间作刺槐抑制魔芋软腐病及其根系分泌物的调控机制

Soft rot disease is a severe threaten to Amorphophallus konjac industry, it has a perfect prospect to control konjac soft rot by intercropping of tree. Previously, we have found that Robinia pseudoacacia, an effective tree species which was used to overcome A. konjac soft rot. Microbiology and molecular biology technologies will be utilized to investigate the transfer way and the effect of R. pseudoacacia root exudates on the A. konjac soft rot disease, and the influence of special allelochemicals in root exudates of R. pseudoacacia and A. konjac on disease resistance related genes (e.g. NPR1 and PR1) expression and the microbial community diversity. The results would explain the mechanism of intercropping of R. pseudoacacia to inhibit A. konjac soft rot disease. Furthermore, the results provide theoretical support for revealing the mechanism of resistance induced by root exudates of intercropping crops.

软腐病对我国魔芋产业造成严重威胁，利用林木间作进行魔芋软腐病害防控具有良好的应用前景。本项目以前期研究发现的刺槐间作有效抑制连作魔芋软腐病这一现象为切入点，拟采用模拟试验通过微生物学及分子生物学方法等，检测刺槐根系分泌物的传递途径及对魔芋软腐病的影响，刺槐和魔芋根系分泌物中特殊的化感物质对魔芋抗病相关调控基因（如NPR1和PR1）表达和地下微生物群落结构功能多样性的影响，进而阐明刺槐间作抑制魔芋软腐病的机制。研究结果为揭示间作作物根系分泌物诱导作物抗性的机制提供理论支持。

软腐病对我国魔芋产业造成了严重威胁。众多研究表明，刺槐‖魔芋间作可以有效抑制连作魔芋软腐病，但其作用机制不明晰。本项目围绕刺槐根系分泌物的传递及其对魔芋软腐病的影响开展研究，主要结果如下：1）采用根箱模拟和13C标记法研究了刺槐同化的碳与魔芋之间的传递及丛枝菌根真菌（AMF）的角色。与单作相比，间作接种或不接种AMF的刺槐同化的碳被更多地分配到根系和根际土壤，并以根系分泌物的形式传递到邻近刺槐或魔芋根际。2）以塑料膜分隔刺槐与魔芋根系时，魔芋根际土壤和根系中的软腐病菌胡萝卜软腐果胶杆菌胡萝卜亚种和菊果胶杆菌的拷贝数显著高于无隔处理；而无隔或用尼龙网分隔时，根系互作和物质传递在间作系统抑制魔芋软腐病的过程中发挥着推迟和控制发病程度的作用。3）高通量测序分析表明，潜在的有益细菌链霉菌属、根瘤菌属及溶杆菌属相对丰度的增加预示着增强了间作魔芋的抗病性。通过对参与土壤氮循环的微生物功能基因（nifH、narG、nirS、nosZ、amoA）进行原位定量，表明地下互作促进魔芋根际氮代谢循环相关微生物数量增加。尼龙网分隔和无隔处理的魔芋根际潜在有害优势种腐皮镰刀菌、大双孢土赤壳、Ceratobasidium ramicola和C.cornigerum的相对丰度明显低于全隔处理，暗示着间作抑制魔芋根际有害真菌的繁殖。4）不同生长阶段的魔芋根际酚酸种类和含量存在较大差异，间作刺槐降低魔芋根际酚酸的积累。阿魏酸、对香豆酸分别是魔芋、刺槐根际特有的酚酸；在刺槐和魔芋根际均能检测到对羟基苯甲酸、香草酸和丁香酸。外源施加对羟基苯甲酸、阿魏酸和对香豆酸对魔芋生物量无显著影响。但分别施加50、100µM对香豆酸同时接种软腐病菌显著上调魔芋叶片PR5和NPR1的基因表达。综上，AMF菌丝桥介导刺槐根系分泌物的传递，刺槐根系分泌物中对香豆酸诱导提高魔芋抗病性；与刺槐间作的魔芋根际有益菌群增加、有害菌群减少也有利于抑制魔芋软腐病害的发生。本项目相关研究结果为岚皋模式—刺槐‖魔芋间作栽培技术的大范围推广提供科学依据。