制种玉米连作根际微生物变化及有机肥源缓解连作障碍机理研究

Production and quality of hybrid seed was heavily restricted by continuous cropping obstacle. Our studies showed that soil nutrients varied and population of microbes changed gradually, disease incidence increased. While application of furfural residue or biogas residue compound with chemical fertilizer can improve continuous cropping obstacles, disease incidence decreased and the yield increased. Based on these results, we hypothesize that obstacle of continuous corn seed production was caused by unbalance of soil micro-ecosystem, which was induced by the interaction of rhizomicrobes, soil and seed corn resulted from the variation of rhizomicrobes. Adding of waste organic material can change the interaction response and slow down the obstacle. To certify the hypothesis, we will study the dynamic change of rizomicrobes and endophytic microbes of corn of seed by using high throughput sequencing and pure culture. Especially analyzing the response characters of pathogenic microbes to continuous cropping. Ascertain the beneficial microbes and the influence actor on soil disease resistance improving after organic waste application. Then, we will make clear the interaction methods of rhizomicrobes, soil and corn of seed. Make clear the key transfer signal of micro-ecology respond. After all these research, the obstacle of continuous cropping mechanism of hybrid corn seed production will be uncover, and strategy will be responded.

连作障碍极大影响玉米杂交种子的产量与质量。研究表明，制种玉米连作养分动态变化，微生物类群逐渐转变，病害发生率增加；而糠醛渣、沼渣配施化肥，能够有效改善连作障碍，发病率下降，种子产量提高。基于此，研究者认为制种玉米连作障碍是微生物动态变化引起的根际微生物-土壤-制种玉米互作导致的土壤微生态系统失衡所致，而有机外源物添加能够改变这种互作应答途径，从而减缓连作障碍。为证实以上假说，本研究利用有机源糠醛渣与沼渣，以连作5～30年大田及小区根际微生物及内生菌为研究对象，通过高通量测序及纯培养，研究长期制种玉米连作及有机源施用后根际微生物变化特征及制种玉米内生菌类型，特别病原微生物随连作及有机源的响应规律，寻找有机源施用产生的有益菌及土壤抗病性改善的调控影响因素，从而明确根际微生物-土壤-制种玉米互作途径，及根际微生态应答与响应的关键传递信号，以揭示制种玉米连作障碍产生及缓解机理，并能够提出相应对策。

本项目按任务书设定任务，针对“不同连作年限制种玉米田根际微生物类群及动态变化规律”、“有机外源物质施用对根际微生物类群的影响”、“土壤抗病性产生的影响因素研究”及“制种玉米连作障碍发生机理分析及缓解对策研究”4方面全面研究。完成了连作5-30年制种玉米田根际微生物类群动态变化测定工作，分析了不同生育期不同连作年限微生物群落动态规律；研究了优势病原菌与连作障碍间相关性，完成了外源糠醛渣及沼渣施用后根际微生物群落动态变化测定，同时对施用农家肥、糠醛渣、沼渣及商品有机肥后根际微生物变化特征分析；开展不同生态区、不同质地、不同生育期制种玉米发病规律研究；开展有机源物质施用后根际群落变化规律及对制种玉米病害发生影响，测定了不同时期制种玉米内生菌动态变化特征，分析土壤抗病性产生可能机制。最终摸清5-30a连作制种玉米大田根际主要微生物菌群动态变化特征，明确连作制种玉米生产主要致病病原菌类型，探明施用外源有机物质后，根际微生物应答及响应规律，群落构成特征变化显著，有益菌群增加，根际微生物群落动态响应有益菌群变化规律。筛选出拮抗菌株，进一步调节根际微生物菌群，使制种玉米生长动态变化，合理回答了“制种玉米连作根际优势病原菌类型以及优势病原菌与连作障碍间的相关性分析”与“制种玉米响应有机源物质施用的主要途径与机制”两项内容，筛选出芽孢杆菌GS-17、解淀粉芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、皮尔瑞俄类芽孢杆菌、芽孢杆菌2629、芽孢杆菌XM-16等拮抗菌。项目执行期间，项目组成员友好合作，多次参加国内外学术交流，发表各类论文8篇，其中SCI 1篇，核心及以上期刊4篇，实用新型专利授权8项，省级以上奖励2项，新申请立项项目4项，对种业顺利实施具有重要学术价值、经济价值及推广价值，培养本科生18人及以上，培训专业生产人员超500人，顺利完成了全部研究内容，取得较好成果，有许多成果待下一步以文章刊登或成果实施。