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冬小麦-夏玉米一年两熟是中国北方麦区主要种植方式。自1990年以来，该区开始大面积推广应用秸秆还田技术，且秸秆还田面积和数量均日益提高，小麦纹枯病逐年加重。秸秆还田对小麦纹枯病发生的利弊一直存在争议。本论文在分离鉴定了冀鲁豫3省秸秆还田（年限≥15a）麦区纹枯病菌群体结构的基础上，利用实时荧光定量PCR技术测定了优势菌群禾谷丝核菌在小麦-玉米一年两熟种植体系中时空分布情况;通过田间小区定位试验，利用16S rRNA和ITS序列深焦磷酸测序技术测定了不同秸秆还田年限小麦根际土壤微生物群落组成，分析了微生物群体结构与小麦纹枯病发生的潜在相关性;利用GC-MS技术检测了小麦根际土壤中主要有机化合物的种类及含量，进一步通过室内生测试验研究了相对含量较高的有机化合物对禾谷丝核菌生物学特性和致病力相关因素的化感作用，并监测了主要化感物质在小麦根际土壤中的动态变化。该研究旨在解析秸秆还田条件下，小麦纹枯病逐年加重发生的化学生态机制，为完善该病综合防治技术体系提供参考依据。主要结果如下:
1.从冀鲁豫3省47个县（市）105个秸秆还田（年限≥15a）监测麦区分离、纯化并鉴定了284株纹枯病菌，其中包括双核禾谷丝核菌和多核立枯丝核菌，分别为247株和37株，各占总菌株数量的86.97％和13.03％。所有菌株可划分为AG-D、AG-B(0)、AG-2和AG-4四类融合群，各融合菌群数量分别为219、28、22和15株，分别占样本菌株总数的77.11％、9.86％、7.75％和5.28％。与先前研究结果相比，禾谷丝核菌AG-D融合菌群菌株数量占采集总株数百分比呈下降趋势，降幅在11％以上;而多核丝核菌数量相对比例呈明显上升趋势，增幅12.4％。
2.通过聚类分析284株纹枯病菌及6株标准菌株接种石新828（高感）、济麦22（中感）和周麦22（中抗）小麦品种后的病情指数，发现290个菌株可划分为VT1、VT2、VT3、VT4和VT5共计5个致病类型;石新828、济麦22和周麦22接菌纹枯病菌后，各致病力类型平均病指由低到高依次为25.67、40.42、45.78、49.45和58.55;5种类型菌株分别为19、41、53、78和93株，各占菌株总数的6.69％、14.44％、18.66％、27.46和32.75％。284株菌株对冀鲁豫3个优势小麦品种致病力由强到弱依次为石新828、济麦22和周麦22。采自豫麦区纹枯病菌致病力最强;冀麦区最弱。
3.秸秆还田条件下，禾谷丝核菌在小麦各生育期植株体内、根系及根际土壤中分布差异明显，其含量在小麦植株体内分布呈先升后降趋势。三叶期，地上部禾谷丝核菌DNA含量最低;起身期含量最高，达3774.60ng/g鲜组织;抽穗期，禾谷丝核菌DNA含量降低为2518.93ng/g鲜组织。禾谷丝核菌菌量在根系中的分布亦呈先升后降趋势。拔节期，禾谷丝核菌含量最高。禾谷丝核菌菌量在小麦根际土壤中和玉米植株地上部含量均呈逐渐上升趋势;其中，小麦抽穗期和玉米乳熟期禾谷丝核菌含量分别高达310.90ng/g鲜组织和1499.43ng/g鲜组织。在玉米根际土壤中的含量呈先降后升趋势，抽雄期最低，为170.63ng/g鲜组织。
4.长期秸秆还田导致小麦纹枯病发病率和病指均逐渐升高。秸秆还田4年地块，返青期和拔节期，纹枯病病指分别提高2.3％和8.9％;秸秆还田22年地块，病指分别提高11.5％和20.8％。秸秆还田22年地块，小麦根际土壤细菌及真菌群落结构均发生了显著变化;随秸秆还田年限延长，真菌多样性显著提高，而细菌多样性却显著降低。小纹纹枯病发生程度与细菌丰度之间呈负相关关系，而与真菌丰度呈正相关关系，相关系数分别为0.5576和0.9525。
5.随着秸秆还田年限增加，小麦根际土壤中酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和放线菌门(Actinobacteria)丰度明显减少，而疣微菌门（Verrucomicrobia）丰度明显增加;子囊菌门（Ascomycota）丰度随着秸秆还田年限的增加逐渐提高、接合菌门（Zygomycota）逐渐降低。黄杆菌属（Flavobacterium）和酸杆菌GP4等潜在生防菌类群的相对丰度与秸秆还田年限呈负相关关系，而丝核菌属(Rhizoctonia)相对丰度与秸秆还田年限呈正相关关系。长期秸秆还田明显改变了小麦根际土壤微生物群落构成，该转变有利于纹枯病发生。
6.秸秆还田地块小麦根际土壤中主要包括27类有机化合物，有机酸、酯、酰胺、烷烃、醇和醛相对含量较高，冀鲁豫三区各类化合物平均占总化合物含量的44.52％、15.98％、9.20％、2.39％、0.52％和0.12％;其中，3-苯基-2-丙烯酸、己酸、邻苯二甲酸二丁酯、4-羟基-3，5-二甲氧基苯甲酸和邻羟基苯甲酸对禾谷丝核菌具有明显化感作用。0.001μg·mL-1～0.5μg·mL-13-苯基-2-丙烯酸对禾谷丝核菌菌丝生长、菌核数量、菌核鲜重及纤维素酶活性均表现明显促进作用，促进率在1.4％～45.9％之间;较高浓度3-苯基-2-丙烯酸对果胶酶和木聚糖酶活性无影响。0.5μg·mL-1～50μg·mL-1己酸对禾谷丝核菌菌丝生长、菌核数量和菌核鲜重促进作用较强，对纤维素酶、果胶酶酶和木聚糖酶活性无影响。0.05μg·mL-1～50μg·mL-1邻苯二甲酸二丁酯处理禾谷丝核菌后，菌丝生长速率、菌核数量和菌核鲜重分别为5.6cm，18.6个/皿和20.5mg，与对照无显著差异，但纤维素酶和果胶酶酶活性分别提高8.6％～25.8％和13.5％～39.7％。邻羟基苯甲酸加速了菌丝生长，但对菌核数量和菌核鲜重表现出抑制作用;4-羟基-3，5-二甲氧基苯甲酸抑制了菌丝生长，但对菌核数量和菌核鲜重表现出明显促进作用;邻羟基苯甲酸和4-羟基-3，5-二甲氧基苯甲酸对细胞壁降解酶活性均无显著影响。
7.经3-苯基-2-丙烯酸和己酸预处理后，禾谷丝核菌在良星99茎基部菌丝侵染率均明显提高，纹枯病发生程度亦明显加重。与单独接菌处理15d相比，3-苯基-2-丙烯酸处理叶鞘表皮、中柱薄壁及导管壁细胞组织细胞菌丝侵染率分别提高13.4％、12.5％和16.7％，己酸处理分别提高8.1％、10.7％和19.5％。邻苯二甲酸二丁酯处理15d后，仅叶鞘导管壁细胞组织细胞菌丝侵染率有明显上升，表皮和中柱薄壁组织细胞菌丝侵染率未发生明显变化;但叶鞘表皮、中柱薄壁及导管壁细胞组织损坏程度均明显加重。
8.由苗期到成熟期，冀鲁豫秸秆还田地块小麦各生育期己酸、3-苯基-2-丙烯酸、邻羟基苯甲酸和4-羟基-3，5-二甲氧基苯甲酸在小麦根际土壤中的含量均呈先上升后下降的趋势;四种物质均在小麦分蘖期达到最高值，分别为3.25μg·mL-1、1.45μg·mL-1、58.76μg·mL-1和0.22μg·mL-1。而邻苯二甲酸二丁酯呈下降趋势，出苗期和成熟期分别55.30μg·mL-1和22.45μg·mL-1，降幅为146.25％。
综上所述，强致病力禾谷丝核菌AG-D融合菌群，秸秆还田导致的根际土壤真菌多样性提高及细菌多样性降低，及化感物质对禾谷丝核菌致病力的提升作用是秸秆还田地块小麦纹枯病发生的主要原因。
1.从冀鲁豫3省47个县（市）105个秸秆还田（年限≥15a）监测麦区分离、纯化并鉴定了284株纹枯病菌，其中包括双核禾谷丝核菌和多核立枯丝核菌，分别为247株和37株，各占总菌株数量的86.97％和13.03％。所有菌株可划分为AG-D、AG-B(0)、AG-2和AG-4四类融合群，各融合菌群数量分别为219、28、22和15株，分别占样本菌株总数的77.11％、9.86％、7.75％和5.28％。与先前研究结果相比，禾谷丝核菌AG-D融合菌群菌株数量占采集总株数百分比呈下降趋势，降幅在11％以上;而多核丝核菌数量相对比例呈明显上升趋势，增幅12.4％。
2.通过聚类分析284株纹枯病菌及6株标准菌株接种石新828（高感）、济麦22（中感）和周麦22（中抗）小麦品种后的病情指数，发现290个菌株可划分为VT1、VT2、VT3、VT4和VT5共计5个致病类型;石新828、济麦22和周麦22接菌纹枯病菌后，各致病力类型平均病指由低到高依次为25.67、40.42、45.78、49.45和58.55;5种类型菌株分别为19、41、53、78和93株，各占菌株总数的6.69％、14.44％、18.66％、27.46和32.75％。284株菌株对冀鲁豫3个优势小麦品种致病力由强到弱依次为石新828、济麦22和周麦22。采自豫麦区纹枯病菌致病力最强;冀麦区最弱。
3.秸秆还田条件下，禾谷丝核菌在小麦各生育期植株体内、根系及根际土壤中分布差异明显，其含量在小麦植株体内分布呈先升后降趋势。三叶期，地上部禾谷丝核菌DNA含量最低;起身期含量最高，达3774.60ng/g鲜组织;抽穗期，禾谷丝核菌DNA含量降低为2518.93ng/g鲜组织。禾谷丝核菌菌量在根系中的分布亦呈先升后降趋势。拔节期，禾谷丝核菌含量最高。禾谷丝核菌菌量在小麦根际土壤中和玉米植株地上部含量均呈逐渐上升趋势;其中，小麦抽穗期和玉米乳熟期禾谷丝核菌含量分别高达310.90ng/g鲜组织和1499.43ng/g鲜组织。在玉米根际土壤中的含量呈先降后升趋势，抽雄期最低，为170.63ng/g鲜组织。
4.长期秸秆还田导致小麦纹枯病发病率和病指均逐渐升高。秸秆还田4年地块，返青期和拔节期，纹枯病病指分别提高2.3％和8.9％;秸秆还田22年地块，病指分别提高11.5％和20.8％。秸秆还田22年地块，小麦根际土壤细菌及真菌群落结构均发生了显著变化;随秸秆还田年限延长，真菌多样性显著提高，而细菌多样性却显著降低。小纹纹枯病发生程度与细菌丰度之间呈负相关关系，而与真菌丰度呈正相关关系，相关系数分别为0.5576和0.9525。
5.随着秸秆还田年限增加，小麦根际土壤中酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和放线菌门(Actinobacteria)丰度明显减少，而疣微菌门（Verrucomicrobia）丰度明显增加;子囊菌门（Ascomycota）丰度随着秸秆还田年限的增加逐渐提高、接合菌门（Zygomycota）逐渐降低。黄杆菌属（Flavobacterium）和酸杆菌GP4等潜在生防菌类群的相对丰度与秸秆还田年限呈负相关关系，而丝核菌属(Rhizoctonia)相对丰度与秸秆还田年限呈正相关关系。长期秸秆还田明显改变了小麦根际土壤微生物群落构成，该转变有利于纹枯病发生。
6.秸秆还田地块小麦根际土壤中主要包括27类有机化合物，有机酸、酯、酰胺、烷烃、醇和醛相对含量较高，冀鲁豫三区各类化合物平均占总化合物含量的44.52％、15.98％、9.20％、2.39％、0.52％和0.12％;其中，3-苯基-2-丙烯酸、己酸、邻苯二甲酸二丁酯、4-羟基-3，5-二甲氧基苯甲酸和邻羟基苯甲酸对禾谷丝核菌具有明显化感作用。0.001μg·mL-1～0.5μg·mL-13-苯基-2-丙烯酸对禾谷丝核菌菌丝生长、菌核数量、菌核鲜重及纤维素酶活性均表现明显促进作用，促进率在1.4％～45.9％之间;较高浓度3-苯基-2-丙烯酸对果胶酶和木聚糖酶活性无影响。0.5μg·mL-1～50μg·mL-1己酸对禾谷丝核菌菌丝生长、菌核数量和菌核鲜重促进作用较强，对纤维素酶、果胶酶酶和木聚糖酶活性无影响。0.05μg·mL-1～50μg·mL-1邻苯二甲酸二丁酯处理禾谷丝核菌后，菌丝生长速率、菌核数量和菌核鲜重分别为5.6cm，18.6个/皿和20.5mg，与对照无显著差异，但纤维素酶和果胶酶酶活性分别提高8.6％～25.8％和13.5％～39.7％。邻羟基苯甲酸加速了菌丝生长，但对菌核数量和菌核鲜重表现出抑制作用;4-羟基-3，5-二甲氧基苯甲酸抑制了菌丝生长，但对菌核数量和菌核鲜重表现出明显促进作用;邻羟基苯甲酸和4-羟基-3，5-二甲氧基苯甲酸对细胞壁降解酶活性均无显著影响。
7.经3-苯基-2-丙烯酸和己酸预处理后，禾谷丝核菌在良星99茎基部菌丝侵染率均明显提高，纹枯病发生程度亦明显加重。与单独接菌处理15d相比，3-苯基-2-丙烯酸处理叶鞘表皮、中柱薄壁及导管壁细胞组织细胞菌丝侵染率分别提高13.4％、12.5％和16.7％，己酸处理分别提高8.1％、10.7％和19.5％。邻苯二甲酸二丁酯处理15d后，仅叶鞘导管壁细胞组织细胞菌丝侵染率有明显上升，表皮和中柱薄壁组织细胞菌丝侵染率未发生明显变化;但叶鞘表皮、中柱薄壁及导管壁细胞组织损坏程度均明显加重。
8.由苗期到成熟期，冀鲁豫秸秆还田地块小麦各生育期己酸、3-苯基-2-丙烯酸、邻羟基苯甲酸和4-羟基-3，5-二甲氧基苯甲酸在小麦根际土壤中的含量均呈先上升后下降的趋势;四种物质均在小麦分蘖期达到最高值，分别为3.25μg·mL-1、1.45μg·mL-1、58.76μg·mL-1和0.22μg·mL-1。而邻苯二甲酸二丁酯呈下降趋势，出苗期和成熟期分别55.30μg·mL-1和22.45μg·mL-1，降幅为146.25％。
综上所述，强致病力禾谷丝核菌AG-D融合菌群，秸秆还田导致的根际土壤真菌多样性提高及细菌多样性降低，及化感物质对禾谷丝核菌致病力的提升作用是秸秆还田地块小麦纹枯病发生的主要原因。