太子參連作障礙及其分子生態(tài)學機制研究.pdf

1、本文以太子參連作障礙自毒效應為主線,采用大田和盆栽試驗相結合的方法,研究了連作引起的太子參根、葉顯微結構的變化、光合作用系統(tǒng)參數(shù)的變化、苗期葉片差異蛋白質表達的變化、產量和品質的變化。進一步用GC-MS鑒定了太子參根際土壤與對照土壤物質的差異,用微生物培養(yǎng)法和t-RFLP技術分析了太子參根際土壤與對照土壤微生物區(qū)系的變化,用差異蛋白質組學方法分析了太子參根際土壤與對照土壤差異蛋白質的表達。主要結果如下：
　　 (1)太子參根際土

2、壤提純物對萵苣的根和莖生長具有極顯著(P＜0.01)的抑制作用,且抑制程度隨濃度升高也極顯著(P＜0.01)增大。說明太子參根際土壤提取純化物有較強的化感作用潛力。太子參根際土壤提純物處理正常長勢的太子參,3周后太子參葉尖和葉緣發(fā)黃或枯萎,且發(fā)黃或枯萎的面積大小與受試的提取物濃度成正比。提純物對太子參葉片光合作用系統(tǒng)起毒害作用,且毒害程度隨受試提取純化物濃度升高而趨向嚴重。盆栽模擬連作與水旱輪作結果也顯示連作對太子參光合作用系統(tǒng)有毒害作

3、用。盆栽生長45天的太子參苗期葉片和根的顯微結構研究結果顯示：連作導致太子參葉片和根部細胞排列更為疏松,單位面積內細胞密度降低,視野內有些細胞死亡而缺失。大田試驗研究結果顯示連作導致:太子參產量極顯著(P＜0.01)降低,約為水旱輪作的1/3;太子參分根數(shù)呈極顯著(P＜0.01)減少,約為水旱輪作條件下的一半;太子參根長顯著(P＜0.05)縮短,約比水旱輪作條件下的縮短8％;太子參品質下降極顯著(P＜0.01),其中多糖含量僅為輪作的8

4、8.08％,人參皂苷Rb1含量僅為輪作的44.33％。
　　 (2)太子參苗期葉片蛋白質差異表達分析結果顯示：連作導致太子參葉片中與植物衰老或致病相關的5個蛋白表達量全部上調;與植物抗性相關的5個蛋白(磷脂氫谷胱苷肽過氧化物酶、植物性絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶、鈣依賴蛋白激酶、查爾酮合成酶和硫氧還相關蛋白)表達量上調,4個蛋白(細胞壁富含甘氨酸蛋白、SKPI同源蛋白、鋅指蛋白和成熟酶K)表達量下調;與光合作用相關的2個蛋白表達量下調

5、(Rubisco大亞基和細胞色素b6),2個蛋白表達量上調(核酮糖二磷酸碳酸酵素小鏈c和細胞色素b6/f復合體亞基Ⅵ);與能量代謝相關的蔗糖-UDP葡萄糖基轉移酶和細胞分裂相關的NF-Y5表達量均下調,而蛋白酶1型β亞基、ATP合成酶β亞基、細胞分裂素組氨酸磷光體轉移蛋白4和NAD依賴-3-磷酸甘油醛脫氫酶表達量均上調。
　　 (3)GC-MS鑒定結果顯示：與對照土壤相比,太子參根際土壤中酚醌類、有機酸類、酯類和醇類相對含量較高

6、,而醛酮類、胺類、苯類、烴類、雜環(huán)類含量較低。酚醌類、有機酸類、酯類和醇類化感作用物質。
　　 (4)稀釋平板培養(yǎng)法測定結果顯示:與正茬相比。太子參連作導致土壤中細菌數(shù)量減少,真菌和放線菌數(shù)量增多。特化培養(yǎng)基微生物培養(yǎng)方法測定結果顯示:太子參連作導致土壤好氣性自生固氮菌和好氣性纖維素分解菌下降極顯著(P＜0.01),厭氣性纖維素分解菌極顯著(P＜0.01)上升,硝化菌變化不顯著,未檢測出亞硝酸細菌。大田土壤的t-RFLP技術分析

7、結果顯示：對照土壤細菌涉及50個種(屬),其中具有致病作用,或屬于病原體的有19個種(屬);太子參根際土壤細菌涉及45個種(屬),其中具有致病作用,或屬于病原體的有23個種(屬);大田太子參根際土壤細菌物種多樣性低于對照土壤的;太子參根際土壤真菌有28個種(屬),除了腐生生物可能為植物致病菌或病原菌外,未發(fā)現(xiàn)其他直接對植物致病的菌;大田太子參根際土壤真菌物種多樣性低于對照土壤的。盆栽土壤的t-RFLP技術分析結果顯示:對照(CK)土壤共

8、查詢到84個種(屬)片斷,其中涉及病原菌或致病菌的種(屬)片斷為36個,輪作(Trl)土壤共查詢到122個種(屬)片斷,其中涉及病原菌或致病菌的種屬片斷為11個,連作(Tr2)土壤共查詢到118個種(屬)片斷,其中涉及病原菌或致病菌的種(屬)片斷為23個,太子參盆栽連作土壤(Tr2)中檢測到大量(28個片斷)鏈霉菌屬,盆栽模擬連作的土壤細菌多樣性比輪作土壤的低。對照(CK)土壤真菌涉及24個種(屬),輪作(Trl)土壤真菌涉及34個種(

9、屬),連作(Tr2)土壤真菌涉及38個種(屬),可見土壤真菌種(屬)隨太子參種植年限增加,有增多趨勢。但是檢索到的這些真菌中未發(fā)現(xiàn)有致病菌或病原菌。真菌多樣性研究結果表明:隨著太子參耕作年限的增加,土壤真菌多樣性里下降趨勢。以盆栽土壤細菌MSPI酶切的細菌片斷為例,采用主成份分析方法分析引起太子參連作障礙的主要土壤細菌種類。結果表明：引起太子參連作障礙的主要細菌種屬有好酸性細菌等56個種(屬)。引起太子參連作障礙的次要細菌種屬有脂環(huán)酸芽

10、孢桿菌等4個種(屬)。
　　 (5)太子參根際與對照土壤差異蛋白質表達分析結果顯示：太子參根際土壤中與氮素利用相關的天冬酰胺合酶和谷氨酸合酶表達量均下調;太子參根際土壤中與細胞分裂、蛋白質合成相關的4種蛋白質(脯氨酰-tRNA合酶、推測的RNA聚合酶8-24亞基ECF家族蛋白、DNA聚合酶Ⅲα亞基和轉錄調節(jié)子)表達量均下調,而另兩種蛋白質(DNA解鏈酶和延長因子Tu)表達量上調,這從總體上引起土壤中細菌數(shù)量減少,細菌物種多樣性下