芝麻根系分泌物的生态效应与连作障碍的关系研究

Sesame (Sesamum indicum) is sensitive to continuous cropping. Sesame’s continuous cropping results in declined sesame yield and.intensified occurrence of disease, which has become a major obstacle to sesame development. However, there was little study focus on the mechanisms of sesame’s continuous cropping obstacle at present. Aims at this actuality, this study choose two sesame cultivars, to research sesame’s continuous cropping obstacle. Root exudates are key mediators in belowground “plant ─ microorganisms” interaction. Therefore, this study decide to research the autotoxicity of sesame root exudates and its effect on soil microorganism, aims to reveal the ecological effect of sesame root exudates. In addition, the response of soil microorganism and sesame physiological mechanism to continuous cropping and root exucates will be researched, to clarify the ecological effect of sesame root exudates and its relationship with sesame’s continuous cropping obstacle. These results can provide the theory basis for solving the problems of sesame’s continuous cropping, and has a great significance in improving sesame yield.

芝麻是对连作敏感的作物。连作导致芝麻产量显著降低，病害大范围发生，严重阻碍了芝麻产业的发展。针对目前国内外对芝麻连作障碍机理研究相对空白这一现状，本项目选取在红壤旱地广泛种植的两个芝麻品种，以根系分泌物为切入点，利用土壤微生物学、分子生物学和植物生理学等手段，研究芝麻根系分泌物的化感作用，及对根际土壤微生物多样性的影响，阐明芝麻根系分泌物的生态效应；并比较分析连作和根系分泌物对土壤微生物和芝麻生理指标影响的异同，揭示芝麻根系分泌物的生态效应与连作障碍的关系，最终为缓解芝麻连作障碍，提高芝麻产量提供理论依据。

芝麻是对连作敏感的作物，连作导致芝麻产量显著降低，病害大范围发生。针对目前国内外对芝麻连作障碍机理研究相对空白这一现状，本项目选取三个芝麻品种，以根系分泌物为切入点，研究了芝麻根系分泌物的化感效应及其酚酸类自毒物质，明确了连作和芝麻根系分泌物对芝麻叶片抗氧化酶活性、土壤理化性质和土壤酶活性以及土壤微生物多样性的影响。研究发现：（1）金黄麻根系分泌物种类比赣芝9号和玉山黑芝麻多。蕾期和盛花期的芝麻根系分泌物种类多，且以酯类物质为主，芝麻成熟期根系分泌物种类显著下降，以酸类和醚类物质为主。（2）香豆酸、柠檬酸和丁香酸是导致赣芝9号连作障碍的化感物质，苯丙酸、苯甲酸、水杨酸和丁香酸是导致金黄麻连作障碍的化感物质，水杨酸、苯丙酸和丁香酸是导致玉山黑芝麻连作障碍的化感物质。（3）PAL是响应赣芝9号根系分泌物和连作障碍的共同酶，SOD响应根系分泌物对赣芝9号叶片的损伤。金黄麻叶片抗氧化酶保护体系对连作和根系分泌物响应相对一致。（4）连作提高了芝麻土壤中有机质和有效磷含量，对土壤中全氮、中性磷酸酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性无显著影响，蛋白酶活性显著降低，品种间一致。连作对金黄麻土壤PH、速效钾和有效锌含量、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性均无显著影响；但导致赣芝9号土壤PH、速效钾、酸性磷酸酶活性显著降低，有效锌含量和蔗糖酶活性升高。（5）连作导致土壤细菌的sobs指数降低，但因品种而异。uncultured_bacterium_g_norank_f_1921-2在赣芝9号不同连作年限间差异显著；Unclassified_norank_f_DA111和bacterium_Ellin6519在金黄麻不同连作年限间差异显著；unclassified_norank_f_DA111和Sterium_g_norank_f_ODP1230B8.23在玉山黑芝麻不同连作年限间差异显著。本研究筛选出连作障碍耐心品种-金黄麻，为芝麻连作障碍的品种选育提供了一定研究基础。同时，通过对不同芝麻品种对连作障碍的响应机制的深入研究，可为后期采取多种措施缓解连作障碍也提供了理论基础。