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1、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u红壤丘陵区是我国重要的花生生产基地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红壤区花生常年播面15001500万亩，占油料作物万亩，占油料作物35%35%以江西为例：花生年播面以江西为例：花生年播面240240万亩，总产万亩，总产4444万万吨吨u红壤丘陵区花生连作不可避免，连作障碍是制约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生产的最重要原因之一花生是产值大、效益高的旱作物花生是产值大、效益高的旱作物受气候、灌溉条件、种植习惯等影响受气候、灌溉条件、种植习惯等影响，红壤红壤花生连作比北方更
2、普遍花生连作比北方更普遍连作导致花生病害增加、产量下降连作导致花生病害增加、产量下降 n 红壤红壤丘陵区花生生产及主要障碍问题丘陵区花生生产及主要障碍问题花生花生面积面积(引自：王明珠等,2005，花生学报)一、研究背景n 土传病害高发是花生连作障碍的主要表现作物生长不良作物生长不良病害发生病害发生产量降低、品质变差产量降低、品质变差健康健康发病发病n 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n 植物连作植物连作障碍机制的主要认识：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
3、n 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n 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 Santhanam et al.2015,PNASBerendsen et al.2012,Trends Plant Sci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、研究背景二、花生连作障碍机制u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
4、泌物的效应u土传病原菌对花生根系分泌物的响应尖孢镰刀菌尖孢镰刀菌茄腐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CK分泌物分泌物细菌n 土壤微生物群落对根系分泌物的响应假单胞菌分泌物CKCK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Li et al.2014,Soil Biology and Biochemistry二、连作障碍机制根际化感作用途径n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酚酸残留率土壤土壤CO2代谢速率代谢速率p 酚酸不
5、会在土壤持续积累到较高的浓度p 酚酸类物质很快被土壤微生物代谢Li et al.Soil Biol Biochem.(2014)78:149-159超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶过氧化物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(1.5g/g)自然土自然土(75g/g)自然土自然土(150g/g)无菌土无菌土(75g/g)无菌土无菌土(150g/g)n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u土壤真菌群落对苯甲酸的响应土壤真菌群落对苯甲酸的响应PhylumGenusRelative abundance(%)CKLHAscomycotaFusarium2.550.02a
6、4.100.62b4.680.81bAscomycotaBionectria1.380.02a1.220.31a2.370.44bAscomycotaunidentified 10.111.00a 18.930.21b 12.832.30aAscomycotaMetarhizium 4.321.25b2.310.39a1.870.47aAscomycotaTrichoderma 0.180.12a1.830.62c0.900.07bAscomycotaAlternaria0.540.10b0.700.12b0.260.02aAscomycotaArxula8.024.59b0.820.66a0
7、.980.06aBasidiomycota unidentified 10.210.09b 6.790.39a 12.381.67bBasidiomycota unidentified 2.831.04ab 3.431.97b0.120.20aBasidiomycota unidentified1.100.22b0.530.24a1.350.17bBasidiomycotaCystofilobasidium0.290.06a0.300.05a0.560.21bBasidiomycotaRickenella0.020.02a 1.020.51ab 1.550.82bZygomycotaMorti
8、erella2.320.65b1.240.26a2.360.50b土壤真菌群落组成（门）土壤主要真菌种群（属）l 随苯甲酸浓度增加，镰刀菌镰刀菌(Fusarium)、生赤壳菌、生赤壳菌(Bionectria)和和木霉菌木霉菌(Trichoderma)显著增加，显著增加，而被而被孢霉孢霉(Mortierella)和绿僵菌和绿僵菌(Metarhizium)显著下降显著下降注注:CK:对照对照,L:0.6 mmol L-1苯甲酸苯甲酸,H:1.2 mmol L-1苯甲酸苯甲酸二、连作障碍机制根际化感作用途径l 苯甲酸显著提升土壤伯克氏菌属伯克氏菌属(Burkholderia)丰度，但对其它类型细菌种
9、群影响较少，说丰度，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明伯克氏菌属是代谢苯甲酸的主要细菌细菌类群类群u土壤细菌群落对苯甲酸的响应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u进一步构建了对苯甲酸进一步构建了对苯甲酸响应的伯克氏响应的伯克氏菌克隆文库菌克隆文库l 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l 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
10、际化感作用途径u连作花生根际特异微生物种群的分离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.defluvii A.chlorop henolicusBurkholderiaOthersB.stabilis Burkholderia A.defluvii Othersl 连作花生根际酚酸降解优势菌群演变：从连作花生根际酚酸降解优势菌群演变：从Arthrobacter sp.变为变为Burkholderia stabilis对照酚酸处理二、连作障碍机制根际化感作用途径u酚酸降解活性能力的比较酚酸降解活性能力的比较l 与对照中的Arthro
11、bacter species相比,B.stabilis-like species对酚酸并没有明显较高降解能力Liu et al.(2017)Microbio Research二、连作障碍机制根际化感作用途径u连作花生根际微生物种群之间的互作效应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l 针对根腐镰刀菌，B.stabilis较Arthrobacter菌株具有更强抗性；l 多数B.stabilis对Arthrobacter菌株具有抑制作用；l 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Arthrobacter sp.演变为B.stabilis
12、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u细菌菌株生理特性初步分析细菌菌株生理特性初步分析Burkholderia stabilisArthrobacter sp.baIsolateSiderophore productionPhosphate solubilizationCK1-CK3-CK4-CK5-CK6-CK7-CK10-CK11-CK12-PA2+PA5+PA7+PA9+PA10+植物生长素植物生长素根际营养元素转化根际营养元素转化l B.stabilis较节杆菌（Arthrobacter）菌株具
13、有较弱的植物生长素产生能力；l 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微生物多样性微生物群落组成n 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%)(0.11%)(97%97%B3优化土壤微生物的主要种类优化土壤微生物的主要种类三、调控技术-根际优化效应施用花生专用肥对连作土壤生物、病害及产量的影响施用花生专用肥对连作土壤生物、病害及产量的影响u以内生菌、药用化感物质为功能成份的专用有机肥处理处理PLFA法（法（nmol/g干土）干土）根瘤数根瘤数（个（个/株）株）根腐病根腐病情指数情指数荚果
14、荚果（kg/亩）亩）比普通有比普通有机肥增产机肥增产（%）细菌细菌真菌真菌常规化肥常规化肥87.3 a9.5 a22.8 a45.6 a179.1 a-普通有机肥普通有机肥101.9 b12.2 b37.8 b17.5 b195.8 b-专用肥专用肥A169.8 c24.6 c53.6 c 12.4 c236.3 c20.6专用肥专用肥B173.2 c21.2 d50.1 c13.1 c230.8 c17.8三、调控技术-生物有机肥研制课题组成员博士生张迪丁昌峰副研博士生郭富裕博士生杨奕如博士生刘金光硕士生张亚楠硕士生黄高翔博士生程金金致谢：Thanks for your attention!
花生连作障碍发生的根际机制及生态调控课件
