顯著。處理*花生生理指標花生病情指數(shù)莢果超氧物歧化酶（U）多酚氧化酶（U）過氧化氫酶（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-間作調(diào)控效應前期研究表明，某些藥用植物與花生間作，可緩解花生連作23間作茅蒼術調(diào)控花生連作障礙的機制研究茅蒼術根系分泌物茅蒼術塊莖揮發(fā)物茅蒼術揮發(fā)物對土壤微生態(tài)影響揮發(fā)物成分Lietal.SoilBiology&Biochemistry2018,120–130揮發(fā)物實驗分泌物實驗三、調(diào)控技術-間作調(diào)控效應茅蒼術地下?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間作茅蒼術調(diào)控花生連作障礙的機制研究茅蒼術根系分泌物茅蒼術塊24內(nèi)生菌控酚酸優(yōu)化花生連作土壤微生物技術

篩選出快速降解酚酸的內(nèi)生菌B3菌株（楓香擬莖點霉）,通過生態(tài)位競爭，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