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分蘖洋葱根系分泌物对黄瓜的化感作用及其应用

杨阳  
【摘要】: 黄瓜(Cucumis sativus L.)是设施蔬菜主要的栽培种类,黄瓜枯萎病是一种分布较广、为害较重、防治困难的典型的世界性根际土传病害,随着连作年限的增加,发病率明显增高,严重威胁和阻碍着黄瓜生产。 本研究以黄瓜为主栽作物,以分蘖洋葱为套作作物,研究了分蘖洋葱根系分泌物的化感作用及不同分蘖洋葱品种化感潜力的差异;运用GC-MS技术鉴定了分蘖洋葱根系分泌物主要的化感物质;运用双向电泳技术筛选出了与化感作用相关蛋白;运用PCR-DGGE土壤分子生态学技术,研究了不同化感强度的分蘖洋葱根系分泌物对土壤养分、土壤酶活性、土壤微生物数量和黄瓜根际土壤细菌群落结构多样性等土壤生态环境及黄瓜生长发育的影响;并研究了黄瓜与化感强弱分蘖洋葱套作对黄瓜土壤生态环境及黄瓜生长发育的影响。该项目的研究,将填补分蘖洋葱化感作用研究的空白,为进一步揭示轮套作提高产量降低病害的机理,建立和推广合理的栽培制度以及设施园艺的可持续健康发展提供技术支撑和理论基础。 本研究的主要结论如下: 1采用水培法收集分蘖洋葱根系分泌物,不同浓度分蘖洋葱根系分泌物对黄瓜种子的胚根长,胚芽长,胚根鲜重,胚芽鲜重均有促进作用,明确浓度为10 ml?株-1时促进作用最大。不同品种分蘖洋葱对黄瓜幼苗表现出不同程度的化感作用。在所选的黑龙江省12个品种分蘖洋葱当中,L04品种化感作用最弱(0.022),L06品种化感作用最强(0.240)。 2分蘖洋葱根系分泌物10 ml?株-1浓度对黄瓜枯萎病病原菌的孢子萌发和菌丝生长抑制作用最大。不同品种分蘖洋葱根系分泌物对黄瓜枯萎病菌的抑制效果不同,化感作用强分蘖洋葱L06品种根系分泌物抑菌效果好。 3甲酸、丁酸、丙酸、戊酸、羟酸、苯甲酸、苯乙酸、苯二甲酸及二硫化物为分蘖洋葱根系分泌中的主要化感物质。在乙醚、乙酸乙酯、三氯甲烷和正丁醇四种有机溶剂中,均检测到苯甲酸这一酚酸类物质,且化感作用强品种分蘖洋葱根系分泌物中的苯甲酸百分含量高。 4选用化感作用强的分蘖洋葱品种与黄瓜套种的栽培模式可降低病害提高黄瓜产量。 5在pH 4~7范围内,单种、套作处理及化感强弱分蘖洋葱品种之间,分蘖洋葱根系蛋白质双向电泳表达图谱中共发现47个蛋白点的表达量有明显差异(±2倍以上),通过质谱分析及数据库检索均得到了完整的肽指纹图谱。化感强弱分蘖洋葱品种之间差异表达蛋白点有20个。在这些蛋白中与糖代谢相关蛋白占5%、核酸合成相关蛋白占5%、未知蛋白占9%、与能量转化相关的蛋白占15%、与次生代谢相关的蛋白占15%、与蛋白代谢相关的蛋白占25%、与信号传导相关的蛋白占30%。与L04品种相比,化感作用强L06品种与次生代谢相关的阿魏酸5-羟化酶表达量少。套作处理化感强弱分蘖洋葱两品种共有的差异表达蛋白有31个。这些蛋白的表达与化感作用效应相关。与糖代谢相关蛋白占6%、核酸合成相关蛋白占6%、未知蛋白占9%、与能量转化相关的蛋白占13%、与信号传导相关的蛋白占10%、与蛋白代谢相关的蛋白占23%、与次生代谢相关的蛋白占29%。化感物质除了由莽草酸途径或异戍二烯途径产生外,苯丙烷代谢途径也是化感物质产生的重要途径。 6分蘖洋葱根系分泌物处理后,提高了黄瓜根际土壤pH值,降低了Ec值,增加了速效磷、速效钾及有机质含量;提高了黄瓜根际土壤过氧化氢酶、过氧化物酶、转化酶及脲酶活性;黄瓜根际土壤细菌、放线菌数量增加,真菌、镰刀菌数量减少;黄瓜根际土壤细菌丰富度增加,差异条带的序列片段经比对推测为3大细菌类群:Actinobacteria(放线菌纲)、Proteobacteria(变形菌纲)和Anaerolineaceae(厌氧绳菌纲),厌氧绳菌只出现在化感强根系分泌物处理的土样中;黄瓜单株产量增加,黄瓜白粉病、霜霉病、角斑病发病率及病情指数下降。化感作用强10 ml?株-1分蘖洋葱根系分泌物处理效果最好。化感强、浓度高分蘖洋葱根系分泌物对改善黄瓜根际土壤生态环境效果最佳。 7黄瓜套作化感强弱分蘖洋葱后,降低了黄瓜根际土壤Ec值,提高了pH值、有效磷、速效钾含量,但对土壤有机质和碱解氮影响不大;增加了黄瓜根际土壤过氧化氢酶活性,转化酶活性,脲酶活性,降低了过氧化物酶活性;增加了黄瓜根际土壤细菌丰富度,共有条带的序列片段经比对推测为2大细菌类群:Actinobacteria(放线菌纲)和Proteobacteria(变形菌纲),差异条带的序列片段经比对推测为3大细菌类群:Actinobacteria(放线菌纲)、Proteobacteria(变形菌纲)和Anaerolineaceae(酸杆菌纲),红螺旋菌目,酸杆菌属只出现在套作化感作用弱分蘖洋葱黄瓜根际土壤中。黄瓜套作分蘖洋葱,为黄瓜生长创造了良好的根际营养环境,促进了黄瓜幼苗的生长。以套作化感作用强分蘖洋葱效果最佳。 综上,分蘖洋葱根系分泌物及套作处理,提高了黄瓜根际土壤养分,增加了过氧化氢酶、转化酶及脲酶活性,增加了黄瓜根际土壤细菌、放线菌数量,降低了真菌、镰刀菌数量,黄瓜根际细菌群落结构多样性增加,创造了良好的根际营养环境,从而降低病害,增加了黄瓜产量。


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