杉木根际关键微生物对化感物质的趋化响应介导连栽障碍机理研究

To display the distribution characteristics of allelochemicals in repeated Chinese fir rhizosphere soil, the components and contents of rhizosphere allelochemicals from different generation Chinese fir will be firstly detected combining GC-MS and HPLC techniques. Secondly, the rhizosphere soil microbial community functional diversity in different generation Chinese fir will be analyzed by BIOLOG,PLFA and T-RFLP to probe into the ecological process and mechanisms of soil microbial diversity mediated by rhizosphere allelochemicals. Then, the drop assay and swarm plate assay will be used to reveal the ecological effect of key rhizosphere allelochemicals on pathogenic and beneficial bacteria, and to screen the key chemotaxis microbes which positively response to rhizosphere allelochemicals. Last, the infectivity and pathogenicity of these chemotaxis microbes will be verified by building the tissue culture plantlets and virus-free seedling system. In this study, we focuse on the rhizosphere talking between soil microbes and plant root systems, elucidate the molecular ecological process of the declining biodiversity and the imbalance of microbial community in rhizosphere under consecutive monoculture. Furthermore, the soil environment disaster mechanism is revealed which caused by the interaction between rhizosphere allelochemicals and soil microbial. These results can provide a basis of how to solve the Chinese fir continuous plantation obstacle, and also has important reference values in commercial forest management.

以多代连栽杉木人工林为研究对象，运用GC-MS和HPLC技术，分析不同栽培年限杉木根际土壤化感物质的组分及含量，明确主要化感物质在连栽杉木根际土壤中的积累分布规律；采用BIOLOG、PLFA、T-RFLP技术探讨不同栽培年限杉木根际土壤微生物群落结构及功能多样性变化，揭示连栽杉木根际化感物质介导土壤微生物多样性演变的生态学过程；运用滴定分析法和群游扩散平板法探索关键化感物质对已知杉木根系有害菌、有益菌生长选择性促进或抑制的生态效应，筛选对根际化感物质起积极响应的关键趋化性微生物；利用杉木组培苗与脱毒苗繁育体系，验证关键趋化性微生物对杉木苗的侵染性与致病性。该项目从植物—土壤—微生物互作的根际对话过程为切入点，深入揭示杉木连栽障碍形成的分子生态学机理，阐明连栽杉木根际化感物质与根际微生物互作介导土壤环境灾变机制，为破解杉木连栽障碍难题提供理论依据，对其他用材林经营管理也具有重要参考价值。

杉木是我国重要的人工用材林，多代种植造成生长量、蓄积量等指标下降，最终出现了连栽障碍。本研究以福建尤溪国有林场的一代杉木（FCP），二代杉木（SCP）和三代杉木（TCP）根际土壤微生物为研究对象，从根际土壤微生物角度探讨其群落结构对连栽过程的响应，为解决杉木生产中连栽障碍提供理论依据。结果如下：.（1）除了土壤pH，其它理化性质均和土壤微生物群落多样性相关；其中微生物群落多样性指数和土壤TOC以及AN呈极显著相关；C/N和多样性指数呈现显著负相关，表明土壤碳和氮在土壤微生物群落多样性中扮演极为重要角色。.（2）对不同栽培年限杉木根际土壤微生物的Biolog分析表明，土壤微生物AWCD值随着培养时间的增长而增加，但土壤微生物代谢活性随栽培年限的增长而逐渐降低（FCP>SCP>TCP）。不同栽种代数土壤微生物对6类碳源利用率差异显著，碳水化合物和羧酸类碳源是杉木土壤微生物的主要碳源，其次为氨基酸类、酚酸类和聚合物类，胺类碳源的利用率最小。随着栽培年限的增加，土壤微生物群落功能多样性逐渐下降。.（3）磷脂脂肪酸（PLFA）分析表明，PLFA标记总量FCP最高，TCP最低；PLFAs在所有样本中的排序为16:00，i17:0，i16:0，cy19:0和18:3ω6c（6,9,12）。细菌PLFAs标记量高于真菌和放线菌；真菌/细菌比呈现出TCP最高，FCP最低趋势。.（4）末端限制性片段长度多样性分析（T-RFLP）共鉴定出细菌12个门类。对不同栽培年限杉木根际土壤关键微生物菌群相对含量进行分析，将微生物菌群按照功能分为碳循环、硫循环、纤维降解、有益菌和病原菌五大类。总体来看，杉木根际土壤微生物有益菌随着栽培年限的增加而减少，病原菌随着栽培年限增加而增长。.（5）利用HPLC技术测定连栽杉木根际分泌物组分含量变化，锁定关键分泌物并分析其对已获得专化型有害菌、有益菌生长选择性促进或抑制的生态效应。筛选根际趋化性微生物并分析致病性。借助平板对峙试验分析杉木根系分泌物介导下有益菌-病原菌互作关系变化，探讨拮抗菌抑菌能力减弱而病原菌生长受促进的根际生态学过程。