玉米-大豆带状套作对大豆根腐病病原菌组成及根际微生物种群结构的影响

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大豆根腐病可由多种病原菌侵染导致,是一种世界性的土传病害,常随种植年限的延长而加重,给大豆生产造成巨大损失。玉米-大豆带状套作具有“高产出、低风险、可持续、机械化”的优势,还能减轻病虫害发生,受到国家政策的大力支持,但该模式对大豆根腐病的控制机理还尚不清楚。改变根际微生物群落是栽培模式调控土传病害发生的重要方式。本文以4年田间定位试验为研究对象,调查研究了玉米-大豆带状套作和大豆净作下大豆根腐病的发生情况、鉴定根腐病病原菌种群与致病力;通过分离鉴定比较分析了带状套作与净作大豆根际镰孢菌和木霉菌的种群差异;基于微生物高通量测序分析了大豆根腐病相关的根际微生物群落。以期初步探索玉米-大豆带状套作调控根腐病发生的机制。论文主要研究结果如下:(1)连续4年对定位试验中大豆根腐病的发生情况调查结果表明:玉米-大豆带状套作显著降低了大豆根腐病的发病率和病情指数;对两种栽培模式下大豆根腐病病原菌进行分离鉴定,明确了带状套作大豆根腐病镰孢菌种群包括腐皮镰孢菌复合群Fusarium solani species complex(FSSC)、木贼镰孢菌复合群FIESC、轮枝镰孢菌F.verticillioides、尖孢镰孢菌F.oxysporum、藤仓镰孢菌F.fujikuroi、禾谷镰孢菌F.graminearum、亚细亚镰孢菌F.asiaticum和层出镰孢菌F.proliferatum共8个种,净作中包括腐皮镰孢菌复合群FSSC、木贼镰孢菌复合群FIESC、尖孢镰孢菌、亚细亚镰孢菌、南方镰孢菌F.meridionale和F.commune共6个种,其中禾谷镰孢菌、轮枝镰孢菌、藤仓镰孢菌和层出镰孢菌是带状套作特有种;致病性检测发现,尖孢镰孢菌致病力最强,且在净作下分离频率最高。本研究结果表明,带状套作能够显著降低大豆根腐病的发生,改变致病镰孢菌的种群结构。(2)对带状套作和净作下发病大豆根际土、健康大豆根际土和非根际土中镰孢菌和木霉菌进行分离鉴定,结果表明,3种土壤样本所包含的镰孢菌包括腐皮镰孢菌复合群、木贼镰孢菌复合群、尖孢镰孢菌、藤仓镰孢菌和F.commune 5种,所包含的木霉菌包括哈茨木霉Trichoderm hazianum、绿木霉T.virens和T.afrohazianum 3种。镰孢菌和木霉菌种群密度分析结果表明,两种模式下根际镰孢菌和木霉菌种群密度均高于非根际,带状套作大豆根际木霉菌和镰孢菌种群密度均高于净作;发病大豆根际镰孢菌种群密度高于健康大豆,健康大豆根际木霉菌种群密度高于发病大豆。进一步分析镰孢菌和木霉菌的种群结构发现,净作栽培下发病大豆根际强致病的尖孢镰孢菌所占比例显著高于带状套作。带状套作可能通过降低根际强制病镰孢菌种群所占比例和提高根际木霉菌种群密度降低了大豆根腐病的发生。(3)基于ITS和16Sr DNA序列根际微生物高通量测序研究了带状套作对大豆根腐病相关的根际微生物群落的影响,α-多样性分析结果表明,根际细菌群落丰富度和均匀度高于非根际,不同真菌群落间丰富度的和均匀度差异较小;β-多样性分析结果表明,不同栽培模式下根际微生物群落结构存在差异,发病大豆与健康大豆根际微生物群落结构也存在差异,栽培模式对真菌群落结构的影响大于细菌。对两种栽培模式下不同根际差异物种分析结果表明,根腐病的发生使大豆根际慢生根瘤菌Bradyrhizobium的相对丰度增加,硝化螺菌属Nitrospira的相对丰度降低,带状套作大豆根际富集了更多炭疽菌属Colletotrichum和赤霉属Gibberella,净作大豆根际则是茎点霉属Phomapsis相对丰度较高;对不同根际指标物种分析结果表明,带状套作发病大豆根际存在较多指示真菌和细菌,可为评价带状套作地土壤健康情况提供依据。本研究结果对于深入解析带状套作调控根腐病发生的根际微生物环境奠定了一定的基础。
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