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丛枝菌根真菌和深色有隔内生真菌提高生姜抗姜瘟病机制的研究

花匠小妙招
2024-11-18 02:59

成果简介：

课题来源：广西自然科学基金项目(2020GXNSFAA259026)。 (1)青枯劳尔氏菌引发的姜瘟病是生姜产业发展的瓶颈问题生姜青枯病是由青枯劳尔氏菌(Ralstonia solanacearum，R.S)引起的一种世界性重大土传病害，广泛分布于热带、亚热带及温带地区，也一直是中国生姜生产的最大障碍，严重影响着中国生姜的产量和品质。近年来该病害发生面积呈上升趋势，对生姜产业造成了严重影响。化学防治被认为是植物病害最有效的防治手段，但长期大量使用农药容易引发病原菌产生抗药性，同时对人、畜和环境造成危害。抗病、高产和优质在作物育种中仍难以兼顾和突破，因此环保友好的生物防治逐渐成为学者们的研究热点。国内外研究学者对生姜青枯病的生物防治研究中涉及的主要生防微生物为木霉和芽孢杆菌等真菌、细菌和放线菌有益微生物，但这些生防微生物大多只定殖在生姜根际土壤中，受土壤微生态环境因子的影响较大，导致田间的生防效果不稳定，很难大面积推广，亟待发掘生防效果稳定的新型生防微生物。丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)和深色有隔内生真菌(dark septate endophytes，DSE)能够通过定殖于植物体内并与宿主形成互惠的共生体，其相对完全暴露在根际土壤中的其它生防微生物受到环境的影响相对较小，更容易获得稳定的防治效果。因此，通过AMF和DSE来减轻青枯病的发生，对中国青枯病区生姜产业的发展具有重要意义。 (2)植物根系内生真菌(AMF和DSE)在提高植物抗逆性方面具有重要作用AMF与植物根系形成的互惠共生体。据统计，地球上80%以上的陆生植物都可以与AMF共生形成AM。AMF与植物形成菌根之后，能够显著促进宿主植物对水分和养分的吸收和利用，增强植株抗逆性能，从而提高农作物的产量和品质。AMF通过增加根系营养吸收的表面积和活化可利用的营养物质来促进植物对磷和氮等营养元素的吸收，同时，植物宿主为AMF提供生长必不可少的碳源。AMF被认为是天然生物肥料，可以替代化学肥料，而且作物品质不会丧失。因此，AMF在生态系统中扮演着重要的角色。在开展生姜根系AMF侵染与姜青枯菌关系研究中，观察到同一生姜根系内同时着生有AMF和DSE结构。DSE是广泛定殖于植物根细胞内或细胞间隙的小型土壤真菌，常常伴生AMF。DSE分布广泛，几乎在地球的所有生境中均有发现，而且越来越多的证据表明，DSE可能具有与菌根真菌类似的生态学功能，一方面DSE能够促进寄主植物对矿质养分和有机养分的吸收，甚至可以为寄主植物分解不溶性的P元素；另一方面也能提高植物的抗逆和抗病能力，并且发现两种DSE可以有效防治大白菜根肿病和黄萎病。 (3)国内有关生姜根系内生真菌(AMF和DSE)的研究国内有关生姜菌根的研究，仅见王维华等于温室盆栽条件下研究AMF：Glomus mosseae(Nicol & Gerd)Gerdemann and Trappe、Glomus versiforme(Karsten)Berch对生姜生长的影响。结果表明：接种AMF能显著增加植株的株高、分枝数、单株叶面积、根茎产量；提高单叶净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率；显著提高生姜叶片和根中N、P、K、Ca、Cu和Zn含量。随着生育期的延长，生姜植株对AMF的依赖性增大。2014年以来，项目组开展了广西生姜根际土壤AMF研究。初步研究表明生姜根际土壤的AMF种群非常丰富，根据形态结构进行孢子种属鉴定，从生姜土壤中分离到9种类型AMF孢子，其中球囊霉属5个类型，无梗囊霉属4个类型。将优势AMF菌株接种到生姜上，AMF可与生姜形成共生关系，其中有两株AMF对生姜植株株高、根长、叶片数、鲜重、干重都显著促进作用。此外，接种抗青枯劳尔氏菌试验表明：接种AMF的生姜植株对姜瘟病的抑制效果为34.74%。在开展生姜根系AMF侵染与姜青枯菌关系研究中，观察到同一生姜根内同时着生有AMF和DSE结构，二者之间到底有何关系？这引发了好奇，2017年以来，同时开展了生姜根系DSE的研究。从广西生姜主产区的生姜根系中分离得到45株DSE菌株，通过平皿和盆栽共培养试验表明部分DSE菌株对生姜具有显著的促生功能，对青枯劳尔氏菌的平皿防效为72.2%，盆栽试验防效可达46.52%。二、研究目的与意义：前期结果表明，AMF和DSE对生姜有促生和抗姜瘟病的良好效果，但是AMF与DSE共同侵染植物根系形成的结构特点是什么？DSE对AMF的发育和功能有何影响？AMF对DSE的定殖有何影响？大田条件下接种AMF和DSE之后，生姜根际土壤的微生物群落(包括青枯菌)结构有何变化以及接种AMF和DSE之后对土壤生态因子有什么样的影响？AMF和DSE它们之间是什么关系以及更为深入的抗病机理尚未清楚。该项目基于近年来对生姜根际土壤AMF研究的基础上，将深入了解AMF和DSE在生姜根系内的定殖规律及其促进生姜生长效应，探讨AMF和DSE同时在生姜根系内的互作特点；在温室盆栽条件下，采用灌根接种病原菌的方法，研究对生姜姜瘟病的防治效果及其抗病机理，利用荧光实时定量PCR技术，对土壤中生姜青枯病菌进行定量检测，分析AMF与青枯劳尔氏菌、DSE与青枯劳尔氏菌以及两种内生真菌共存与青枯劳尔氏菌的互作机制，通过高通量测序技术，系统了解在感病的土壤中接种AMF和DSE的生姜种苗的根际土壤微生物群落结构，为利用根系内生真菌提高作物抗逆性，改善土壤生态提供理论依据。