中国农业科学 | 河北省农林科学院植物保护研究所马平课题组探析外源添加L-脯氨酸对棉花黄萎病发生及其根际土壤微生物群落的影响

文摘   三农   2024-07-05 17:24   北京  
根系分泌物介导下的植物-微生物互作关系变化对植物健康状况以及生长发育具有重要作用。微生物组技术已成为研究植物-微生物互作关系的有效工具,其能够认识核心微生物组中的关键种类和功能,充分了解植物-微生物互作网络关系。根系分泌物能够促进养分获取,并通过调节根际微生物群落驱动植物-土壤对病原体防御的反馈,从而减少肥料和农药的使用。通过研究外源添加 L-脯氨酸对棉花黄萎病发生及其根际土壤微生物群落结构的影响,阐释根系分泌物 L-脯氨酸驱动下根际微生物与棉花黄萎病发生的互作关系,可为棉花黄萎病的微生物生态防治提供理论依据,同时为构建防治土传病害的有益菌群提供新思路。
近期,河北省农林科学院植物保护研究所/农业农村部华北北部作物有害生物综合治理重点实验室/河北省农业有害生物综合防治技术创新中心/河北省作物有害生物综合防治国际科技联合研究中心马平课题组成的题为“外源添加L-脯氨酸对棉花黄萎病发生及其根际土壤微生物群落的影响的研究在《中国农业科学》2024年第57卷11期正式发表。

通过温室盆栽试验,以外源添加不同浓度的L-脯氨酸(0、50、100、200和400 mmol·L-1)为试验处理,采用实时荧光定量PCR(real-time qPCR)和宏基因组测序技术分别测定不同处理的土壤中大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)DNA拷贝数量和土壤微生物群落结构及功能,采用主成分分析比较不同处理的根际土壤微生物群落结构,利用冗余分析研究土壤养分因子与微生物群落结构的相关性,利用斯皮尔曼相关分析研究微生物群落结构功能代谢途径的相关性。

L-脯氨酸对棉花黄萎病发生和大丽轮枝菌数量的影响

与空白对照相比,低浓度(50 mmol·L-1)L-脯氨酸处理不能够减轻棉花黄萎病的发生,高浓度(100、200和400 mmol·L-1)L-脯氨酸处理的病情指数分别下降22.51%、60.23%和64.23%。qPCR结果表明,L-脯氨酸处理不能够显著降低土壤中大丽轮枝菌拷贝数量。宏基因组测序分析表明,L-脯氨酸处理后细菌多样性Shannon指数显著增加,真菌多样性Shannon指数呈下降趋势。在属水平上,L-脯氨酸处理后类诺卡氏菌属(Nocardioides)、溶杆菌属(Lysobacter)、节杆菌属(Arthrobacter)、Phycicoccus、假单胞菌属(Pseudomonas)和毛霉菌属(Mucor)的相对丰度呈上升趋势。

不同处理下门水平细菌(A)和真菌(B)群落组成的差异分析(单因素方差分析)

属水平不同处理细菌(A)和真菌(B)优势菌群的相对丰度比较

线性判别分析表明,除浓度为100 mmol·L-1的L-脯氨酸外,外源添加L-脯氨酸处理后根际土壤微生物KEGG通路的富集情况发生改变。

A: CK vs L50; B: CK vs L100; C: CK vs L200; D: CK vs L400

基于不同处理的显著差异KEGG通路的线性判别分

冗余分析表明,细菌群落组成受pH、电导率、硝态氮、铵态氮和有机质显著影响,而真菌群落组成与铵态氮存在显著相关性。Spearman相关分析表明,细菌的KEGG代谢通路与pH、有机质、铵态氮含量呈负相关关系,而与电导率和硝态氮呈正相关关系;真菌的大部分KEGG代谢通路与土壤养分的相关性较差。

A:细菌 Bacteria;B:真菌 Fungi

土壤养分因子与土壤微生物群落组成的冗余分析
外源添加适量L-脯氨酸通过改变土壤细菌群落结构和功能,增加有益微生物的相对丰度,从而影响棉花黄萎病的发生,但其不能够改变病原菌数量。同时,根际细菌群落组成和功能均与土壤养分存在相关性。
该研究获得河北省自然科学基金(C2022301036)、国家现代农业产业技术体系(CARS-15-19)、河北省重点研发计划(22326509D)的资助。

论文链接:
外源添加L-脯氨酸对棉花黄萎病发生及其根际土壤微生物群落的影响

引用本文:

赵卫松, 郭庆港, 崔钠淇, 鹿秀云, 李社增, 马平. 外源添加L-脯氨酸对棉花黄萎病发生及其根际土壤微生物群落的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(11): 2143-2160.

ZHAO WeiSong, GUO QingGang, CUI NaQi, LU XiuYun, LI SheZeng, MA Ping. Effects of Exogenous Addition of L-Proline on the Occurrence of Cotton Verticillium Wilt and Its Soil Microbial Community in Rhizosphere[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(11): 2143-2160.



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