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青藏高原青稞根腐类病害及其对根际土壤微生态的影响

李雪萍  
【摘要】:青稞(Hordeum vulgare L.var.nudum Hook.f.)是我国的青藏高原地区特有的饲用作物和粮食作物,具有耐寒性强、成熟期短等特点,在海拔超过4200米的高寒地区,青稞是唯一能够正常成熟的谷物。然而,近年来根腐类病害普遍的发生给青稞的生产带来了巨大的危害,使我国藏区人民的生活及经济保障受到了威胁。因此本研究调查了西北青藏高原地区甘肃省甘南州和青海省青稞根腐类病害的发生情况,并采取样本,从病原和根际土壤微生态入手,对青稞根腐类病害及其对根际土壤微生态的影响进行了一系列研究,主要包括以下几个方面:(1)2015年和2016年分别对西北青藏高原地区甘肃省甘南州和青海省的青稞苗期和成株期的根腐类病害进行了调查,发现青稞根腐类病害的田间发病率均在5%-20%之间。并采用多点采样法采得青稞苗期根腐类病害样品共102份,青稞成株期根腐类病害样品共75份。(2)通过平板分离法分离的方法青稞根腐类病害的病原,并用单孢分离法对其纯化,采用烧杯水琼脂法和盆栽法测定致病性,按柯赫氏法则验证后,共分离得到青稞根腐类病害的病原菌235株,其中,燕麦镰刀菌(Fusarium avenaceum)134株,麦根腐平脐蠕孢(Bipolaris sorokiniana)26株,木贼镰刀菌(Fusarium equiseti)24株。各地区燕麦镰刀菌均为优势病原菌,其次是木贼镰刀菌或是麦根腐平脐蠕孢的居多。不同地区病原菌组成不一,柔毛镰刀菌(Fusarium flocciferum)和Fusarium langsethiae是甘肃省甘南州特有的病原菌,Microdochium bolleyi和Nectria gliocaldioides是青海省特有的病原菌。(3)根据所分离到的病原及发生症状,并结合前人对同类作物的研究资料,将青稞根腐类病害确定为茎基腐病、普通根腐病、微座孢根腐病、丛赤壳根腐病4种病害类型。其中,茎基腐病分布最广泛,病原是燕麦镰刀菌、木贼镰刀菌、锐顶镰刀菌、柔毛镰刀菌和Fusarium langsethiae。其次是普通根腐病,病原是麦根腐平脐蠕孢。最后是微座孢根腐病和丛赤壳根腐病,病原分别是Microdochium bolleyi和Nectria gliocaldioide。(4)对青稞根腐类病害病原的致病性研究发现,同种不同菌株之间的致病性差异较大。烧杯水琼脂法所测定的菌株的致病性高于盆栽法所测定的各菌株的致病性,且差异显著。但经过相关性分析表明,两种方法所测定的致病性极显著相关。说明两种方法所测定的发病率及致病性的趋势是一致的。(5)采用平板对峙培养法和发酵液法筛选对青稞根腐类病害病原有抑菌作用的菌株,并通过盆栽法测定其防效,结果发现酸疮痂链霉菌(Streptomyces acidiscabies)AP11对青稞茎基腐病的病原木贼镰刀菌有良好的抑制作用。(6)在Illumina Hiseq4000平台和PacBio平台对木贼镰刀菌D25-1的基因组进行了测序、初级组装和高级组装,结果表明在不同平台的组装结果略有差异,但差异不显著。木贼镰刀菌基因组大小为40.55 Mb,GC含量47.92%,共有16条染色体,多数基因的长度为200-999nt。(7)通过对木贼镰刀菌D25-1的基因功能注释发现了多条与木贼镰刀菌细胞过程、新陈代谢、分子功能等生物过程相关的基因;通过碳水化合物相关酶注释、PHI注释、细胞色素P450注释,发现有多条与木贼镰刀菌致病性相关的基因;通过比较基因组学分析发现木贼镰刀菌D25-1与假禾谷镰刀菌遗传距离最近,其次是燕麦镰刀菌,与麦根腐平脐蠕孢的遗传距离最大。(8)通过测定青稞健康植株和根腐类病害植株根际土壤酶活性发现,青稞根腐类病害的发生使青稞根际土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶的活性降低,使纤维素酶活性升高。青稞根腐类病害的发病率与蔗糖酶及脲酶活性呈负相关,且相关性显著。(9)通过测定青稞健康植株和发病植株根际土壤微生物生物量和平板涂布法测定青稞健康植株和发病植株根际土壤中三大微生物的数量发现,青稞根腐类病害的发生改变了青稞根际土壤代谢过程和土壤微生物的区系组成,使其根际土壤微生物生物量氮和磷下降;细菌和放线菌数量减少,真菌的数量增多。(10)采用高通量测序的方法对青稞健康植株和不同根腐类病害发病程度植株根际土壤中的16S rDNA和18S rDNA微生物进行测定发现,青稞根腐类病害的发生使青稞根际土壤细菌和真菌的群落结构在门、纲、目、科、属的水平上均发生变化,且发病越严重,与健康青稞植株根际土壤微生物群落结构的差异也越大。青稞根际土壤微生物群落结构也会因青稞的生长时期和所处地域不同而有所差异。


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