不同绿肥防控烟草青枯病的机理_刘艳霞.pdf

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2021-0625刘艳霞，张恒，姚云静，毛林昌，朱经伟，高维常，李蕾，李想.不同绿肥防控烟草青枯病的机理.草业科学,2022,39(11):2326-2337.LIUYX,ZHANGH,YAOYJ,MAOLC,ZHUJW,GAOWC,LIL,LIX.Studyonthemechanismofbiologicalcontroloftobaccobacterialwiltwithdifferentgreenmanures.PrataculturalScience,2022,39(11):2326-2337.不同绿肥防控烟草青枯病的机理刘艳霞1，张恒1，姚云静2，毛林昌3，朱经伟1，高维常1，李蕾2，李想4（1.贵州省烟草科学研究院烟草行业山地烤烟品质与生态重点实验室,贵州贵阳550000；2.贵州大学农学院,贵州贵阳550000；3.贵州省烟草公司铜仁市公司，贵州铜仁563000；4.中国烟草总公司贵州省公司,贵州贵阳550000）摘要：针对烟草青枯病 病原青枯菌(Ralstonia solanacearum)对烟叶生产造成的危害，探索不同种类绿肥翻压对土壤青枯菌和微生物群落的影响，为生物防控烟草土传病害提供新的手段和方法。以适合西南烟区种植的 15 种绿肥为材料，利用盆栽生物模拟，筛选并验证能够抑制土壤中青枯菌数量的绿肥种类，采取超高效液相色谱串联四级杆飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF/MS)、荧光定量 PCR 以及微生物高通量测序等技术，鉴定、分析绿肥根系分泌物主要物质种类和含量，并开展田间试验验证防控效果。结果表明：1)随着绿肥种植时间增加，土壤中青枯菌数量总体呈下降趋势，绿豆(Vigna radi)根系分泌物对青枯菌的抑制效果最明显，抑菌率达 69.05%。2)二月兰(Orychophragmus violaceus)根系分泌物中的氨基酸总量最高，油菜(Brassica campestris)最低，绿豆的酪氨酸含量最高，比最低含量(油菜)高54.74%，二月兰的谷氨酸和丙氨酸含量明显高于其他绿肥，毛叶苕子(Vicia villosa)的丝氨酸含量比绿豆高 33.19%。3)田间施用绿肥后，绿豆处理的青枯病防控率高达 55.61%。4)对照(灭菌自来水接种劳尔氏菌)的根际土壤青枯菌相对丰度明显高于种植绿肥的土壤，分别是油菜、毛叶苕子、绿豆、二月兰的 4.35、4.14、2.90 和 2.29 倍，绿豆处理土壤中的-变形菌属(Alphaproteobacteria)、粘细菌属(Haliangium)和克雷伯氏菌属(Klebsiella)相对丰度高于其他处理。5)绿肥处理的土壤在氨基酸代谢、转录代谢、复制和修复代谢等功能潜力上有所增强。研究表明，绿肥根系分泌物极大地影响吧土传病原菌数量，绿肥施用后土壤微生物群落结构和功能潜力发生变化，绿豆适宜生物防控青枯病，这为烟草青枯病的绿色防控提供了新的途径和方法。关键词：绿肥；烟叶生产；青枯病生物防控；茄科劳尔氏菌；根系分泌物；土壤微生物群落结构；功能基因文献标志码：A文章编号：1001-0629(2022)11-2326-12Study on the mechanism of biological control of tobacco bacterial wiltwith different green manuresLIUYanxia1,ZHANGHeng1,YAOYunjing2,MAOLinchang3,ZHUJingwei1,GAOWeichang1,LILei2,LIXiang4(1.GuizhouAcademyofTobaccoScience,UplandFlue-CuredTobaccoQuality&EcologyKeyLaboratoryofChinaTobacco,Guiyang550000,Guizhou,China;2.AgriculturalCollegeofGuizhouUniversity,GuizhouUniversity,Guiyang550000,Guizhou,China;3.TongrenCityCompanyofGuizhouTobaccoCorporation,Tongren563000,Guizhou,China;4.GuizhouTobaccoCompamy,CNTC,Guiyang550000,Guizhou,China)Abstract:Tobaccobacterialwilt(Ralstonia solanacearum,Rs)causesseveredamagetotobaccoproductionintheGuizhou收稿日期：2021-10-15接受日期：2022-04-08基金项目：国家自然科学基金(31860597)；贵州省科技计划(黔科合支撑 20182345)；院士工作站(黔科合平台人才 20204004)；中国烟草总公司贵州省公司科技项目(201808、2021XM18、201905、2022XM03)第一作者：刘艳霞(1982-)，女，河北张家口人，副研究员，博士，研究方向为土壤保育、青枯病生物防控。E-mail:通信作者：李想(1982-)，男，辽宁鞍山人，副研究员，博士，研究方向为烤烟营养、有机肥研发。E-mail:2326-2337草业科学第39卷第11期11/2022PRATACULTURALSCIENCEVol.39,No.11http:/Province.Theinvestigationoftheeffectsofsuppressingbacterialwiltpathogensandimprovingsoilmicrobialactivityofdifferenttypesofgreenmanurewillprovidenewideasandmethodsforcontrollingtobaccobacterialwilt.Inthisstudy,15greenmanuressuitableforplantinginsouthwesterntobaccoareaswereselected.ApotsimulationexperimentwasconductedtodemonstratetheinhibitoryeffectofgreenmanureonRsinsoil.UPLC-Q-TOF/MSwasemployedtoidentifyandanalyzethetypeandquantityofaminoacidsintherootexudatesofdifferentgreenmanures,andfluorescencequantitativePCRwasused to study the effects of root exudates on the population of Rs.High-throughput sequencing of soil microbes wasperformedtorevealthesoilmicrobialcommunitystructureandfunctionalgenesinfieldexperiments.Asplantingtimeincreased,thenumberofRsinthesoilshowedadownwardtrend.TheinhibitoryeffectofmungbeanrootexudateonRswasthestrongest,withaninhibitoryrateof69.05%.ThecontentofaminoacidsintherootexudatesofFebruaryorchidwashigherthanthatinanyothergreenmanure,whiletheaminoacidcontentinrapewasthelowest.Themungbeantreatmenthadthehighesttyrosinecontent,whichwas54.74%higherthanthatofthelowest(oilrape).GlutamicacidandalaninecontentsinFebruaryorchidsweresignificantlyhigherthanthoseinothergreenmanures.Inaddition,theserinecontentofhairyvetchwas33.19%higherthanthatofmungbeans.Aftergreenmanurewasappliedinthefield,thecontrolefficacyofbacterialwiltinmungbeantreatmentswasashighas55.61%.TherelativeabundanceofRsinthecontrolrhizospheresoilwassignificantlyhigherthanthoseinthegreenmanure-plantedsoil,whichwere4.35,4.14,2.90,and2.29timesthatofrape,hairyvetch,mungbean,andFebruaryorchid,respectively.Therelativeabundancesof-Proteobacteria,Haliangium,andKlebsiellawerehigherinthemungbeantreatmentthaninothertreatments.Soilfunctionssuchasaminoacidmetabolism,transcription,replication,andrepairwereenhancedaftertreatmentwithgreenmanure.Insummary,therootexudatesofgreenmanuresignificantlyaffectedthepopulationofRs.Aftertheapplicationofgreenmanure,thestructureandfunctionofsoilbacterialmicrobialcommunitieschanged.Therefore,treatmentofmungbeansissuitableforthebiologicalcontroloftobaccobacterialwilt.Thisresearchwillexploreanewapproachforthegreenpreventionandcontroloftobaccobacterialwilt.Keywords:greenmanure;tobaccoproduction;tobaccobacterialwiltbiocontrol;Ralstonia solanacearum;rootexudates;soilmicrobialcommunitystructure;functionalgenesCorresponding author:LIXiangE-mail:绿肥为利用植物生长过程中所产生的全部或部分绿色体，直接或异地翻压或经堆沤后施用到土地中作肥料的绿色植物体1。绿肥对土壤碳、氮养分有累积作用，对土壤或养分有固持作用，不同绿肥种类对土壤碳、氮养分以及养分库中各组分的影响强度不同2。土壤中碳、氮的增加改变土壤微生物的群落组成和功能并抑制土传病害的发生3，调节土壤养分平衡以防控植物病原体的入侵，可以维持一个相对稳定的微生物群落4，进而达到生物防控土传病害，同时碳源的选择效应可能加剧土壤微生物共存种群之间的养分竞争，营养互作和资源的供应可以影响土壤微生物群落的多稳态特征、群落的空间结构以及物种的功能冗余性5。烟草(Nicotiana tabacum)是我国重要的经济作物之一，我国植烟土壤面