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林下三七团队解析林下土壤中酚类物质调控微生物影响三七健康生长的机制

叶辰 | 2021-09-14  阅读:7598

近日,国际著名期刊Plant and Soil在线发表了威斯尼斯人娱乐官方网站登录林下三七课题组的研究论文Leaching alleviates phenol-mediated root rot in Panax notoginseng by modifying the soil microbiota,该研究发现林下土壤中由于松针腐解释放累积的酚类物质会导致严重的根腐病。淋溶作用可以通过降低土壤中酚类物质的含量来改善三七根际土壤的核心微生物菌群,从而减轻根腐病的发生。

林下有机三七种植是利用林下生物多样性相生相克生境耦合原理,实现高品质、高效益、低成本三七的新型种植模式。但是林下松针腐解物长期积累会释放大量的酚类物质积累,引起土壤酸化,导致三七药用部位根系生长不良。同时,酚类物质积累也是引起三七根腐病严重发生和连作障碍产生的主要原因。如何降低林地土壤中酚类物质所引起的负面作用则显得尤为重要。相关研究表明,酚类物质是水溶性物质,淋溶作用可降低其含量。然而,淋溶是否可以降低杉木土壤中酚类物质影响三七根腐病的发生还缺乏全面的了解。

课题组通过室内盆栽试验研究不同强度的淋溶作用对土壤酚类物质和三七生长的影响(图1)。结果发现,随着淋溶作用强度的增加,土壤中酚类物质的含量和根腐病的发生率显著降低(图2)。合土壤微生物高通量测序结果分析表明,根腐病的发生率与对羟基苯甲酸促进的病原菌(Ilyonectria)呈正相关,与对羟基苯甲酸(HA)、阿魏酸(FA)或香草酸(VA)抑制的细菌(Sphingomonas, Lysobacter, Massilia and Burkholderia)呈负相关(图3)。外源添加试验表明,高浓度的酚类物质可以促进Ilyonectria的生长和产孢,抑制细菌(Burkholderia and Lysobacter)的生长和生物膜的形成,从而降低有益细菌对病原微生物的抑制作用。该研究揭示了林下土壤中富集的酚类物质对三七生长的负面影响及酚类物质调控土壤微生物影响根腐病发生的机制,明确了淋溶是降低林下三七土壤中酚类物质负面化感作用的一种有效途径。根据林下土壤中酚类物质富集与根腐病发生的机理,团队还在探索利用生石灰、有机肥、钙镁磷肥、酸性土壤调节剂等措施消除土壤中过量酚类物质的危害。

1淋溶实验设计流程图

注:设置五个淋溶强度,用五种不同体积的水(01234 L)淋溶6 L土壤,五个处理分别表示为P0P1P2P3P4。然后,在80 下对淋溶土壤进行热处理。最后,将热处理土壤分为两部分,一部分加入10%的三七连续土壤(w/w)引入根腐病病原物,另一部分不添加连续土壤作为对照。

2 淋溶对土壤酚类物质和三七根腐病发生的影响

注:淋溶对土壤酚类物质含量的影响(A);淋溶对三七存苗率(B)和根腐病发病率(C)的影响。HAVSAFAVA分别代表对羟基苯甲酸、香草醛、阿魏酸、丁香酸和香草酸。

3土壤理化性质、酚类、三七生长与土壤微生物的Network分析

注:绿色表示负相关,红色表示正相关。圆形和三角形分别代表真菌和细菌。

威斯尼斯人娱乐官方网站登录张义杰博士、云南大学李天尧博士为该论文的共同第一作者,朱书生教授为论文的通讯作者。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了本项工作。

文章链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-021-05136-z