中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (11): 2143-2160.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.008
赵卫松(), 郭庆港, 崔钠淇, 鹿秀云, 李社增, 马平()
收稿日期:
2024-01-04
接受日期:
2024-02-16
出版日期:
2024-06-01
发布日期:
2024-06-07
通信作者:
联系方式:
赵卫松,E-mail:zhaoweisong1985@163.com。
基金资助:
ZHAO WeiSong(), GUO QingGang, CUI NaQi, LU XiuYun, LI SheZeng, MA Ping()
Received:
2024-01-04
Accepted:
2024-02-16
Published:
2024-06-01
Online:
2024-06-07
摘要:
【目的】根系分泌物是植物与土壤微生物进行互作的信号媒介,对于植物病害发生和植株生长均具有重要调控功能。论文旨在明确棉花根系分泌物L-脯氨酸抵御棉花黄萎病发生的微生态机制,揭示L-脯氨酸介导的根际微生物与棉花黄萎病发生的互作关系,为构建生物防治土传病害的有益菌群提供新视角。【方法】通过温室盆栽试验,以外源添加不同浓度的L-脯氨酸(0、50、100、200和400 mmol·L-1)为试验处理,采用实时荧光定量PCR(real-time qPCR)和宏基因组测序技术分别测定不同处理的土壤中大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)DNA拷贝数量和土壤微生物群落结构及功能,采用主成分分析比较不同处理的根际土壤微生物群落结构,利用冗余分析研究土壤养分因子与微生物群落结构的相关性,利用斯皮尔曼相关分析研究微生物群落结构功能代谢途径的相关性。【结果】与空白对照相比,低浓度(50 mmol·L-1)L-脯氨酸处理不能够减轻棉花黄萎病的发生,高浓度(100、200和400 mmol·L-1)L-脯氨酸处理的病情指数分别下降22.51%、60.23%和64.23%。qPCR结果表明,L-脯氨酸处理不能够显著降低土壤中大丽轮枝菌拷贝数量。宏基因组测序分析表明,L-脯氨酸处理后细菌多样性Shannon指数显著增加,真菌多样性Shannon指数呈下降趋势。在属水平上,L-脯氨酸处理后类诺卡氏菌属(Nocardioides)、溶杆菌属(Lysobacter)、节杆菌属(Arthrobacter)、Phycicoccus、假单胞菌属(Pseudomonas)和毛霉菌属(Mucor)的相对丰度呈上升趋势。线性判别分析表明,除浓度为100 mmol·L-1的L-脯氨酸外,外源添加L-脯氨酸处理后根际土壤微生物KEGG通路的富集情况发生改变。冗余分析表明,细菌群落组成受pH、电导率、硝态氮、铵态氮和有机质显著影响,而真菌群落组成与铵态氮存在显著相关性。Spearman相关分析表明,细菌的KEGG代谢通路与pH、有机质、铵态氮含量呈负相关关系,而与电导率和硝态氮呈正相关关系;真菌的大部分KEGG代谢通路与土壤养分的相关性较差。【结论】外源添加适量L-脯氨酸通过改变土壤细菌群落结构和功能,增加有益微生物的相对丰度,从而影响棉花黄萎病的发生,但其不能够改变病原菌数量。同时,根际细菌群落组成和功能均与土壤养分存在相关性。
赵卫松, 郭庆港, 崔钠淇, 鹿秀云, 李社增, 马平. 外源添加L-脯氨酸对棉花黄萎病发生及其根际土壤微生物群落的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(11): 2143-2160.
ZHAO WeiSong, GUO QingGang, CUI NaQi, LU XiuYun, LI SheZeng, MA Ping. Effects of Exogenous Addition of L-Proline on the Occurrence of Cotton Verticillium Wilt and Its Soil Microbial Community in Rhizosphere[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(11): 2143-2160.
表1
L-脯氨酸对棉花植株生长的影响"
处理 Treatment | 指标Index | |||||
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株高 Plant height (cm) | 地径 Ground diameter (cm) | 地上鲜重 Shoot fresh weight (g) | 地上干重 Shoot dry weight (g) | 地下鲜重 Root fresh weight (g) | 地下干重 Root dry weight (g) | |
CK | 53.48±0.99a | 3.04±0.21a | 8.73±0.73a | 3.12±0.34a | 1.02±0.15a | 0.40±0.06a |
L50 | 56.73±6.14ab | 3.01±0.20a | 10.03±1.99a | 2.82±0.23a | 0.90±0.23a | 0.52±0.29a |
L100 | 63.34±6.82b | 2.97±0.17a | 9.79±0.63a | 2.83±0.29a | 1.05±0.45a | 0.39±0.21a |
L200 | 59.85±6.80ab | 3.04±0.21a | 10.35±1.57a | 2.94±0.61a | 0.82±0.26a | 0.35±0.09a |
L400 | 55.53±5.08ab | 2.80±0.09a | 9.73±0.95a | 2.83±0.22a | 0.85±0.20a | 0.26±0.02b |
表2
L-脯氨酸对棉花根际土壤养分的影响"
指标 Index | 处理Treatment | ||||
---|---|---|---|---|---|
CK | L50 | L100 | L200 | L400 | |
速效钾含量AK content (mg·kg-1) | 157.40±1.27a | 155.99±5.75a | 154.45±2.45a | 157.96±6.58a | 140.38±3.19b |
速效磷含量AP content (μmol·g-1) | 1.39±0.12a | 1.44±0.02a | 1.58±0.11a | 1.44±0.15a | 1.40±0.22a |
铵态氮含量NH4+-N content (mg·kg-1) | 23.85±2.79a | 21.33±1.98a | 24.26±0.58a | 18.17±0.35b | 17.27±2.33b |
硝态氮含量NO3--N content (μg·g-1) | 11.87±2.86b | 4.06±0.32d | 6.75±0.79c | 12.80±2.55b | 375.76±7.31a |
有机质含量OM content (%) | 4.66±0.02b | 4.71±0.11b | 4.98±0.07a | 4.93±0.04a | 4.99±0.03a |
pH | 7.89±0.01ab | 7.90±0.02a | 7.93±0.01a | 7.85±0.04b | 7.75±0.02c |
电导率Conductivity (μm·cm-1) | 215.67±31.94b | 197.37±4.38b | 191.20±3.08b | 212.67±3.06b | 316.00±1.00a |
表3
L-脯氨酸对根际微生物群落α多样性指数的影响"
处理 Treatment | 细菌Bacteria | 真菌Fungi | ||
---|---|---|---|---|
Shannon | ACE | Shannon | ACE | |
CK | 4.57±0.01c | 2806.70±16.17a | 4.60±0.11a | 388.67±12.67a |
L50 | 4.59±0.01ab | 2791.00±17.78a | 4.55±0.04a | 367.00±7.00a |
L100 | 4.60±0.01a | 2808.00±14.53a | 4.52±0.10a | 382.50±9.19a |
L200 | 4.60±0.01a | 2796.00±13.53a | 4.46±0.11ab | 369.00±54.56a |
L400 | 4.59±0.01ab | 2794.00±8.66a | 4.32±0.11b | 366.00±7.55a |
表4
土壤养分因子对微生物群落组成影响的差异分析"
微生物 Microorganism | 指标 Index | RDA1 | RDA2 | 决定系数 Coefficients of determination (R2) | P值 P value |
---|---|---|---|---|---|
细菌Bacteria | pH | 0.9613 | -0.2756 | 0.7921 | 0.001 |
电导率Conductivity | -0.9959 | 0.0907 | 0.7810 | 0.004 | |
硝态氮含量NO3--N content | -0.9977 | 0.0685 | 0.8673 | 0.005 | |
铵态氮含量NH4+-N content | 0.8755 | -0.4833 | 0.7556 | 0.001 | |
速效磷含量AP content | 0.6975 | -0.7166 | 0.0443 | 0.760 | |
速效钾含量AK content | 0.9999 | 0.0116 | 0.6554 | 0.002 | |
有机质含量OM content | 0.3713 | -0.9285 | 0.5679 | 0.005 | |
真菌Fungi | pH | -0.8198 | -0.5723 | 0.0988 | 0.532 |
电导率Conductivity | 0.4810 | 0.8767 | 0.0553 | 0.729 | |
硝态氮含量NO3--N content | 0.3452 | 0.9385 | 0.0345 | 0.827 | |
铵态氮含量NH4+-N content | -0.8095 | -0.5872 | 0.5188 | 0.015 | |
速效磷含量AP content | -0.6515 | 0.7587 | 0.0989 | 0.543 | |
速效钾含量AK content | -0.5847 | -0.8113 | 0.0306 | 0.850 | |
有机质含量OM content | -0.9769 | 0.2136 | 0.3668 | 0.064 |
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