槟榔间作对连作胡椒根际微生物区系的影响及机理

Nearly 50% of Black pepper garden in Hainan are grown over 15 years and show bad growing, susceptible to disease, low yield and replanted seedlings growth restriction. Continuous cropping obstacle becomes the most serious problem of Black pepper industry in China. In the survey of continuous cropping obstacle in Hainan, we found that arecanut intercropping with the black pepper showed continuous and obvious intercropping advantages and alleviated the continuous cropping obstacle of black pepper. Therefore, a deep research to investigate effect of black pepper- arecanut intercropping on the microflora in rhizosphere soil of black pepper in continuous cropping garden is conducted based on 454 high-sequencing method. Compare the detail changes of microflora in rhizosphere soil of black pepper among different cropping years. In association with the analysis of crop root exudates and rhizosphere solution, find the substances causing the changes of microflora. The results will provide theoretical basis for further research on continuous cropping obstacles of Black pepper.

目前海南胡椒植区连续种植15 龄以上的胡椒园已约占50%，连作园植株长势差、产量低且更新幼苗生长受限，连作障碍已成为限制我国胡椒产业发展的突出问题。间作是缓解连作障碍的有效途径，对海南胡椒连作障碍进行调查时发现，连作胡椒园间作槟榔后，胡椒植株长势有一定的恢复；在长期胡椒槟榔间作体系中，二者相互作用能产生长期、稳定且显著的间作优势；采用Biolog法分析发现，间作有效提高了胡椒根际中微生物多样性，但具体类群与促进机理尚不清楚。因此，本研究拟采用454高通量技术开展不同种植年限之间，以及胡椒单作与胡椒槟榔间作之间胡椒根际微生物变化的研究，通过明确胡椒根际微生物变化的具体类群，并结合胡椒、槟榔根系和根际有机物质的鉴定分析，明确引起间作胡椒根际微生物区系变化的主要物质，从根际互作的角度揭示槟榔间作促进连作园胡椒根际微生物区系平衡的作用机理，为今后克服胡椒连作障碍提供理论依据。

本项目采用BIOLOG分析了不同种植年限、槟榔间作对胡椒根际土壤微生物的影响，发现随着连作时间增加，土壤微生物多样性和活性降低，而槟榔间作可以显著提高胡椒根际微生物多样性和活性；通过454高通量测序技术，进一步探明间作槟榔可以提高非优势菌群丰度，促进解磷菌等有益功能菌生长；并通过室内盆栽添加试验验证了添加槟榔根系分泌物与直接添加有益微生物等处理具有相似效果，不仅增加了土壤微生物多样性，而且让植株长势有所恢复，特别是幼苗植株磷含量显著增加。对比分析了不同根系分泌物提取方法，确定水培提取法为最适宜方法；在此基础上，采用非靶向代谢组分析对比了槟榔、胡椒根系分泌物组分差异，明确槟榔与胡椒根系分泌物差异显著物质的有329种，其中槟榔根系分泌物中显著增加的组分有138种，显著减少的有191种，且显著增加的组分中，有机酸类代谢物占到含量前10中的6种；并采用HPLC进一步明确了代表性槟榔根系分泌物的具体浓度；明确了间作胡椒根际区别于与单作胡椒根际的差异物质，通过相关性分析明确了与这些差异物质具有显著相关性的微生物区系。分类并添加槟榔分泌物中差异物质以明确其对连作土壤下种子萌发的影响，初步明确了黄酮类物质是主要促生组分，并对比了其对土壤微生物区系的影响。本项目从根际互作角度揭示了槟榔间作促进胡椒根际土壤微生物多样性的主要作用机制，初步明确了槟榔根系分泌物中黄酮类组分是其主要促生物质，为深入理解槟榔间作缓解胡椒连作障碍机理提供了科学依据，也为后期设计合理的间作模式提供了思路。