秸杆淹水处理联合水稻轮作构建高发枯萎病蕉园健康香蕉根际微生物区系研究

Manipulated soil and rhizophere microflora by acceptable method is the basement for healthy replanting abandoned areas caused by Fusarium oxysporum f. sp. cubense (FOC), and also the fundamental way to prevent banana soil-borne disease. Our preliminary experiments showed that flooding with straw combined with rice-rotation applied significantly reduced the number of Fusarium oxysporum in the abandoned soils and prevent next-season banana Fusarium wilt disease. However, the mechanism of the elimination of the pathogen and its impact other microorganisms in these soils by this method still unexplored, In addition, the relationship between rhizosphere microflora and pathogen also need further investigation. In this project, MiSeq sequencing technique will be used to analyze the specific microbial community and structure. Real-Time PCR technique will be used to detect the number of microbes. Then the changes and characteristics of the soil and rhizosphere microflora of banana plantations will be studied. This project will find out the mechanisms involved in rhizosphere microflora reconstruction from bulk soil and provide an important theoretical basis for replanting bananas in areas with serious continuous cropping obstacle.

采用可行的技术调控土壤及作物根际微生物区系是恢复发枯萎病蕉园香蕉健康种植的前提，也是解决香蕉连作生物障碍的根本途径。课题组前期研究结果表明，秸秆淹水预处理高发枯萎病蕉园土壤然后轮作水稻可显著降低土壤中尖孢镰刀菌的数量,下茬香蕉土传枯萎病的发病率显著降低，然而，秸秆淹水预处理土壤联合水稻轮作杀灭土壤中病原菌机理及其对土壤中其它微生物的影响，以及种植下茬香蕉后，香蕉根际土壤微生物群落结构与根际病原微生物之间的关系需要进行更深入的研究。本项目拟利用MiSeq测序技术分析土壤微生物具体类群，辅以Real-Time PCR技术测定微生物数量，分析土壤、作物根际土壤微生物区系的变化，解析土壤根际微生物区系的机制，为高发枯萎病蕉园的恢复种植提供理论依据。

高发枯萎病连作蕉园恢复种植是目前香蕉产业发展过程中面临的重要问题，本项目选择了海南乐东县高发枯萎病香蕉园进行恢复种植研究。与水稻等5种作物轮作后，均能显著改善土壤 pH、OM 和AP，降低土壤中尖孢镰刀菌均的数量，改善土壤细菌和真菌群落结构和生物多样性，从而缓解香蕉连作障碍；在高发枯萎病蕉园土壤中添加1-2%的秸秆并淹水5cm，保持20天后轮作一季水稻后，可减少土壤中95%的尖孢镰刀菌数量，并显著提高土壤pH和土壤有机质含量，改善土壤微生物群落结构，迅速恢复香蕉的种植；通过两轮田间实验结合盆栽实验，采用培养法结合高通量测序以及结合代谢物分析，结果表明，与连作休耕相比，秸秆添加+淹水联合水稻轮作技术通过以下3个方面重新构建了土壤微生物区系：（1）土壤pH、土壤有机质、土壤还原性物质有机酸以及Fe2+显著增加，土壤pH提高了1个单位，而土壤有机质含量增加了近1倍，而土壤Eh则下降至约-280 mV，土壤环境受到极大的扰动；（2）土壤环境的剧烈变化，导致一些好氧的微生物如芽孢杆菌，赖氨酸芽孢杆菌，气单胞菌，寡养单胞菌，短杆菌，分别下降了25.9%， 13.97%，7.23%，4.65%，3.44%；以及有害的微生物如镰刀菌，曲霉菌，茎点霉菌，鬼伞菌，丝衣霉菌，葡萄穗霉菌相对丰度降低，分别下降了5.31%，22.54%，4.65%，3.56%，3.44%，0.86%；而一些拮抗或有益的微生物如木霉菌，青霉菌，肠杆菌，勒克氏菌，单端孢菌，和栓菌的相对丰度则增加，分别增加了18.44%，6.09%，3.57%，7.59%，2.17%，1.77%，微生物区系向着健康有益的方向发展;通过分析，上述有益微生物随着土壤pH的增加而增加，并与氧化还原电位的剧烈下降有关，而上述的潜在有害微生物与之相反；（3）通过对土壤中检测到527种物质进行分析后发现，二十四烷酸、二十二烷酸、花生酸、海藻糖四种物质丰度较高并与土壤中Fusarium呈极显著负相关，而与土壤中木霉等拮抗有益微生物丰度之间有正相关的关系，说明，这些物质促进了土壤中有益微生物的繁殖与生长，使土壤向健康的方向发展。