花生根际自毒物质与土壤微生物的互作效应研究

Although China is the largest producer of peanuts, continuous cropping obstacles seriously restrict the healthy development of peanut industry. Since the autotoxicity is the crucial factor to result in the continuous cropping obstacles, it is of great significance to have a deep study about the mechanism for elucidating the causes of continuous cropping obstacles. This study takes autotoxic substances-microbe interactions as the breakthrough point, and the commonly used peanut varieties in north China as the test materials. First of all, using the traditional flat culture method, Biolog-Eco micro flat method and PCR-DGGE technology to determine how the autotoxic substances(vanillic and coumarin), its decomposition and transformation products affect the rhizosphere microbes community structure. Secondly, using the LC/MS technology to track and monitor the dynamic changes of the content of autotoxic substances(vanillic and coumarin) in the rhizosphere soil, and applying the LC/NMR technology to test its decomposition and transformation products’ structure, content and its biological activities. The objectives of this study are to further analyze the interactions between autotoxic substances and rhizosphere microbes, exploring whether the interaction is the core factor to cause continuous cropping obstacles and trying to offer a new understanding about the continuous cropping obstacles from the point of view of rhizosphere microecology, thus to provide a theory support in revealing the complex causes of continuous cropping obstacles.

连作障碍严重制约花生产业的健康发展，自毒作用作为连作障碍产生的重要因素，深入研究其作用机理对阐明连作障碍成因至关重要。目前关于自毒作用研究已取得较大进展，但多侧重于自毒物质对植物产生的直接毒害，忽略了其通过改变根际微生物区系进而对植物生长产生的间接影响。本项目以自毒物质—微生物互作为切入点，结合课题组前期基础，采用Biolog-ECO和PCR-DGGE技术结合传统培养法，研究自毒物质对花生根际微生物群落结构的影响，通过DGGE谱带分析与特异性条带测序，明确根际发生变化的微生物种群；运用LC/NMR（核磁共振）技术跟踪检测自毒物质在土壤中的动态变化，探索其是否被微生物分解和转化，明确转化和分解产物的结构及其是否仍具有自毒活性；最后深入剖析自毒物质与根际微生物的互作效应，筛选出能够有效降解自毒物质的特异微生物。本课题从根际微生态角度重新理解连作障碍问题，为克服自毒作用，缓解连作障碍提供新思路。

花生是我国重要的油料和经济作物之一，在保障我国食用油安全方面具有举足轻重的作用。连作障碍严重制约花生产业的健康发展，自毒作用作为连作障碍产生的重要因素，深入研究其作用机理对阐明连作障碍成因至关重要。目前关于自毒作用研究已取得较大进展，但多侧重于自毒物质对植物产生的直接毒害，忽略了其通过改变根际微生物区系进而对植物生长产生的间接影响。本项目以自毒物质—微生物互作为切入点，开展一系列研究后明确了以下问题：（1）明确花生自毒物质香草酸对花生种子萌发及幼苗生长存在一定的抑制作用，且该抑制作用具有一定的浓度效应，呈现出明显的自毒物质低促高抑现象。香草酸亦会抑制花生幼苗的光合作用，降低根系活力，促进幼苗叶片产生丙二醛；（2）采用传统培养方法、高通量测序和BIOLOG-ECO技术研究发现，自毒物质不仅能够直接改变微生物区系、微生物种群结构及对碳源的利用能力，并且还能改变花生根系分泌特性而间接调节根际微生物的群落功能；（3）通过施加外源香草酸，追踪其在土壤中含量的变化，明确了自毒物质香草酸随时间变化在土壤中的滞留量逐渐减少的动态变化规律；（4）釆用梯度压力式法对外源施加香草酸后的花生根际土壤中的微生物进行富集后筛选出一株能高效降解香草酸的菌株并初步建立自毒物质转化微生物菌种资源库。本项目整体上按计划完成了任务书中的相应研究内容，但仍有一部分后续数据有待分析总结，该项目基本达到了预期制定目标。通过以上研究本课题从根际微生态角度重新理解连作障碍问题，为克服自毒作用，缓解连作障碍提供新思路。