葱树混栽减轻苹果连作障碍的机理研究

The sustainable development of apple industry was restricted by apple replant disease (ARD). So, it is significant to filter measures for alleviating ARD. We made a crop rotation research, the results showed that Allium fistulosum significantly decreased soil fungi quantity and increased the number of bacteria, improved the biomass of apple seedlings, obviously reduced the ARD, but the rotation time was too long to apply. So the measure of apple plant companioned by Allium fistulosum was put forward to reduce ARD. The measure had remarkable effects, but its underlying mechanisms was not clear. The aim of this project was to build clone library of bacteria and fungi, to analysis the effect of soil microbial structure by T-RFLP, build the Real time Quantitative PCR system of Fusarium oxysporum, Fusarium solani, Fusarium proliferatum and Fusarium verticillioides in soil of apple-replanted and its detection. And we also will detect the component of secretions of Allium fistulosum root by LC-MS and GC-MS, and filter the active components in Allium fistulosum root exudates which had bacteriostatic or bactericidal effect on four species of Fusarium. At last, we explore the interaction and mechanism between active ingredients and four kinds of Fusarium. The clearness of this mechanism will provide a scientific basis for preventing ARD in actual production.

连作障碍制约了苹果产业的可持续发展，研究减轻苹果连作障碍的措施具有重要意义。本课题组通过轮作多种作物发现葱明显降低土壤中真菌数量、增加细菌数量、提高平邑甜茶幼苗生物量，能更好的减轻连作障碍，但因轮作耗时太长生产上难以应用。为此，本课题组提出了葱树混栽减轻苹果连作障碍的技术措施，效果明显，但其机理尚不明确。本项目拟构建连作土壤中细菌、真菌的克隆文库，结合T-RFLP技术分析葱树混栽对土壤微生物群落结构的影响；建立苹果连作土壤中尖孢、腐皮、层出和串珠四种镰孢菌的实时荧光定量PCR体系并对其进行检测；利用LC-MS和GC-MS分析葱根系分泌物的主要成分，筛选葱根系分泌物中对四种镰孢菌有抑菌或杀菌效果的有效成分，并探讨有效成分对四种镰孢菌的作用机理。通过上述研究结果分析葱树混栽减轻苹果连作障碍的机理，为生产上利用该技术防控连作障碍提供科学依据。

项目背景：苹果连作障碍防控是世界性难点、热点。受土地资源限制，我国苹果主产区果园更新必然面临连作，由此带来苹果连作障碍，将造成重大损失，因此，研究苹果连作防控措施具有重要实践意义。本课题组研究提出了葱树混栽减轻连作障碍技术，具有较好防控效果，但其机理不清。在明确葱树混栽可减轻苹果连作障碍的基础上，研究该技术能优化连作土壤微生物群落结构的机理，可为进一步创新连作障碍防控技术，提供理论依据。.主要研究内容：①葱树混栽土壤微生物群落结构及主要有害真菌数量的变化；②葱根系分泌物主要成分的种类和含量；③葱主要根系分泌物与四种主要有害真菌的关系；④葱根系分泌物有效成分对有害真菌的作用机理。.重要结果：葱树混栽改善了连作土壤微生物环境，提高了土壤酶活性，显著降低了土壤中主要酚酸类物质的含量，其中混栽葱处理根皮苷和根皮素分别减少了78.8%和81.1%。混栽葱还显著提高了土壤真菌多样性、丰富度、均匀度指数。通过克隆文库分析发现，混栽葱优先恢复了拮抗菌，如被孢霉属，木霉属，青霉属，并降低了连作土壤中镰孢菌属的相对丰度。通过对葱根系分泌物进行气质联用分析发现，葱根系分泌物中含有大量的硫醚类物质，能显著抑制了四种镰孢菌的生长和孢子萌发，二甲基二硫醚的抑菌效果优于二烯丙基二硫醚。TMT标记的定量蛋白质组学分析研究发现在二甲基二硫醚作用下层出镰孢菌内有42种蛋白质显著下调，27种蛋白质显著上调，二甲基二硫醚可促使层出镰孢菌体内的水解酶类、抗氧化酶和转运蛋白质差异表达。因此，混栽葱通过根系不断分泌有效物质，可以长时间地抑制连作土壤中有害病原菌，进而达到缓解苹果连作障碍的效果。.科学意义：通过本项目的实施，系统地分析了葱根系分泌物的主要成分种类和含量，探讨了葱主要根系分泌物与四种主要有害真菌的关系及作用机理，揭示葱树混栽减轻苹果连作障碍的机制，为生产上利用该技术防控连作障碍和进一步创新防控技术提供科学依据。