基于自毒效应的兰州百合连作障碍机制及自毒物质降解菌的研究

Lanzhou lily (Lilium davidii var .unicolor salisb) is a plant used both for food and medicine. With increasing planting areas of Lanzhou lily, continuous cropping obstacle was the main factor limiting Lanzhou lily production in Lanzhou city. In order to find autotoxin-degrading microbial strains, different parts of Lanzhou lily and soil under different continuous cropping cycle (1, 2 and 3 continuous cropping cycle) were selected, and allelopathics in soil were isolated, identified and calculated. At the same time, pot experiments, filled with isolated sterilized soil and continuous cropping soil, were used to study auto-toxic effects of allelopathics in different continuous cropping cycle soils on growing, yield and quantity of Lanzhou lily. Correlation analysis and path analysis were used to analyze correlations between quality character values of Lanzhou lily and allelopathics. Then the typical auto-toxic substance was screened, which could mainly affect the growing, yield and quantity of Lanzhou lily. Based on above results, hydroponic experiments combined with pot experiments were used to find the direct and indirect effects of auto-toxic substances on growing, yield and quantity of Lanzhou lily. Microbial strains, which could degrade the typical auto-toxicity, were selected from plant growth-promoting rhizobacteria and endophyte internal of Lanzhou lily. Then biological experiments would be done and the degradable effects of the typical auto-toxicity were evaluated. This project would provide theoretical references to mitigate continuous cropping obstacle in Lanzhou lily planting.

兰州百合(Lilium davidii)具有“药、食同源”的特性，然而，近年来随需求增长导致兰州百合连作普遍，连作障碍已成为制约兰州百合生产的主要因素。鉴于此，本项目以兰州百合不同器官和3个不同连作周期根围土壤为研究对象，对化感物质进行分离、鉴定和定量，同时，通过隔膜分室试验，研究不同连作周期土壤中化感物质对百合生长、产量和品质的自毒效应；运用相关和通径分析方法，分析不同连作周期土壤栽培兰州百合质量特征值与各化感物质之间关系，筛选出影响兰州百合生长、产量和品质的典型自毒物质。在此基础上，首先，结合水培和土培试验，研究典型自毒物质对兰州百合生长、产量和品质的直接和间接影响效应及机制，以明确典型自毒物质的自毒作用机制；其次，从根际促生菌和百合内生菌中筛选可降解典型自毒物质的菌株，对菌株进行生物学试验和对其降解效果进行评价，以期为缓解兰州百合连作障碍提供理论依据。

由于兰州百合具有药食同源特性，近年来需求量剧增，连作障碍严重，制约兰州百合生产。鉴于此，本项目以兰州百合为对象，历经4年，进行了自毒物质分离及鉴定、连作障碍机制、典型自毒物质的直接和间接影响效应及作用机制以及自毒物质降解菌筛选5方面研究。重要结果如下：.1.自毒物质的分离、鉴定：从兰州百合茎叶、根及鳞茎中分别鉴定出32种、23种和14种化合物。生长旺盛期，从连作4年、2年及正茬根际土壤中分别鉴定出19种、15种及11种化合物；收获期分别鉴定出17种、15种及9种化合物。并筛选出了3种典型自毒物质：，2,3-丁二醇、对苯二甲酸二辛酯及抗氧剂2246。.2. 兰州百合连作障碍机制研究：从兰州百合苗期、鳞茎膨大期和成熟期3个生长阶段研究发现，随连作年限的增加，植株各生长指标、产量、总糖和还原糖均有不同程度的下降；连作破坏百合植株抗氧化酶系统，造成膜脂过氧化程度上升，叶绿体的捕光能力及能量传递速率受阻，导致光合能力下降，从而阻碍次生代谢，引起植株衰老，导致百合产量和品质的下降。.3. 典型自毒物质自毒效应及机制的研究：自毒物质的作用特点是首先作用于细胞膜，诱导细胞膜膜脂过氧化程度的升高，导致百合植株细胞膜结构和功能的损伤。不同自毒物质，其作用趋势和作用效应存在差异。在0.02~5 mg•mL-1浓度范围内，2,3-丁二醇对百合幼苗的生长表现出促进作用，对苯二甲酸二辛酯和抗氧剂2246则表现出“低促高抑”现象，但前者的抑制作用强于后者。自毒效应存在差异的对苯二甲酸二辛酯（D）和抗氧剂2246（A）在进行0.2和5 mg•mL-1浓度交叉试验时，与对照相比，各处理百合幼苗的生理生化特性均未发生显著变化。.4. 降解菌的筛选及生物学效应研究：自毒物质对土壤中微生物N和C有明显的影响，但试验还在进行中，未得出准确结论。.5.人才培养：培养博士研究生1名，硕士研究生1名，本科生4名。2020年毕业博士和硕士各1名。完成博士论文“兰州百合连作障碍中自毒作用的研究”和硕士论文“兰州百合自毒物质对自身幼苗形态特征及生理特性的影响”各1篇。.6. 发表研究论文3篇，接收研究论文3篇，投稿SCI论文1篇。