洋桔梗栽培土壤致病/抑病关键微生物特征及其演变规律与驱动因子研究

Lisianthus (Eustoma grandiflorum) is a relatively new cut flower crop for the international market and it is one of the most appreciated cultivated ornamental crops. The planting area of lisianthus is markedly increasing in recent years, however, the phytosanitary situation of this species has been worsened by the occurrence of soil-borne disease, such as fusarium wilt. Although it has been a general consensus that the microbial community decides the disease conducive or suppressive ability of the soil, little is known about the exact inherent relationship between soil microbiome and soil-borne disease. This project will using molecular biological techniques, such as real-time PCR，pyrosequencing and gas chromatography-mass spectrometer, clarify the key characteristics of total microbial community and the dominant microbial species tightly related to soil pathogenic or disease suppressive ability, investigate the dynamic evolvement rules of the key microbial characteristics under different soils and different planting patterns, and search the key factors driving these key microbial characteristics from the aspects of lisianthus root exudate and soil environment. We try to deeply analyze the relationship between lisianthus fusarium wilt and soil microbiome from the angle of the interactions among plant, soil environment and microorganisms, enrich the theory of suppressing soil-borne disease by microbial ecology, and provide the theory basis for establishing and regulating disease suppressive soil microbiome to control lisianthus fusarium wilt.

洋桔梗是目前国际上十分流行的新型鲜切花之一，然而在种植面积不断扩大的同时，正遭受枯萎病等土传病害的严重侵害。尽管土壤微生物群落结构决定土壤致病/抑病性是普遍的共识，但目前对于土壤微生物与土传病害之间的确切内在联系还所知甚少。本研究拟采用荧光定量PCR、高通量测序及气质联用等技术方法从土壤微生物群体和个体指标两个角度研究洋桔梗栽培土壤致病/抑病关键微生物特征；研究致病/抑病关键微生物特征在不同土壤和不同种植模式下的动态演变规律；并从土壤环境和洋桔梗根系分泌物两个角度寻找驱动致病/抑病关键微生物特征发展的重要因子。本项目旨在从“植物——土壤环境——微生物”互作角度深入剖析土壤微生物与洋桔梗枯萎病相互关系，丰富微生物生态抗病理论，并为构建和调控土壤“健康”微生物区系防控洋桔梗枯萎病提供理论依据。

花卉、蔬菜等经济作物的集约化栽培为满足人们生活需求和提升农民收入做出了重要的贡献，然而其同时导致了土壤质量下降、作物土传病害频发等问题，严重制约了经济作物的可持续生产。尽管土壤微生物群落结构决定土壤致病/抑病性是普遍的共识，但目前对于土壤微生物与土传病害之间的确切内在联系还所知甚少。本项目采用荧光定量PCR、高通量测序及气质联用等技术方法研究了洋桔梗栽培土壤致病/抑病关键微生物特征，及其时空演替规律和主要驱动因子。主要研究结果如下：在关键特征解析方面，本项目明确了健康根际土壤具有较低含量的尖孢镰刀菌，具有较多核心和隶属于中央模块的微生物类群，这些特征对植物健康起到重要作用。在演替规律方面，本项目揭示了不同土壤调控措施在降低致病菌数量的同时营造了不同的土壤生境条件，在寄主作物种植的驱动下，致病菌尖孢镰刀菌数量再次增长，但不同土壤生境条件下其增殖幅度具有较大差异；在根际尺度上，发病植株具有更高的根系相对电导率，分泌了更多的短链脂肪酸等根系分泌物，造成了根际微生物组快速恶化、微生物多样性快速下降及致病菌的快速富集。在驱动机制方面，本项目解析了土壤和植物类型对根际微生物群落组装的相对贡献；揭示了土壤强还原处理引起的土壤pH及可利用有机碳源数量的变化，是引起土壤抑病微生物增殖的主要原因；明确了植物化感物质可富集土壤中潜在的致病真菌类群，减少植物有益微生物类群。综上，本项目全面完成了既定研究目标，揭示了洋桔梗栽培土壤致病/抑病关键微生物特征，明确了其时空演替规律，阐明了驱动根际微生物组及关键微生物特征演替的主要因子。本项目的研究进一步明确了土壤微生物与作物健康之间的联系，揭示了土壤非生物环境在决定微生物功能和作物健康方面起到的重要作用，为构建和调控土壤“健康”微生物群落防控作物土传病害提供了理论依据，为现代农业的可持续发展提供了理论和技术支撑。