棉花-玉米轮作减轻黄萎病发生的机制研究.pdfVIP

摘要 由大丽轮枝菌(Verticillium dahliae Kleb.) 引发的黄萎病是我国棉花生产上最具有毁 灭性且难以攻克的病害。新疆作为我国最大的棉花生产基地，因长年连作和秸秆还田等 栽培措施导致近年来棉花黄萎病在新疆越发严重。生产上通过禾本科作物与棉花轮作可 减轻黄萎病的发生。本研究以棉花-玉米轮作为例，围绕大丽轮枝菌-土壤微生物-寄主三 者之间的相互关系展开研究，以期解析棉花-玉米轮作减轻黄萎病发生的机制，为棉花 黄萎病的防控提供一定理论基础。本研究取得的主要结果如下： 1. 新疆棉花黄萎病菌的培养特性及致病力分化。 对新疆不同地域采集分离的 140 个菌株的培养特性及致病类型进行了研究，结果 发现，不同地域菌株的生长速度和产孢量存在显著差异，新疆棉区以菌核型、落叶型菌 株为主。与此同时，建立了一种苗期棉花黄萎病抗性鉴定新方法—— 育苗块定量接种法， 并在中植棉2 号和新陆早36 号上测定了部分菌株的致病力，结果发现，新疆棉区以强 致病力、中等致病力类型的菌株占主导。此外，落叶型菌株的生长速度、产孢量及致病 力均显著高于非落叶型菌株。结果表明，新疆棉田大丽轮枝菌的组成与分化具有很强的 地域性。这对品种的合理布局、抗病性筛选等具有重要意义。 2. 棉花长期连作对土壤微生物群落的影响。 对新疆博乐、奎屯和石河子三个植棉区长期连作棉田的棉花黄萎病菌和土壤微生物 群落进行了分析，发现所有菌株均为菌核型。其中来自博乐的菌株为非落叶型，而来自 奎屯和石河子的菌株均为落叶型。菌株间的生长速度差异不大，但产孢量差异较大且与 致病力呈正相关。这些菌株在中植棉2 号和新陆早36 号上存在明显的致病性分化。此 外，发现真菌群落中的子囊菌门，细菌群落中的变形菌门、放线菌门、绿弯菌门、酸杆 菌门及芽单孢菌门在连作棉田土壤中富集较多。轮枝菌属的丰度与碱解氮呈显著正相关， 而与土壤有机质、速效钾、pH 值呈显著负相关。另外，轮枝菌属与金孢子菌属和链霉 菌属的丰度呈显著正相关，而与真菌中的Gamsia sp.、Wardomyces sp.、Nectriopsis sp.、 光黑壳属和细菌中的Haliangium sp.、RB41 sp.呈显著负相关。结果表明，土壤微生物群 落对长期棉花连作表现出相似的反应，这为了解棉花连作对土壤微生物群落的影响提供 了新的见解。 3. 棉花-玉米轮作对黄萎病发生及土壤微生物群落的影响。 通过研究发现玉米实际上是大丽轮枝菌的无症状寄主，且玉米根系分泌物能够显著 I 抑制棉花黄萎病菌产孢。同时，在可控条件下设计了三种种植模式 （休耕组、棉花连作 组和棉花-玉米轮作组），每组各种植三代，三组土壤均来源于同一块连作棉田且人工接 种等量的棉花黄萎病菌。结果发现，轮作后降低了土壤真菌群落多样性，提高了土壤细 菌群落多样性；棉花-玉米轮作对土壤真菌群落的影响较大，对细菌群落的影响较小。 在属水平上，轮枝菌属与 17 个细菌属之间发生互作，与地杆菌属的相关性最高；在种 水平上，真菌和细菌物种中各有8 个与大丽轮枝菌显著相关，这为生防菌的筛选奠定一 定基础。 4. 棉花黄萎病菌受棉花和玉米根系诱导后的蛋白组分析。 通过Label-free 蛋白组技术，对棉花黄萎病菌分别受棉花和玉米根系诱导后的蛋白 表达水平进行了分析。结果显示，棉花黄萎病菌受棉花和玉米根系诱导后分别鉴定到 238 个(174 个上调，64 个下调)和222 个(117 个上调，105 个下调)显著差异表达蛋白。 其中，共有的差异表达蛋白有105 个，68 个共有的上调表达差异蛋白共同富集在 13 条 通路，以代谢通路富集最多；35 个共有的下调表达差异蛋白共同富集在淀粉和蔗糖代 谢通路；2 个表达趋势相反的差异蛋白富集在核糖体通路。此外，还分别鉴定到131 个 (102 个上调，29 个下调)和114 个(48 个上调，66 个下调)特有的差异表达蛋白。特有上 调表达差异蛋白只在核糖体通路中存在差异，仅在棉花根系诱导组中显著富集。推测核 糖体通路可能在棉花黄萎病菌的孢子萌发、生长发育和致病过程中发挥重要作用。 关键词：轮作；棉花；大丽轮枝菌；土壤微生物；蛋白组分析。 II Abstract