三七皂苷对三七的化感作用及土壤生态修复技术研究

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三七是我国治疗和预防心脑血管系统疾病和止血散瘀等的珍贵的特有中草药材,它同许多药用植物一样具有多年生的特点,但是三七又是少数连作障碍十分严重的植物,一般只能正常种植3年,就表现出根腐病等症状不能继续种植,三七对气候条件的要求非常严格,可以正常栽种三七的区域主要集中在云南文山一带,其它地区均不能正常栽种三七,三七的连作障碍严重的限制了云南文山三七的质量和产量,找出连作障碍的原因及解决连作障碍的措施有重要的意义。化感物质对三七的化感作用及机理目前尚未见报道,国内研究较多的是土壤中病原微生物对三七根系的侵染作用,本文首次采用污染化学与生态学相结合的方法,探讨人参皂苷对三七种植的化感作用机理及土壤理化性质对三七根际土壤微生物群落的影响,旨在找到三七连作障碍的原因及修复被污染的土壤。  本文采用HPLC-MS技术,测定了不同年份三七根际土壤中人参皂苷及霉菌毒素的含量,采用PCR-DGGE及平板菌落计数的方法测定三七根际土壤中微生物分子生态的多样性。通过比较不同年份三七土壤中人参皂苷及TOC、氨氮含量、pH等的变化,一方面探究人参皂苷对三七化感作用的机理,另一方面选择合适的菌剂组合来修复被污染的土壤。主要研究结果有:  (1)三七根际土壤pH与土壤中真菌微生物群落多样性呈显著正相关关系,相关系数为0.954(P<0.05),土壤中的氮含量与土壤中细菌微生物群落多样性呈显著正相关关系,相关系数为0.947(P<0.05);TOC、氨氮及C、H元素含量及C/N与土壤微生物多样性无显著相关关系,但较低的氨氮含量和TOC有利于三七的正常生长,随着三七种植年份的增加,土壤肥力逐渐下降;  (2)人参皂苷Re和Rb2含量与土壤中细菌微生物群落多样性呈显著负相关关系,相关系数分别为-0.920、-0.954(P<0.05),与土壤中真菌微生物群落多样性呈正相关关系;  (3)人参皂苷Re和Rb2是引起三七连作障碍的化感物质,在1-3年内,随着种植年份的增加,土壤中人参皂苷含量呈逐渐增加的趋势,同时三七根际土壤真菌分子生态多样性也呈逐渐增加的趋势,而细菌分子生态多样性逐渐减弱。而5年、10年及15年份的土样中,人参皂苷含量呈现出逐年减少趋势,土壤微生物分子生态的多样性也随之呈逐渐增强趋势,人参皂苷的化感作用是引起三七根际土壤微生态变化的主要因素;  (4)随着种植年份的增加,三七根际微生物群落生态多样性发生了很大的变化,细菌和酵母菌数量不断减少,其中细菌数量减少较快,当种植3年后,细菌数量减少了30%;霉菌数量不断增加,种植3年后,霉菌数量增加了60%,土壤中的病原真菌随连作的代数增加而明显增加,同时其分泌的毒素也不断增加。  (5)加入复合降解菌剂后,各个年份三七根际土壤中人参皂苷含量均有所下降,对人参皂苷Re的最大降解率为79%,对人参皂苷Rb2的最大降解率为69%,降解一周后,复合菌剂对两种化感物质的降解率均超过了50%;  (6)加入复合菌剂后,黄曲霉毒素B1、呕吐毒素DON、玉米赤霉烯酮ZEA的含量均有降低,对第3年土壤中玉米赤霉烯酮ZEA的降解能力最强,降解率达到63%,对第5年的土壤中黄曲霉毒素B1的降解能力最强,达到61%,对第3年的土壤中呕吐毒素DON的降解能力最强,降解率达到55%,对三种毒素均具有良好的降解效果,降解率在第3年和第5年的土壤中普通较高,说明了复合菌剂可有效的降解霉菌毒素,抑制病原真菌的生长;  (7)通过DGGE分析加入复合菌剂后土壤中微生物的多样性,细菌的多样性指数普遍增大,而真菌的多样性指数普遍减小,且不同年份土壤之间微生物群落多样性不存在较大的差异和变化,三七根腐病是由病原真菌侵染三七根部引起的,主要的病原真菌为镰刀菌,而三七根际土壤中真菌的多样性减小说明加入的复合菌剂后可抑制霉菌的生长,并且有助于有益菌的生长,恢复了土壤微生物的多样性;  (8)由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、粪肠球菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌和热带假丝酵母组成的菌剂,既可以降解霉菌毒素,也可以降解人参皂苷,通过调节土壤微生物群落的多样性,修复存在连作障碍的三七土壤,说明在三七根际土壤中建立多样的有益菌群是控制三七根腐病病原的关键。
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