土壤快速强烈还原防控土传香蕉枯萎病作用及机理研究

Banana fusarium wilt caused by soil Fusarium oxysporum f. sp. Cubense is a world-wide soil-borne disease.There are currently no effective methods to prevent the disease. Therefore, it is very important to search the effective methods to control banana fusarium wilt disease and research their control mechanisms. In this program, the methods of soil inundated and applied with organic matters were firstly carried out to create quickly and intensively reductive environment and then decrease the population of Fusarium oxysporum f. sp. Cubense in the soil, improve soil physicochemical and biological properties and control banana fusarium wilt disease. Quantitative real-time PCR, denaturing gradient gel electrophoresis and ion chromatography were used to investigate the effects of soil inundated and applied with different organic matters on soil physicochemical and biological properties and the control effects of quickly and intensively reductive soil on banana fusarium wilt in filed scale. In laboratory, the mechanism of that quickly and intensively reductive soil inhibited Fusarium oxysporum was researched using high efficiency liquid chromatography and gas chromatography. The results of this program will provide theory basis and feasible measure for the control of banana fusarium wilt in agricultural production.

土传香蕉枯萎病是由土壤尖孢镰刀菌古巴专化型（Fusarium oxysporum f. sp. cubense）引起的一种世界性的病害，目前尚无有效的防治办法,因此寻求防控土传香蕉枯萎病的有效方法和研究其防控机理显得尤为重要。本项目首次采用淹水同时添加有机物料创造土壤快速强烈还原环境的方法，迅速降低土壤中尖孢镰刀菌古巴专化性的数量，改善土壤理化和生物学性质，从而达到防控香蕉枯萎病的目的。在田间条件下采用荧光定量PCR、变性梯度凝胶电泳和离子色谱等技术研究土壤淹水同时添加不同有机物料对土壤理化和生物学性质的影响，研究土壤快速强烈还原技术对香蕉枯萎病的防控作用。在实验室条件下采用高效液相色谱和气相色谱等技术研究土壤快速强烈还原抑制尖孢镰刀菌的机理。本项研究成果将为农业生产上防控香蕉枯萎病提供可行的技术措施和理论依据。

主要由长期连作导致的植物土传病害是限制现代农业可持续发展的重要因素之一。本课题通过荧光定量PCR、聚丙烯酰胺凝胶电泳、焦磷酸测序、高效液相色谱及气相色谱等方法与技术明确了土壤强还原消毒（reductive soil disinfestation, RSD）对连作退化土壤的修复效果，即RSD可以有效消除土壤中累积的硝酸盐和硫酸盐，提高酸化土壤pH，降低次生盐渍化土壤电导率，改善土壤板结，尤为重要的是RSD可以显著降低连作土壤中植物病原菌——尖孢镰刀菌的数量，杀菌率达90%-99%，并降低香蕉、洋桔梗等作物的枯萎病发病率，提高作物产量；本课题阐明了RSD的作用机理，即RSD处理过程中微生物区系发生显著变化，厚壁菌门梭菌目瘤胃球菌科、梭菌科、毛螺菌科和消化球菌科大量繁殖成为优势细菌种群，分解所添加的有机物料产生大量的有机酸，如乙酸和丁酸，杀灭土壤中的尖孢镰刀菌、立枯丝核菌、茄科劳尔氏菌等病原微生物，并造成某些土壤RSD处理过程中pH的降低，当RSD处理结束土壤恢复好氧状态时，这些有机酸很快被分解或挥发，此外，RSD过程中产生的挥发性气体，如氨气和硫化氢可能也对RSD的杀菌效果起到贡献；本课题还揭示了RSD处理对后续作物种植过程中土壤微生物的影响，即RSD处理结束作物种植期间土壤微生物区系再次发生明显变化，粪壳菌目和柄孢壳属等分解纤维素和木质素能力较强的腐生真菌迅速增加成为优势种群，且土壤微生物活性显著增加。综上所述，本研究明确了RSD对尖孢镰刀菌的作用效果及机理，并揭示了RSD处理前、中、后微生物区系演替规律，顺利完成预期任务，本研究成果为农业生产中防控香蕉枯萎病提供了可行的技术措施和理论依据。项目资助发表研究论文14篇，项目经费支出与预算基本相符。