【摘 要】
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辣椒是一种重要的经济作物,在我国常年种植面积超过130万公顷。传统上促进辣椒生长与增产的方法大都集中在育种、水肥管理及栽培技术提高等方面。但大量化肥和农药的投入,对环境造成了极大的危害。沼泽红假单胞菌PSB06属于紫色光合细菌,不仅能防治不同植物病原菌引起的土传病害,还能提高作物产量和品质。然而,现有文献少有涉及光合细菌对作物的促生作用的研究。故本研究以辣椒品种“湘研15号”为研究对象通过微生物组
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辣椒是一种重要的经济作物,在我国常年种植面积超过130万公顷。传统上促进辣椒生长与增产的方法大都集中在育种、水肥管理及栽培技术提高等方面。但大量化肥和农药的投入,对环境造成了极大的危害。沼泽红假单胞菌PSB06属于紫色光合细菌,不仅能防治不同植物病原菌引起的土传病害,还能提高作物产量和品质。然而,现有文献少有涉及光合细菌对作物的促生作用的研究。故本研究以辣椒品种“湘研15号”为研究对象通过微生物组和代谢组测序技术研究了大田和温室条件下沼泽红假单胞菌PSB06灌根后根际微生态环境和辣椒生长发育的相关性,结果表明沼泽红假单胞菌PSB06能通过调控根际微生态环境促进辣椒苗期生长发育。主要研究结果如下:1.大田试验结果表明:与清水对照相比,沼泽红假单胞菌PSB06灌根后显著提高了辣椒产量和总氮含量,而总氮也是影响大田细菌群落结构的最重要因素之一。与清水对照相比较,沼泽红假单胞菌PSB06灌根提高了辣椒根际细菌α多样性且改变了细菌群落结构;同时鉴定出与产量呈强显著正相关8个属中Gaiella和Gp6属在施药后三个试验组中相对丰度均显著高于对照,推测它们可能在产量变化的过程中起重要作用。2.定殖结果表明:沼泽红假单胞菌PSB06主要存在于苗期辣椒根表面根尖和伸长区细胞间隙。与对照相比,沼泽红假单胞菌PSB06灌根显著提高了根际土壤细菌群落α多样性;细菌群落结构和对照具有显著差异,两者之间群落结构差异不断降低,优势种群在14 d内发生显著变化。参与固氮作用的37个OTU中Azospira oryzae、Clostridium beijerinckii和Rhodopseudomonas palustris是其中的优势物种,相对丰度在1%-6%之间,相对丰度均显著增加随后逐渐降低,表明Azospira oryzae、Clostridium beijerinckii和沼泽红假单胞菌PSB06可能存在协同促进关系。3.使用沼泽红假单胞菌PSB06灌根后,辣椒根际土壤功能菌群光合细菌和固氮功能菌α多样性逐渐升高且群落结构与对照具有显著差异,14 d内物种种群相对丰度发生显著变化,根际、根周土壤光合细菌和固氮菌群落结构差异逐渐降低。Rhodopseudomonas palustris、Novosphingobium subterraneum、Methylibium sp.Pch-M、Rhodobacter sphaeroides是光合细菌种群中相对丰度最高的四个种群,而Rhodopseudomonas palustris、Rhodobacter＿sp＿AKP、Azospira＿oryzae、Azonexus＿hydrophilus是固氮细菌相对丰度最高的四个种群,参与生物固氮过程。Rhodopseudomonas palustris在两个种群中均属于优势菌。4.同时我们也进行了沼泽红假单胞菌PSB06灌根与生长发育的关联性分析,利用宏基因组和代谢组方法对根系分泌物和根际微生物的互作进行了初步研究。结果表明沼泽红假单胞菌PSB06灌根后鲜重增加,根长、茎长等显著增长,促进了苗期辣椒的生长。植物生长调节的细胞分裂素、脱落酸等内源激素显著下调,而参与植物光合作用光反应的正磷酸盐显著上调,推测沼泽红假单胞菌PSB06灌根促进苗期辣椒的生长发育可能是通过促进植物的光反应过程和适度调节植物内源激素的含量来完成。根系分泌物注释的差异代谢物通路中共有9个通路与根际微生物基因通路匹配,包括8种显著上调的化合物和5种显著下调的化合物,其中主要差异代谢物油酸和苯三酚显著上调并且发现根际top 30物种中Opitutus＿terrae等14种菌显著上调,它们之间存在相关关系。表明根系分泌物不断进入土壤,改变了根系微生态环境,包括微生物群落结构和优势种群。综上所述,沼泽红假单胞菌PSB06对辣椒促生的调控机制是通过加速根际微生物群落的演化,一方面通过提高根际土壤α多样性来改善根际土壤微生态环境,以及影响固氮功能菌群如Azospira oryzae等种群变化进行生物固氮提高土壤中氮含量;另外辣椒通过根系分泌物如油酸、苯三酚等响应根际Opitutus＿terrae等菌群的应答,维持植物-微生物互作的稳定体系来促进苗期辣椒生长,同时也可能通过引起辣椒内源激素变化以及正磷酸盐上调,协同促进辣椒的生长发育。本研究将为研究沼泽红假单胞菌PSB06对作物的促生机制提供理论依据。
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