我国苹果种植面积和产量均居世界首位，但随着苹果品种不断更新和矮化密植栽培模式的推广，加之树龄老化问题日益严重，大面积苹果园亟需进行更新重建。由于土地资源有限等原因，苹果园更新重建过程中必然面临连作。然而，由此引发的苹果连作障碍，能够导致新种植果树生长缓慢、果实产量和品质下降等问题，苹果连作障碍严重制约了苹果产业的健康发展。多巴胺作为天然存在于植物体内的抗氧化物质，具有广泛的生理功能，已被证明在苹果应对逆境胁迫中发挥重要作用。然而，多巴胺对苹果连作障碍的调控效果及其潜在机制尚不清楚。
该研究以平邑甜茶（Malus hupehensis Redh.）实生苗为试材，采集种植年限为30年老龄苹果园土壤进行了120天盆栽试验。研究结果发现，连作处理显著抑制了平邑甜茶植株的生长，但外源施加多巴胺能够有效清除连作植株体内活性氧，提高连作植株对氮的吸收与利用率，显著促进了连作平邑甜茶幼苗的生长。
此外，利用16S rRNA和ITS rRNA基因高通量测序技术对土壤微生物群落进行了分析。结果表明多巴胺显著改变了根际土壤的微生物群落结构和多样性，微生物共现网络分析结果表明，多巴胺增加了微生物群落之间正相关链接的比例。外源多巴胺的施用提高了根际土壤中Gaiella（Gaiellales）和Mortierella（Mortierellales）的相对丰度，同时降低了Gibberella（Hypocreales）的相对丰度。Spearman相关分析结果揭示了这些菌群丰度的变化对土壤酶活性、土壤有效氮含量及氮的吸收利用有积极影响，有助于改善连作条件下平邑甜茶幼苗的生长发育。研究结果表明，多巴胺可通过增加微生物群落的多样性和调节特定微生物类群的丰度缓解苹果连作障碍，研究结果为多巴胺在调控苹果连作障碍机制方面提供了新的见解，有助于推动苹果产业的可持续发展。
该研究得到了国家自然科学基金项目（31901964），河北省教育厅青年拔尖人才项目（BJK2022012），河北省在读研究生创新能力培养资助项目（CXZZBS2023071），河北农业大学人才引进项目（YJ201904），河北省重点研发项目（21326308D-02-03）和国家现代农业产业技术体系建设专项基金（CARS-27）的支持。
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Peihua Du, Yang Cao, Huaite Liu, Jiahao Ji, Wei Sun, Xueying Zhang, Jizhong Xu, Bowen Liang. 2024. Dopamine improves apple replant disease resistance by regulating physiological resilience and rhizosphere microbial community structure. Journal of Integrative Agriculture, 23(9): 3025-3044.
研究团队简介
河北农业大学园艺学院三优苹果科技创新团队由徐继忠教授领衔，主要开展苹果矮化砧木选育及新种质创制、苹果优质高效栽培模式和苹果逆境生理和生物学等研究。先后主持国家和省部级科研课题20余项，获省部级科技进步二、三等奖五项。主持培育苹果新品种“天红1号”、“天红2号”、“SH38”、“SH40”、“冀砧1号”、“冀砧2号”、“冀砧3号”等。近三年在Journal of Integrative Agriculture、Plant cell and environment、Horticulture Research、Journal of Agricultural and Food Chemistry 、Science of the Total Environment等学术期刊发表学术论文50余篇。
| 图文由河北农业大学园艺学院徐继忠教授课题组提供
Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文), JIA) 由中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会主办，中国农业科学院农业信息研究所承办。综合性英文学术期刊，月刊。创刊于2002年，现任主编为中国科学院院士陈化兰。JIA主要栏目有作物科学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、农业生态环境、食品科学、农业经济与管理等。刊稿类型有综述、研究论文、简报以及评述等。全部论文在Elsevier-ScienceDirect (SD) 平台OA出版。最新SCI影响因子4.6，位于SCI-JCR农业综合学科Q1区。中科院分区农林科学1区。2016年以来先后获得中国科协等部委 “提升计划”“登峰计划”“卓越计划”项目支持。
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