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叶辰 2021-07-01  阅读:6846

林下三七研究团队发现松针挥发物缓解三七连作障碍的特殊机制

近日,由中国植物病理学会和中国农业大学联合主办的我国植物病理学领域重要国际期刊Phytopathology Research2018年创刊,目前已被ESCI收录)在线发表了威斯尼斯人娱乐官方网站登录林下三七研究团队题为“α-Terpineol fumigation alleviates negative plant-soil feedbacks of Panax notoginseng via suppressing Ascomycota and enriching antagonistic bacteria”的研究论文。在本研究中,首次发现松针挥发物中的特殊成分α-松油醇可以抑制三七土传病原真菌,富集土壤有益细菌来重塑土壤微生物群落的平衡,缓解三七的连作障碍问题。

林下有机三七种植技术体系是朱有勇院士带领团队历时十余年研发构建的具有颠覆性意义的三七种植新模式。该技术立足云南生物多样性资源禀赋,利用生物多样性“相生相克”和“生境耦合”原理,实现“高品质、高效益、低成本”的三七林下有机种植生产技术。林下有机三七种植新模式中,松树的化感物质对三七的健康生长具有重要作用。其中,松针自然凋落覆盖在三七种植垄面上,会持续性向土壤中释放挥发物对土壤进行天然的熏蒸,但其潜在的效果和机制还尚不明确,因此研究松针天然挥发物缓解三七连作障碍土壤的作用机理,对于揭示林下三七种植中的生物多样性“相生相克”机制具有重要的理论意义。

 

1 α-松油醇与微生物的相关性网络分析

A)与α-松油醇直接相关的真菌和细菌菌属,红线和绿线分别表示显著正相关和负相关(p <0.05)。(B)和(C)是与α-松油醇显著相关的56个属(直接相关属)和与56个直接相关菌属显著相关(p <0.05和Pearson’s | R |> 0.6)的其他属(间接相关属)之间的网络关系图。根据56个直接相关属与α-松油醇相关性,共现网络分为正相关网络(B)和负相关网络(C)。正方形和圆形分别代表真菌和细菌。节点的大小及其标签与连接数成正比。归属于不同门的节点以不同的颜色展现,连线的颜色与其目标节点相同。

研究团队结合土壤微生物高通量测序,生物信息学和培养组学等技术手段,构建了α-松油醇调控下的,三七连作土壤微生物相关性网络,发现α-松油醇能特异性的抑制土壤真菌(子囊菌门为主),并且富集土壤细菌(变形菌门为主)(图1)。为了进一步研究关键土壤微生物的变化情况,单独构建了一个子网络结构(Subnetwork),并在其中突出了与α-松油醇显著相关的56个菌属、检测到的三七病原菌以及广泛报道的PGPRs之间的相互关系(图2)。发现三七的潜在土传病原菌Alternaria Phytophthora以及 Gibberella(镰刀菌的有性态)也与α-松油醇负相关。相反,许多有益细菌如:AzospirillumBacillusEnterobacterAeromonasKlebsiellaStenotrophomonasFrankiaStreptomycesEnterococcusAcinetobacterAllorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia等与α-松油醇出现正相关关系。同时,所有这些富集的PGPRs与三七的三种土传病菌均呈负相关,且芽孢杆菌BacillusRamlibacter与链格孢菌显著负相关。研究团队随后验证了α-松油醇对病原真菌的抑制以及对有益细菌的促生效果。此外,被富集的有益菌也对三七的土传病菌呈现出显著的抑制作用。该研究揭示了α-松油醇熏蒸土壤可以通过重新平衡土壤微生物群里结构从而缓解三七的连作障碍问题。

2 α-松油醇处理后显著相关菌属、三七病原菌和PGPRs的网络分析

紫色和红色的圆分别代表PGPRs和病原菌。红线表示正相关,绿线表示负相关。紫色的线条表示PGPR与病原菌负相关(具有潜在的拮抗活性)。实线表示相关性显著,虚线表示相关性不显著。

威斯尼斯人娱乐官方网站登录叶辰博士、刘屹湘副教授为该论文的共同第一作者,朱书生教授、黄惠川副教授为论文的共同通讯作者。同时植保学院郭存武博士、杨敏教授和国家中药材产业技术体系病害防控岗位科学家何霞红教授也参与工作。

 

原文链接:https://phytopatholres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s42483-021-00090-1