分孽洋葱套作提高番茄磷吸收的机理

Appropriate intercropping can efficiently enhance the use of mineral nutrients by crops and increase crop yield and quality. Previously, we found that intercropping with potato onion increased the absorption of P by tomato. However, the underling mechanisms are not clear. This study will further (1) study the role of root exudates in mineralizing soil insoluble P, therefore elucidating the relationship of changes in root exudates in the intercropping system and P availability; (2) investigate the soil enzyme activities involved in P mineralization, and thus, elucidate the relationship between soil enzyme activity and soil P availability; (3) clarify the effects of intercropping of potato onion and its root exudates on tomato rhizosphere microbial communities and their relationship with P changes by Miseq sequencing, BIOLOG, PCR-DGGE, qPCR and clone library; (4) reveal the role of mycorrhizal networks in the P improvement of tomato/potato onion system by root exclusion system and isotopic tracer method; (5) with field and root box experiment, study the relationship of changes in root architecture and P uses in tomato/potato onion system. This study is expected to reveal the underlying mechanism of improve the P absorption of tomato by intercropping with potato onion, and can provide theoretic basis and technical support for rational fertilization.

合理的间套作能有效促进作物矿质养分吸收、提高作物产量和品质。前期我们发现，分蘖洋葱套作提高了番茄对磷(P)的吸收，但机理不明。本项目拟在已有研究基础上，(1)研究根系分泌物对难溶性P的活化作用，明确分蘖洋葱套作引起根系分泌物的变化与土壤P有效性的关系；(2)进行分蘖洋葱/番茄套作中土壤P活化相关酶活性研究，明确土壤P有效性与酶活性的关系；(3)采用Miseq高通量测序、BIOLOG、PCR-DGGE、qPCR等技术，研究分蘖洋葱套作及其根系分泌物对番茄根际土壤微生物菌群的影响，探明套作系统中土壤微生物的变化及其与P吸收的关系；(4)采用根系排斥系统及同位素示踪技术，揭示菌根网络在分蘖洋葱提高番茄P营养中的作用；(5)采用田间试验和根箱装置，明确番茄/分蘖洋葱套作系统中根构型的变化及其与P营养利用的关系。通过以上研究试图阐明分蘖洋葱套作提高番茄P吸收的机理，为合理施肥提供理论依据和技术支撑。

间套作是我国传统农业的精华，番茄是我国设施栽培面积最大的果菜类蔬菜，由于连作引起的连作障碍问题严重，前期研究发现，分蘖洋葱套作（伴生）番茄能减轻番茄连作障碍，同时发现分蘖洋葱套作提高了番茄对磷(P)的吸收，但机理不明，本项目对其机理进行了解析，其研究结果如下：. 1、通过分根试验证明了分蘖洋葱套作番茄提高磷吸收与根系分泌物有关。套作系统的根系分泌物对难溶性P具有活化作用，根系分泌物除了直接活化土壤中的难溶性磷外，还可以通过增加土壤中的溶磷微生物进而活化土壤中的难溶性磷，增加土壤中可利用性磷的含量，其中套作番茄根系分泌物的作用更大。. 2、分蘖洋葱套作番茄显著提高了番茄根际土壤碱性磷酸酶、脲酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性，这可能是增加分蘖洋葱套作番茄处理土壤有效磷含量以及植株磷含量的原因之一。. 3、通过Miseq高通量测序、qPCR等技术研究的发现，分蘖洋葱套作改变了土壤细菌和真菌群落多样性，增加了土壤中磷细菌的多样性和功能，提高了磷细菌的转化强度，增加了番茄根际土壤速效磷含量，促进植株磷浓度和磷吸收量增加，改善了番茄的磷营养，进而促进番茄植株生长和提高产量。. 4、通过不同磷水平对番茄与分蘖洋葱植株生长、磷吸收及根系菌根侵染率的影响研究结果表明，分蘖洋葱对番茄的促进作用受土壤磷水平的调控，并随着磷水平的增加促进作用降低；采用根系排斥系统及同位素示踪技术研究发现，菌根网络与植株P含量密切相关，菌根网络通过调控番茄营养转运蛋白相关基因的上调表达，增强了番茄根系养分获取能力以及分蘖洋葱-番茄间非对称性养分传递，改善了番茄植株营养状况，进而促进了番茄生长。. 5、采用田间试验和根箱装置，分析了套作系统中根构型的变化及其与P营养的关系。结果表明，套作体系中，番茄、分蘖洋葱根系分布及趋向性均发生偏移，分蘖洋葱根系趋向于番茄植株生长，且在缺磷条件下趋向性更明显，而番茄植株根系在两个供磷水平下均表现为避免与分蘖洋葱交叉。. 综上，分蘖洋葱套作提高番茄P吸收与根系分泌物、土壤微生物、土壤酶、菌根网络及根构型改变密切相关，该研究对该栽培模式的推广应用及合理施肥提供了科学依据和技术支撑。