花生连作障碍发生的根际机制及生态调控课件

花生连作障碍发生的根际机制及生态调控2019年8月6日重庆花生连作障碍发生的根际机制及生态调控2019年8月6日重1红壤丘陵区是我国重要的花生生产基地红壤区花生常年播面1500万亩，占油料作物35%以江西为例：花生年播面240万亩，总产44万吨红壤丘陵区花生连作不可避免，连作障碍是制约

花生生产的最重要原因之一花生是产值大、效益高的旱作物受气候、灌溉条件、种植习惯等影响，

红壤花生连作比北方更普遍连作导致花生病害增加、产量下降

红壤丘陵区花生生产及主要障碍问题花生面积(引自：王明珠等,2005，花生学报)一、研究背景红壤丘陵区是我国重要的花生生产基地红壤丘陵区花生生产及主要障2土传病害高发是花生连作障碍的主要表现作物生长不良病害发生产量降低、品质变差健康发病土传病害发生特点：作物生长作物发病土壤理化环境微生物-病原菌一、研究背景土传病害高发是花生连作障碍的主要表现作物生长不良病害发生产量3植物连作障碍机制的主要认识：主要问题为何休耕或轮作一季，连作障碍现象消失1.单因子水平2.因素之间缺少相互联系3.连作障碍发生过程机理不清植物连作障碍机制的主要认识：主要为何休耕或轮作一季，连作障碍4植物-土壤互作是连作障碍形成的关键过程连作种植下，植物根系分泌物介导的微生物过程，是影响植物健康、连作障碍形成的关键因素一、研究背景植物-土壤互作是连作障碍形成的关键过程连作种植下，植物根系分5根际微生物群落与土传病害发生关系根际微生物维持植物生长发育根际微生物防控病原菌侵染Santhanametal.2015,PNASBerendsenetal.2012,TrendsPlantSci根际微生物营养转化植物激素毒素降解抑菌物质病原菌细菌群落一、研究背景根际微生物群落与土传病害发生关系根际微生物维持植物生长发育根6二、花生连作障碍机制二、花生连作障碍机制7不同抗性花生品种花生根系分泌物成份测定1.感病品种根系分泌物含有更多的糖类、丙氨酸2.抗病品种根系分泌物含有更多的酚酸类物质糖类、酚酸氨基酸二、连作障碍机制—根系分泌物的效应不同抗性花生品种花生根系分泌物成份测定1.感病品种根系分泌物8土传病原菌对花生根系分泌物的响应尖孢镰刀菌茄腐镰刀菌与抗病品种相比，感病品种赣花5号根系分泌物显著促进了土传病原菌的生长发育。二、连作障碍机制—根系分泌物的效应土传病原菌对花生根系分泌物的响应尖孢镰刀菌茄腐镰刀菌与抗病品9CK分泌物细菌土壤微生物群落对根系分泌物的响应假单胞菌分泌物CK二、连作障碍机制—根系分泌物的效应花生根系分泌物定向驱动着连作土壤微生物群落的演变，土壤微生物组成往单一方向发展Lietal.2014,SoilBiologyandBiochemistryCK分泌物细菌土壤微生物群落对根系分泌物的响应假单胞菌分泌物10二、连作障碍机制—根际化感作用途径花生根系分泌物酚酸物质土壤存留特性土壤酚酸残留率土壤CO2代谢速率酚酸不会在土壤持续积累到较高的浓度酚酸类物质很快被土壤微生物代谢Lietal.SoilBiolBiochem.(2014)78:149-159二、连作障碍机制—根际化感作用途径花生根系分泌物酚酸物质土壤11超氧化物歧化酶过氧化物酶酚酸类物质诱导的微生物影响了花生生长健康CK1(1.5μg/g)自然土(75μg/g)自然土(150μg/g)无菌土(75μg/g)无菌土(150μg/g)土壤酚酸代谢后的效应二、连作障碍机制—根际化感作用途径超氧化物歧化酶过氧化物酶酚酸类物质诱导的微生物影响了花生生长12土壤真菌群落对苯甲酸的响应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土壤真菌群落组成（门）土壤主要真菌种群（属）随苯甲酸浓度增加，镰刀菌(Fusarium)

、生赤壳菌(Bionectria)和木霉菌(Trichoderma)显著增加，而被孢霉(Mortierella)和绿僵菌(Metarhizium)显著下降注:CK:对照,L:0.6mmolL-1苯甲酸,

H:1.2

mmolL-1苯甲酸二、连作障碍机制—根际化感作用途径土壤真菌群落对苯甲酸的响应PhylumGenusRelati13苯甲酸显著提升土壤伯克氏菌属(Burkholderia)

丰度，但对其它类型细菌种群影响较少，说明伯克氏菌属是代谢苯甲酸的主要细菌类群土壤细菌群落对苯甲酸的响应土壤细菌群落组成（门）BetaproteobacteriaBurkholderia二、连作障碍机制—根际化感作用途径苯甲酸显著提升土壤伯克氏菌属(Burkholderia)丰14进一步构建了对苯甲酸响应的伯克氏菌克隆文库苯甲酸主要影响遗传上与B.caledonica、B.soli、B.caryophylli和B.diffusa相近的伯克氏菌B.caledonica，B.diffusa是代谢苯甲酸的主要细菌类群二、连作障碍机制—根际化感作用途径进一步构建了对苯甲酸响应的伯克氏菌克隆文库苯甲酸主要影响遗传15连作花生根际特异微生物种群的分离对照花生根际主要优势菌(13株)酚酸处理花生根际主要优势菌(11株)A.defluviiA.chlorop

henolicusBurkholderiaOthersB.stabilisBurkholderiaA.defluviiOthers连作花生根际酚酸降解优势菌群演变：从Arthrobactersp.变为Burkholderiastabilis对照酚酸处理二、连作障碍机制—根际化感作用途径连作花生根际特异微生物种群的分离对照花生根际主要优势菌(1316酚酸降解活性能力的比较与对照中的Arthrobacterspecies相比,B.

stabilis-likespecies对酚酸并没有明显较高降解能力Liuetal.(2017)MicrobioResearch二、连作障碍机制—根际化感作用途径酚酸降解活性能力的比较与对照中的Arthrobacters17连作花生根际微生物种群之间的互作效应细菌菌株对根腐镰刀菌的响应针对根腐镰刀菌，B.stabilis较Arthrobacter菌株具有更强抗性；多数B.stabilis对Arthrobacter菌株具有抑制作用；根际酚酸诱导下镰刀菌增加和B.stabilis更高抗性，是引起连作花生根际从Arthrobactersp.演变为B.stabilis的重要原因无明显抑制明显抑制Arthrobacter

species与

B.

stabilis互作二、连作障碍机制—根际化感作用途径连作花生根际微生物种群之间的互作效应细菌菌株对根腐镰刀菌的响18细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++植物生长素根际营养元素转化B.stabilis较节杆菌（Arthrobacter）菌株具有较弱的植物生长素产生能力；B.stabilis具有溶磷和铁载体产生能力，而节杆菌菌株均无上述特性(n=9)(n=5)二、连作障碍机制—根际化感作用途径细菌菌株生理特性初步分析Burkholderiastabi19微生物多样性微生物群落组成长期连作影响了花生根际微生物群落的组装过程实验设计连作轮作(>1%)(0.1–1%)(<0.1%)相对丰度二、连作障碍机制—根际微生态效应微生物微生物长期连作影响了花生根际微生物群落的组装过程实验连20Lietal.ISMEJ.(2019)13:738–751根际促生功能基因下调连作花生根际微生物参与的微生态功能代谢能力下降根际微生态介导的连作花生体内激素代谢通路显著抑制连作花生根际微生态功能弱化改变了植物激素代谢活性植物生长响应植物代谢网络二、连作障碍机制—根际微生态效应Lietal.ISMEJ.(2019)13:7321三、调控技术探索三、调控技术探索22

前期研究表明，某些药用植物与花生间作，可缓解花生连作障碍。其中，茅苍术/京大戟间作调控效果显著。处理*花生生理指标花生病情指数荚果超氧物歧化酶（U）多酚氧化酶（U）过氧化氢酶（U）青枯病叶斑病根腐病kg/亩CK203.71.9518.81.529.285.2177.6A291.00.4522.80.413.060.1216.9B253.30.5720.40.718.365.4211.3注：*CK，连作花生；A，茅苍术间作；B，京大戟间作间作药用植物控制花生连作障碍三、调控技术-间作调控效应前期研究表明，某些药用植物与花生间作，可缓解花生连作23间作茅苍术调控花生连作障碍的机制研究茅苍术根系分泌物茅苍术块茎挥发物茅苍术挥发物对土壤微生态影响挥发物成分Lietal.SoilBiology&Biochemistry2018,120–130挥发物实验分泌物实验三、调控技术-间作调控效应茅苍术地下挥发性萜类物质调控土壤微生物区系、显著抑制连作土壤病原真菌的增殖间作茅苍术调控花生连作障碍的机制研究茅苍术根系分泌物茅苍术块24内生菌控酚酸优化花生连作土壤微生物技术

筛选出快速降解酚酸的内生菌B3菌株（枫香拟茎点霉）,通过生态位竞争，减少病原菌、优化微生物区系24h酚酸降解率>97%B3优化土壤微生物的主要