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伴生分蘖洋葱对番茄养分利用及黄萎病抗性的影响

吴瑕  
【摘要】:番茄(Solanum lycopersicum)是我国设施内主栽的茄果类蔬菜之一,由于栽培习惯和经济利益的驱使,设施内番茄连作普遍存在,大量施用化肥使设施内土壤日趋酸化和盐碱化,这严重影响番茄的产量和品质,且病虫害频繁发生,这已成为制约设施番茄发展的主要问题。本研究在连作富营养的设施土壤条件下,以分蘖洋葱/番茄的伴生栽培模式为研究对象,分析伴生番茄根区土壤有效养分及植株养分含量的变化,探明伴生分蘖洋葱对番茄养分吸收及分配的变化规律。采用稀释平板和16S r DNA测序的方法分离并鉴定土壤中溶磷菌(PSB)和解磷菌(PMB);利用q PCR和PCR-DGGE方法分析伴生分蘖洋葱番茄根区土壤中碱性磷酸酶基因(ALP)数量及多样性的变化,采用Miseq高通量测序技术研究伴生对番茄根区土壤中细菌和真菌群落的影响;运用q RT–PCR精准分析伴生番茄抗病相关基因表达量变化,揭示伴生分蘖洋葱番茄促生控病内在机理,为伴生分蘖洋葱番茄栽培模式的推广应用及其相关研究奠定基础。主要结论如下:1.伴生两种分蘖洋葱均促进了番茄株高、地上干重和地下干重的显著增加,且伴生品种间差异显著。伴生提高番茄产量达8.49~16.92%。伴生番茄的根系形态发生改变,根表面积和根体积显著增加,促进了番茄矿质养分的吸收。2.伴生两种分蘖洋葱均改变了番茄植株内养分分配规律,降低了养分(N、P、K、Mn、Mo、B、Si)向叶中分配的比例,升高了养分(P、K、Mn、Mo)向根和花果中分配的比例,为产量的提高奠定了物质基础。3.伴生前期番茄叶绿素含量显著高于单作,且伴生期间番茄生物量和根系活力均显著高于单作,但分蘖洋葱出现相反的趋势。说明分蘖洋葱和番茄伴生体系中种间促进作用和种间竞争作用同时存在,伴生分蘖洋葱促进番茄生长,是以牺牲分蘖洋葱自身生长为代价的。4.伴生后番茄根区土壤中脱氢酶、脲酶和多酚氧化酶活性均显著高于单作。伴生前期土壤碱性磷酸酶显著高于单作,而伴生后期土壤中过氧化氢酶显著高于单作。定植37 d时,伴生番茄根区土壤中有效养分(N、P、K、Mn、B、Si)均显著低于单作,而伴生番茄养分(N、P、K、Mn、Mo、B、Si)吸收量显著高于单作。土壤EC值显著低于单作,p H显著高于单作。5.伴生后使番茄根区溶磷菌(PSB)、解磷菌(PMB)及碱性磷酸酶基因(ALP)数量和多样性显著增加。伴生番茄根区土中假单胞菌属(Pseudomonas)、根瘤菌属(Rhizobium),芽孢杆菌属(Bacillus),鞘脂菌属(Sphingobium)的相对丰度增加。这说明伴生分蘖洋葱使番茄磷细菌的多样性和功能增加,使番茄根区土壤中磷转化强度增加,改善伴生番茄的磷营养。6.伴生分蘖洋葱改变了番茄根区细菌和真菌群落多样性,改善土壤质量。伴生提高了番茄根区土中放线菌纲、拟杆菌纲、黄杆菌纲、绿菌纲、绿弯菌纲、厌氧绳菌纲、异常球菌纲、芽孢杆菌纲、梭菌纲、柔膜菌纲、浮霉菌纲、α-变形菌纲、丰佑菌纲等细菌的丰度,却降低了座囊菌纲、散囊菌纲、盘菌纲、锤舌菌纲、银耳纲、伞菌纲、微球黑粉菌纲、壶菌纲等真菌的丰度。伴生提高了番茄根区土壤芽胞杆菌属(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)等细菌的相对丰度。伴生提高了番茄根区土壤青霉菌属(Penicillium)、曲霉菌属(Aspergillus)和毛壳菌属(Chaetomium)等真菌的丰度,但却降低了散囊菌属(Eurotium)和梭孢壳属(Thielavia)的丰度。7.番茄接种黄萎病菌后,伴生番茄茎和根解剖结构细胞器完整性较好,叶绿体中有大量淀粉粒积累,而单作番茄茎和根解剖结构细胞器破坏严重,细胞叶绿体中淀粉粒积累很少,嗜锇颗粒积累较多。伴生分蘖洋葱提高了番茄根系中PAL、POD、PPO、几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性,降低根系内MDA含量,接菌前根系中类黄酮含量显著高于单作,提高伴生番茄的防御能力。接菌后总酚和类黄酮和木质素含量均显著增加,从而降低伴生番茄的发病率和病情指数。8.番茄接种黄萎病后,根中启动莽草酸-苯丙素-木质素合成途径上关键酶基因表达,伴生番茄启动基因(PAL,C4H,4CL,CCR,CAD)的表达早于单作番茄且表达量显著上调,增至单作番茄的2~16倍。伴生番茄根系中几丁质酶基因(Chi-E)、β-1,3-葡聚糖酶基因(Glu-E)、病程相关基因非表达子1(NPR1)、病程相关蛋白基因(PR-1)、查尔酮合成酶基因(CHS)和查尔酮异构酶基因(CHI)表达量显著上调。综上,本研究验证了伴生分蘖洋葱能促进番茄生长和产量提高,证实伴生番茄提高对黄萎病的抗性,分蘖洋葱促生控病的机理初步总结如下:伴生分蘖洋葱改变了番茄根区细菌和真菌群落多样性,使番茄根区土壤功能菌PSB、PMB和ALP基因的数量和多样性显著增加,显著提高了番茄根区土脱氢酶、多酚氧化酶及脲酶活性,通过降低了番茄根区土壤的酸化和盐碱化水平,创造了良好的根区营养环境,促进番茄生长和矿质养分吸收。同时改变了番茄植株内养分分配比例,为伴生番茄促生增产的奠定物质基础。伴生分蘖洋葱通过调控次生代谢物合成相关基因的表达,提高木质素、总酚、类黄酮和病程蛋白(几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶)等物质的含量和POD、PPO、PAL等防御酶活性等分子和生理水平的一系列抗性响应,提高了伴生番茄对黄萎病的抗性。


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