影响榨菜根肿病发病的关键因子及生防菌的控病作用研究

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芸薹根肿病菌(Plasmodiophora brassicae Woronin)是原生动物界中一种重要的专性寄生菌,能够引起十字花科作物根肿病。该病原菌休眠孢子具有生命力强、侵染率高、传播途径广等特点,导致其难防难治。近年来,随着我国十字花科作物产业的不断发展,根肿病的发生面积及危害程度也呈逐年增加的趋势,每年均造成十字花科类作物严重的经济损失,成为限制该产业高质量发展的重要因子。当前,根肿病的防治技术主要是抗病品种、化学药剂和农事管理等措施,但防治效果均不理想,主要原因在于影响根肿病发生的关键因子不明确,防治技术措施针对性不够。因此,本研究通过室内盆栽试验,研究不同移栽时期的榨菜对根肿病的抗病效果,比较不同移栽时期的榨菜具有的生理生化特征差异,明确榨菜移栽时期对根肿病发生的影响;通过在大田采集榨菜根肿病发病与健康的根际土壤,利用高通量测序、Biolog ECO等方法,评价不同土壤理化性质、酶活特性、微生物代谢活性、微生物结构多样性等指标的差异,明确不同榨菜根际土壤理化与微生物因子对根肿病发生的影响;最后通过育苗基质添加生防菌剂技术,研究不同生防菌剂对榨菜生长、抗病、土壤微生物的影响,进一步验证让榨菜根部优先定殖有益菌可有效防治榨菜根肿病的科学假设。本学位论文的主要研究结果如下:1榨菜移栽时期越早,根肿病发生越严重采用室内盆栽模拟不同移栽时期,榨菜种子播种0 d、5 d、10 d、20 d、30 d、35 d、40 d后分别接种芸薹根肿病菌。结果表明,移栽期与根肿病的发病率和病情指数呈负相关性,即随着植株移栽期的推迟,发病率和病情指数都降低,早期侵染是影响根肿病发生的关键。其中播种0 d接种时,其平均发病率达95.14%,其平均病情指数达46.33,播种40 d后移栽时平均发病率为30.23%,平均病情指数为11.89。对不同移栽期下榨菜植株的防御酶系进行测定,结果表明受病原菌侵染后,播种培养30 d后的榨菜植株防御酶活性要高于培养低于30 d的植株,特别是植株播种后30 d移栽,其根肿病菌侵染后显著降低了植株POD(过氧化物酶)、SOD(超氧化物歧化酶)、PPO酶(多酚氧化酶)的酶活性。芸薹根肿病菌早期侵染是关键,直播于含菌土壤中,根肿病的发病率最高,表明种子带菌或种子直播是导致根肿病发病最重要的原因。2榨菜根际土壤微生物因子对根肿病的发生影响显著采集涪陵地区长期连作,芸薹根肿病常发地发病与健康植株地块60份土壤样本,通过土壤微生物群落结构测定、土壤微生物碳源代谢活性测定,结果表明,根肿病发病土壤中土壤微生物群落对碳源的平均代谢能力(AWCD)高于健康土壤,且出现以聚合物类和酚酸类化合物这两种碳源为主要代谢底物的微生物群落的富集。最后,明确了榨菜根肿病发病和健康根际土壤微生物群落之间存在显著差异;利用随机矩阵方法建立病株和健株两组样本土壤微生物群落的分子生态网络拓扑图表明,健株根际土壤微生物群落内具有更多的连接点和边缘,且连接度更高,显示出健康根际土壤的微生物间共生互作关系更为复杂。此外,通过网络拓扑图的中介中心性筛选出健康根际土壤中具有生防作用的核心物种菌群,细菌Haliangium、Mucilaginibacter和Variovorax,真菌Fusicolla、Penicillium和Cryptococcus,它们可能在抑制榨菜根肿病中发挥着重要作用。3基质添加生防菌剂技术可富集有益微生物协同防控榨菜根肿病通过基质拌菌技术施用有益微生物菌剂,同时在移栽期根际增施拮抗菌剂优化根际微生态,其中,施用枯草芽孢杆菌XF-1菌剂对榨菜根肿病的控制效果最好,与常规育苗相比其相对防效可达37.33%。采集添加微生物菌剂后的土壤样本,通过不同处理下土壤微生物群落碳源代谢活性测定,结果表明,枯草芽孢杆菌XF-1菌剂处理下能显著提高土壤微生物群落结构的多样性和丰富度,较CK对照分别高出0.663、3.861。枯草芽孢杆菌XF-1菌剂处理下主要对β-甲基D-葡萄糖苷、2-羟苯甲酸等碳源的代谢利用能力增强。且碳水类化合物和多聚物类碳源与病情指数表现出极显著的负相关。利用16S rDNA/ITS高通量测序技术对不同处理下土壤微生物群落组成测定,结果表明,土壤施用有益微生物菌剂后,会影响土壤微生物的群落组成。特别是枯草芽孢杆菌XF-1菌剂处理后,与对照进行差异判别分析,筛选出118种细菌、28种真菌在土壤样本中显著富集的微生物群落,且细菌属(Haliangium)和真菌属(Fusicolla)在健康土壤微生物的网络共生关系中也发挥着重要作用,其中筛选出5个细菌属(Edaphobaculum、Aquisphaera、Singulisphaera、Pseudolabrys、Reyranella)和1个真菌属(Mortierella)与发病率和病情指数之间存在显著的负相关性,这几种关键微生物的变化在抵御根肿病菌的入侵中可能发挥着重要作用。综上所述,榨菜移栽时期和土壤微生物代谢与结构多样性是影响根肿病发生的关键因子,且随着植物的生长,植株的防御酶活性越高,抵御芸薹根肿病菌侵染的能力越强,同时,利用育苗基质添加生防菌剂可有效防控根肿病,其中使用生防菌剂枯草芽孢杆菌XF-1在田间防控效果最好,并能富集有益微生物达到对根肿病的协同防控。本研究结果将为十字花科作物根肿病的精准防控提供重要的理论支撑与新的生物防治方法。
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