三七化感自毒物质消减规律及其微生物学机制研究

Autotoxic allelochemicals is an important factor which leads to the continuous cropping obstacle of Panax notoginseng. There are currently no effective method to remove it. Therefore, it is of utmost importance to study the abatement method and its microbiological mechanism for alleviating or overcoming such issue. However, the understanding of regularity of natural degradation, microbiological mechanism and its influencing factors are still very limited. In this project, soils of non-Panax notoginseng planted, different growth periods, and different planting intervals were selected. Combination with the RSD treatment, we employ high performance liquid chromatography, Biolog, Real-Time PCR, and Miseq high throughput sequencing technologies, etc. to study 1) the biological effects of autotoxic allelochemicals of Panax notoginseng, 2) the regularity of degradation under field conditions and during RSD treatment, 3) the key microbial taxa that involve in the degradation process and their mechanisms. The results of this project will provide technical practice and theoretical basis for decreasing soil autotoxic allelochemicals contents and overcoming the continuous cropping obstacle of Panax notoginseng.

土壤中化感自毒物质是导致中药材三七[Panax notoginseng (Burk.）F. H. Chen]连作障碍的重要因子，目前尚无有效的去除方法。因此，研究三七化感自毒物质的消减方法及其微生物学机制对于缓解和克服三七连作障碍具有重要的意义。然而，目前关于三七化感自毒物质的自然消减规律、微生物学机制及其影响因素的认知仍然十分有限。本项目以未种植过三七、三七不同生长时期及种植三七后不同间隔年限的土壤为研究对象，结合强还原土壤处理方法，利用高效液相色谱、Biolog、定量PCR、Miseq高通量测序等技术手段，研究三七化感自毒物质的生物学效应；田间自然条件下和强还原过程中的消减规律；以及参与化感自毒物质降解的关键微生物类群及其作用机制，为消减三七化感自毒物质、克服三七连作障碍提供重要的技术支持和理论依据。

化感物质积累引起的植物自毒作用是导致三七产生连作障碍的主导因素之一，其对植物和微生物的化感效应及其机理尚不明确，且没有有效的消减方法。本项目以三七皂苷类化感物质为研究对象，结合强还原土壤处理（Reductive soil disinfestation, RSD），利用高效液相色谱、定量PCR、扩增子测序等技术手段，研究了皂苷类物质的化感效应、消减规律及其微生物降解机制。主要研究结果如下：1）明确了皂苷类化感物质对三七幼苗的自毒效应及其机理，即皂苷类物质不仅可以显著降低三七幼苗根毛的数量和密度，还能影响三七叶片的光合作用能力；2）揭示了皂苷类化感物质是驱动土壤真菌区系失衡的关键因子，发现皂苷类化感物质能够刺激土壤中病原真菌如链格孢属（Alternaria）、柱孢属（Cylindrocarpon）、赤霉菌属（Gibberella）、茎点霉属（Phoma）、镰刀菌属（Fusarium）等的生长，抑制有益真菌如枝顶孢霉属（Acremonium）、毛霉菌属（Mucor）等的生长，是引起土壤真菌区系失衡的“罪魁祸首”；3）阐明了RSD处理消减三七皂苷类化感物质的微生物学机理，发现RSD处理能够有效消减连作三七土壤中积累的皂苷类化感物质，通过相关性分析筛选了在该过程中可能参与降解的关键微生物类群，并对这些菌株进行了分离和纯培养验证，初步揭示了RSD处理降解皂苷类化感物质的微生物学机理；4）探究了RSD处理对三七连作障碍的消减作用，发现RSD处理能够显著提高再植三七的存活率，是一种具有克服三七连作障碍潜力的土壤处理方法。本研究结果可为消减三七化感物质和克服三七连作障碍提供一定的理论依据和技术支持。