【摘 要】
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向日葵列当(Orobanche cumama Wallr.)是列当科(Orobanchaceae)列当属(Orobanche)的根部全寄生杂草,寄生于向日葵(Helianthus annuus L),严重制约我国北方干旱地区向日葵产业发展,故开发经济、高效、绿色的向日葵列当防治措施迫在眉睫。本研究通过种子萌发活性测试及“自杀性”萌发盆栽试验评估天然产物去氢木香内酯(Dehydrocostus la
【基金项目】
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陕西省自然科学基金(编号:2021JM-099);
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向日葵列当(Orobanche cumama Wallr.)是列当科(Orobanchaceae)列当属(Orobanche)的根部全寄生杂草,寄生于向日葵(Helianthus annuus L),严重制约我国北方干旱地区向日葵产业发展,故开发经济、高效、绿色的向日葵列当防治措施迫在眉睫。本研究通过种子萌发活性测试及“自杀性”萌发盆栽试验评估天然产物去氢木香内酯(Dehydrocostus lactone、DCL)的向日葵列当防除效果;并通过DCL对植物生长分枝及根毛发育的影响探究其对寄主作物的潜在安全性;此外,通过研究DCL对向日葵根际土壤微生物群落影响,以全新视角探索DCL列当防除效果可能的作用途径。研究结果如下:(1)列当种子萌发试验表明,DCL在100μM~1 p M浓度范围内均具有显著刺激向日葵列当萌发的作用。在1 p M极低浓度时,向日葵列当种子萌发率高达50.8%,与人工合成的高活性独角金内酯类似物rac-GR24活性相当。结果表明,DCL具有较强的向日葵列当种子萌发刺激作用,可作为向日葵列当的“自杀性”萌发诱导物进行列当防除。(2)通过“自杀性”萌发盆栽试验,用100 n M DCL处理含有向日葵列当种子的土壤,14天后播种向日葵,向日葵列当寄生数量平均为0.4个,显著低于空白对照组4.2个(p<0.05),表明DCL处理可以通过“自杀性”萌发减少列当寄生;此外,DCL对向日葵植株的株高、地上干重、根干重均无显著影响,未对向日葵的生长及生物量产生影响。(3)为进一步验证DCL的潜在安全性,研究了DCL对另一物种生理功能的调节作用。结果表明,DCL未能恢复拟南芥内源独角金内酯合成突变体max3-11的多分枝的表型,与rac-GR24表现不同,不具有抑制植株分枝的功能,推测DCL与rac-GR24的作用效果不同,从而表现不同生理功能;DCL处理后,野生型拟南芥较对照提高2.8倍,具有显著促进植株根毛伸长的作用,从而增强植物养分及水分吸收,促进植物营养生长。因此,DCL未对寄主植物产生不利影响,相反,可能通过促进寄主根毛伸长增强其生长及抗性。(4)向土壤中施加DCL及rac-GR24后,向日葵根际细菌芽单胞菌门(Gemmatimonadota)及Flavitalea、Arcticibacter、Sphingomonas、Gemmatimonas菌属的相对丰度增加,已有研究表明,一些微生物也具有防除列当的功能,因此上述丰度增加的菌群及其代谢产物可能与列当防除效果相关。DCL处理后向日葵根际土壤细菌群落OTUs数量减少,α多样性降低,细菌群落结构发生变化,而rac-GR24处理后,向日葵根际土壤细菌群落OTUs数量及α多样性均无显著变化,两者作用途径不同,对土壤细菌群落的影响及互作方式不同,且DCL对细菌群落的扰动较强,可能作为小分子微生物调节剂影响列当寄生。PICRUSt功能预测结果表明,添加DCL后,向日葵根际细菌群落能量代谢、多糖生物合成及次级代谢产物生物合成过程增强,分解有机物的能力增强,促进土壤中营养元素转化,对向日葵生长产生有益影响。(5)DCL处理后,向日葵根际土壤真菌群落共生真菌球囊菌门(Glomeromycota)相对丰度增加,推测其促进其在向日葵根际的定殖,从而调控向日葵根系分泌物的合成与分泌,影响向日葵的生长发育及列当寄生;DCL处理后增加抑制列当萌发的功能菌属(Candelaria、Fusarium、Acrophialophora、Glomus)的相对丰度,从而可能抑制列当萌发与寄生。综上所述,本研究通过评价去氢木香内酯(DCL)对向日葵列当“自杀性”萌发防除效果及潜在安全性,为开发“自杀性”萌发向日葵列当防除策略提供理论和实践基础;并从微生物防除途径角度分析DCL作为小分子微生态调节剂调控向日葵根际土壤微生物群落,从而实现列当防除的潜在可能性,对微生物列当防除方法的发展具有重要价值。
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