施用菜籽饼肥对香蕉枯萎病的防控效果试验及对土壤抑病性形成的原因分析

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香蕉是世界重要的水果和发展中国家的粮食作物之一,具有重要的经济价值和食用价值。近二十年来,随着香蕉的广泛种植,香蕉枯萎病已成为制约香蕉产业发展的最大因素。香蕉枯萎病是由尖孢镰刀菌古巴专化型(Fusarium oxysporum f.sp.cubense,FOC)引起香蕉维管束部位发生病变的一种土传真菌病害,目前对于香蕉枯萎病的防控,尚无经济有效的防治方法。抑病性土壤是指对土传作物病害有抑制作用的一类土壤,其作用原理为通过土壤当中特殊、稳定的微生物群落结构,来抑制土传病原菌的生长。抑病性土壤具有抑制效果好、持久性强、环保无污染等优点,因而探索构建抑病性土壤是持久防控香蕉枯萎病的有效途径。本研究以油菜籽饼为原料进行腐熟发酵制得的菜籽饼肥,并以菜籽饼肥为试验肥料,以香蕉枯萎病病土为试验土,以感病品种“巴西蕉”和耐病品种“南天黄”为供试验品种,进行菜籽饼肥防控香蕉枯萎病的盆栽效果试验。采用荧光定量PCR技术、Illumina Miseq高通量测序技术对防控效果良好的盆栽土壤和发病严重的盆栽土壤进行微生物比较分析,找出抑病性土壤与发病土壤之间的微生物种类差异,揭示抑病土的微生物学原理,以期为今后香蕉枯萎病抑病型土壤的构建提供研究基础。本研究获得了如下结果:(1)明确了分离得到的枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌可以应用于菜籽饼的发酵;在菜籽饼肥的平板抑菌实验中发现,起抑制作用的主要物质为菜籽饼肥当中的微生物;通过对菜籽饼肥进行微生物分析,结果表明菜籽饼肥当中细菌含量多并且种类丰富,而真菌含量少且物种单一。(2)为了直观的表现出防控效果,本研究采用荧光定量PCR技术对土壤当中FOC4孢子数量进行检测。为了使检查更加规范、精确,本研究将标准线性片段进行DNA浓度定量、冷冻抽干制备得到标准品,其具有稳定性强、便于长时间保存以及避免实验误差等优点;同时,经标准品制备的标准曲线符合荧光定量实验的基本要求。因此,该标准品可以用于土壤FOC4孢子数量检测。(3)本研究共进行了两次盆栽试验,结果表明施用菜籽饼肥作基肥和追肥,并结合种植耐病品种“南天黄”,对香蕉枯萎病具有良好防控效果。第一次盆栽试验为预试验,没有设置重复,种植品种为“南天黄”,种植60天后发病率仅为8.33%;第二次为正规随机区组排列盆栽试验,结果表明“南天黄”配合施加菜籽饼肥防控效果优于感病品种“巴西蕉”;对“南天黄”实验组的土壤进行分析发现:处理4个月后,施菜籽饼肥的CN处理组枯萎病发病率比YN对照组低63.33%;通过对盆栽土壤中FOC4数量进行检测,发现CN处理组较YN对照组FOC4孢子数量下降了2个数量级,同时CN处理组土壤的理化性质优于YN对照组。因此,施加菜籽饼肥使得CN处理组的土壤具有抑病性,而YN对照组的土壤无抑病作用。(4)通过对防控效果好的盆栽土壤和发病土壤进行微生物宏基因组测序分析,结果表明:在细菌方面,防病效果好的土壤细菌群落的相对丰度及多样性均大于发病土壤。在属水平,防病效果好的土壤中的不动杆菌属(Acinetobacter)、水杆菌属(Aquabacterium)、热单胞菌属(Thermomonas)、产黄杆菌属(Rhodanobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)和奥托氏菌属(Ottowia)等菌属的相对丰度较发病土壤有明显提高,而酸热菌属(Acidothermus)、Bryobacter菌属以及Acidipila等菌属相对丰度较发病土壤有所减少。在真菌方面,发病土壤真菌的相对丰度要高于防病效果好的土壤,但发病土壤真菌的群落多样性要低于防病效果好的土壤;在属水平,丰度最高的前10个物种中,无法进行分类的真菌占比较多;能进行分类的木霉菌属(Trichoderma)和镰刀菌属(Fusarium)在发病土壤中占比较多,而毛孢子属(Trichosporon)和耐干霉菌属(Xeromyces)则在防病效果好的土壤中占比较多,此外发病土壤中的其他菌属要比防病效果好的土壤多。综上所述,通过施用菜籽饼肥作基肥和追肥,改变了土壤理化性质、土壤环境以及土壤微生物种群结构,有利于土壤中抑制香蕉枯萎病微生物区系的形成,从而有效延缓和减轻香蕉枯萎病的发生,使原来的发病土壤转变为抑病性土壤。
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