番茄根际代谢物抵御茄科劳尔氏菌入侵机制研究

[目的]本文旨在研究茄科劳尔氏菌与番茄根际代谢物的互作关系,明确根际代谢物抵御茄科劳尔氏菌的入侵机制,为防控番茄青枯病和番茄绿色生产提供理论依据和关键技术。[方法]收集健康和发病番茄根际土壤样品,通过气相色谱-质谱(GC-MS)分析比较两者间根际代谢物的组分差异。分别在纯培养(作为辅助碳源和唯一基础碳源)和根际条件下,研究差异根际代谢物对茄科劳尔氏菌生长及定殖的影响。[结果]健康和发病番茄根际代谢物在组分和含量上存在显著差异。健康番茄根际显著富集的代谢物有果糖、蔗糖、肌醇半乳糖苷、蜜二糖、龙胆二糖;发病番茄根际显著富集的代谢物有皮质醇、四氢皮质醇、明串珠菌二糖、2,3-二甲基琥珀酸、角鲨烯、葡萄糖酸。纯培养试验发现:蔗糖、果糖和蜜二糖作为辅助碳源时不会直接抑制茄科劳尔氏菌生长,而作为唯一碳源时无法供茄科劳尔氏菌生长。根际添加试验发现,蔗糖、果糖和蜜二糖处理显著降低茄科劳尔氏菌在番茄根部定殖数量,并同时显著增加番茄根部总细菌的数量。[结论]番茄根际代谢物组分和含量与番茄健康状况有关。健康番茄根际富集的蔗糖、果糖和蜜二糖可能通过大量培育其他根际微生物的生长来抵御茄科劳尔氏菌的定殖。

间作模式下作物根际土壤代谢物对微生物群落的影响

间作可通过根系互作改变土壤微生物群落结构,影响作物产量。本研究结合Eco-Biolog微平板法和液相色谱-串联质谱法(LC-MS),综合分析了玉米和高粱与大豆两种间作系统中不同年限作物产量、根际土壤理化性状、根际土壤微生物群落变化特征及根际土壤代谢物的差异,旨在探究不同种间互作影响复合作物群体产量的原因。结果表明:间作显著提高作物产量,且较第一年,产量上的间作优势在第二年中表现得更明显。与单作相比,间作能够增加速效养分的积累和吸收;间作玉米根际土壤中速效磷和速效钾、间作高粱根际土壤中碱解氮、速效磷和速效钾、玉米间作大豆中的大豆根际土壤中速效磷和速效钾以及高粱间作大豆中的大豆根际土壤中速效磷和速效钾含量均显著增加。与单作相比,间作条件下玉米、高粱和大豆的微生物量碳氮含量显著升高,根际土壤微生物的活性更强,微生物群落组成更加丰富。通过代谢组分析初步鉴定出不同作物根际土壤中可能影响土壤微生物富集的关键差异代谢组分,其中具有促进作用的差异代谢物在玉米、高粱和大豆中分别鉴定出4、2和1种,具有抑制作用的差异代谢物在玉米、高粱和大豆中各鉴定出1种。综合分析认为,玉米间作大豆和高粱间作大豆可通过种间根系互作改变根际土壤微环境,并重塑其中的微生物群落结构,进而加速根际土壤中速效养分的沉积,促进作物养分的吸收,提高作物产量。

饼粕肥对芽胞杆菌在烟草根际定殖及促生作用的影响

为了探究饼粕肥对芽胞杆菌在烟草根际定殖的作用及定殖后芽胞杆菌对烟苗的促生效应,在烟苗种植土中分别添加解淀粉芽胞杆菌HZ13(P1)、饼粕肥(P2)、饼粕肥与HZ13即时混合物(P3)及饼粕肥与HZ13共发酵培养物(P4),以无添加的烟苗种植土为对照(CK)。提取各处理烟苗根际代谢物并分析组间差异代谢物,比较不同处理对HZ13-RFP的趋化作用、烟苗根际微生物数量及烟苗生长指标的影响。结果表明,P4根际代谢物种类最多,且有机酸数量最多;P4和CK的差异代谢物20种,以有机酸和糖类为主,含量最丰富的有葡萄糖和麦芽糖,和P1的差异代谢物26种,有机酸和糖类最多,含量最丰富的有麦芽糖、鹅去氧胆酸、琥珀酸、海藻糖、果糖和苏氨酸,和P3的差异代谢物23种,有机酸最多,含量最丰富的有琥珀酸、鹅去氧胆酸和苏氨酸。P4根际代谢物对HZ13-RFP的趋化性及促生作用最强。烟苗移栽后40 d,P4根际HZ13总菌数较P3高12.15倍,占根际细菌总数的12.12%,而P1为0。P4烟苗最大叶面积较P3、P1和CK分别提高30%、140%和160%,株高较P3、P1和CK分别提高100%、230%和300%。综上,饼粕肥与芽胞杆菌共发酵培养对芽胞杆菌在烟苗根际定殖及促生效果最好。

香葱伴生番茄对青枯病及根际微生态特征的影响

【目的】为明确香葱伴生对番茄青枯病及根际微生态特征的影响,揭示香葱伴生番茄降低青枯病发病率的机理。【方法】通过田间试验设置番茄单作和香葱伴生番茄2个处理,分别采集单作发病番茄(QK)、单作健康番茄(NBS)和香葱伴生番茄(BS)的根际土壤,应用16S rDNA高通量测序和液相色谱-质谱联用(LC-MS)技术,探究香葱伴生对番茄根际微生态特征的影响。【结果】田间试验结果表明,番茄单作处理和香葱伴生番茄处理的青枯病平均病株率分别为50.48、31.43%,香葱伴生番茄处理对番茄青枯病的防治效果为37.74%。16S rDNA高通量测序结果表明,BS、NBS根际土壤细菌群落相对丰度和多样性均显著高于QK;与QK相比,BS和NBS根际土壤细菌茄科雷尔氏菌属相对丰度显著降低,而芽孢杆菌属相对丰度升高;与NBS相比,BS根际土壤细菌茄科雷尔氏菌属相对丰度降低,芽孢杆菌属相对丰度显著提高。利用LC-MS技术共鉴定出番茄根际土壤代谢物586种,其中正离子模式代谢物320种,负离子模式代谢物266种,并将代谢物的功能注释至新陈代谢、遗传信息加工和环境信息加工等代谢通路;与NBS相比,BS根际土壤代谢物中的缬氨酸、L-天冬酰胺和柠檬酸的含量均显著降低,L-赖氨酸、谷氨酸、D-谷氨酰胺和异亮氨酸的含量也低于NBS,但差异未达到显著水平。【结论】香葱伴生番茄显著降低番茄青枯病田间发病率,改变了番茄根际土壤中细菌群落结构和番茄根际土壤代谢物含量。

黄菖蒲根际低分子量有机酸对土壤吸附氨氮的影响

根际低分子量有机酸是一类活性的化感物质,具有促进污染物迁移、转化与累积等重要的生态功能.本研究利用GC-MS技术,解析了黄菖蒲根际代谢物的组分特征与相对含量,通过模拟实验揭示了低分子量有机酸对土壤吸附氨氮的热-动力学的影响.结果表明:黄菖蒲根际代谢的不同种类低分子量有机酸均能促进氨氮吸附,但作用程度存在差异;氨氮在土壤中的吸附动力学符合Elovich方程与双常数方程,等温吸附均符合Langmuir和Freundlich方程的特征,其键能常数K L与有机酸解离常数pKa呈负相关;低分子量有机酸调控土壤吸附氨氮的机理主要是有机质活化作用.

基于代谢组学分析耐盐碱水稻根际土壤特异代谢物

探究耐盐碱水稻种植对滨海盐渍土代谢变化。基于超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)法的广泛靶向代谢组学研究,采用主成分分析(PCA)、偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)、热图分析等方法对海水稻倒灌土壤进行分析。结果表明,与未种植耐盐碱水稻的海水倒灌土壤(HC)相比,种植耐盐碱水稻的海水倒灌土壤(HR)和种植耐盐碱水稻+土壤改良剂的海水倒灌土壤(HT)根际土壤特异代谢物呈明显的分离状态。从3种土壤样品中共检测出121种代谢产物,其中HC与HR之间筛选出23个差异代谢物,分别是上调代谢物16种、下调代谢物7种;在HC与HT之间筛选出21个差异代谢物,分别是上调代谢物12种、下调代谢物9种。HR和HT的土壤特异代谢物主要集中在脂质、糖类、杂环化合物、胺类、氨基酸类等。表明种植耐盐碱水稻丰富了盐渍土中的代谢物种类。