太子參連作障礙及其分子生態(tài)學(xué)機(jī)制研究.pdf

1、本文以太子參連作障礙自毒效應(yīng)為主線,采用大田和盆栽試驗(yàn)相結(jié)合的方法,研究了連作引起的太子參根、葉顯微結(jié)構(gòu)的變化、光合作用系統(tǒng)參數(shù)的變化、苗期葉片差異蛋白質(zhì)表達(dá)的變化、產(chǎn)量和品質(zhì)的變化。進(jìn)一步用GC-MS鑒定了太子參根際土壤與對(duì)照土壤物質(zhì)的差異,用微生物培養(yǎng)法和t-RFLP技術(shù)分析了太子參根際土壤與對(duì)照土壤微生物區(qū)系的變化,用差異蛋白質(zhì)組學(xué)方法分析了太子參根際土壤與對(duì)照土壤差異蛋白質(zhì)的表達(dá)。主要結(jié)果如下：
　　 (1)太子參根際土

2、壤提純物對(duì)萵苣的根和莖生長(zhǎng)具有極顯著(P＜0.01)的抑制作用,且抑制程度隨濃度升高也極顯著(P＜0.01)增大。說(shuō)明太子參根際土壤提取純化物有較強(qiáng)的化感作用潛力。太子參根際土壤提純物處理正常長(zhǎng)勢(shì)的太子參,3周后太子參葉尖和葉緣發(fā)黃或枯萎,且發(fā)黃或枯萎的面積大小與受試的提取物濃度成正比。提純物對(duì)太子參葉片光合作用系統(tǒng)起毒害作用,且毒害程度隨受試提取純化物濃度升高而趨向嚴(yán)重。盆栽模擬連作與水旱輪作結(jié)果也顯示連作對(duì)太子參光合作用系統(tǒng)有毒害作

3、用。盆栽生長(zhǎng)45天的太子參苗期葉片和根的顯微結(jié)構(gòu)研究結(jié)果顯示：連作導(dǎo)致太子參葉片和根部細(xì)胞排列更為疏松,單位面積內(nèi)細(xì)胞密度降低,視野內(nèi)有些細(xì)胞死亡而缺失。大田試驗(yàn)研究結(jié)果顯示連作導(dǎo)致:太子參產(chǎn)量極顯著(P＜0.01)降低,約為水旱輪作的1/3;太子參分根數(shù)呈極顯著(P＜0.01)減少,約為水旱輪作條件下的一半;太子參根長(zhǎng)顯著(P＜0.05)縮短,約比水旱輪作條件下的縮短8％;太子參品質(zhì)下降極顯著(P＜0.01),其中多糖含量?jī)H為輪作的8

4、8.08％,人參皂苷Rb1含量?jī)H為輪作的44.33％。
　　 (2)太子參苗期葉片蛋白質(zhì)差異表達(dá)分析結(jié)果顯示：連作導(dǎo)致太子參葉片中與植物衰老或致病相關(guān)的5個(gè)蛋白表達(dá)量全部上調(diào);與植物抗性相關(guān)的5個(gè)蛋白(磷脂氫谷胱苷肽過(guò)氧化物酶、植物性絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶、鈣依賴蛋白激酶、查爾酮合成酶和硫氧還相關(guān)蛋白)表達(dá)量上調(diào),4個(gè)蛋白(細(xì)胞壁富含甘氨酸蛋白、SKPI同源蛋白、鋅指蛋白和成熟酶K)表達(dá)量下調(diào);與光合作用相關(guān)的2個(gè)蛋白表達(dá)量下調(diào)

5、(Rubisco大亞基和細(xì)胞色素b6),2個(gè)蛋白表達(dá)量上調(diào)(核酮糖二磷酸碳酸酵素小鏈c和細(xì)胞色素b6/f復(fù)合體亞基Ⅵ);與能量代謝相關(guān)的蔗糖-UDP葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶和細(xì)胞分裂相關(guān)的NF-Y5表達(dá)量均下調(diào),而蛋白酶1型β亞基、ATP合成酶β亞基、細(xì)胞分裂素組氨酸磷光體轉(zhuǎn)移蛋白4和NAD依賴-3-磷酸甘油醛脫氫酶表達(dá)量均上調(diào)。
　　 (3)GC-MS鑒定結(jié)果顯示：與對(duì)照土壤相比,太子參根際土壤中酚醌類(lèi)、有機(jī)酸類(lèi)、酯類(lèi)和醇類(lèi)相對(duì)含量較高

6、,而醛酮類(lèi)、胺類(lèi)、苯類(lèi)、烴類(lèi)、雜環(huán)類(lèi)含量較低。酚醌類(lèi)、有機(jī)酸類(lèi)、酯類(lèi)和醇類(lèi)化感作用物質(zhì)。
　　 (4)稀釋平板培養(yǎng)法測(cè)定結(jié)果顯示:與正茬相比。太子參連作導(dǎo)致土壤中細(xì)菌數(shù)量減少,真菌和放線菌數(shù)量增多。特化培養(yǎng)基微生物培養(yǎng)方法測(cè)定結(jié)果顯示:太子參連作導(dǎo)致土壤好氣性自生固氮菌和好氣性纖維素分解菌下降極顯著(P＜0.01),厭氣性纖維素分解菌極顯著(P＜0.01)上升,硝化菌變化不顯著,未檢測(cè)出亞硝酸細(xì)菌。大田土壤的t-RFLP技術(shù)分析

7、結(jié)果顯示：對(duì)照土壤細(xì)菌涉及50個(gè)種(屬),其中具有致病作用,或?qū)儆诓≡w的有19個(gè)種(屬);太子參根際土壤細(xì)菌涉及45個(gè)種(屬),其中具有致病作用,或?qū)儆诓≡w的有23個(gè)種(屬);大田太子參根際土壤細(xì)菌物種多樣性低于對(duì)照土壤的;太子參根際土壤真菌有28個(gè)種(屬),除了腐生生物可能為植物致病菌或病原菌外,未發(fā)現(xiàn)其他直接對(duì)植物致病的菌;大田太子參根際土壤真菌物種多樣性低于對(duì)照土壤的。盆栽土壤的t-RFLP技術(shù)分析結(jié)果顯示:對(duì)照(CK)土壤共

8、查詢到84個(gè)種(屬)片斷,其中涉及病原菌或致病菌的種(屬)片斷為36個(gè),輪作(Trl)土壤共查詢到122個(gè)種(屬)片斷,其中涉及病原菌或致病菌的種屬片斷為11個(gè),連作(Tr2)土壤共查詢到118個(gè)種(屬)片斷,其中涉及病原菌或致病菌的種(屬)片斷為23個(gè),太子參盆栽連作土壤(Tr2)中檢測(cè)到大量(28個(gè)片斷)鏈霉菌屬,盆栽模擬連作的土壤細(xì)菌多樣性比輪作土壤的低。對(duì)照(CK)土壤真菌涉及24個(gè)種(屬),輪作(Trl)土壤真菌涉及34個(gè)種(

9、屬),連作(Tr2)土壤真菌涉及38個(gè)種(屬),可見(jiàn)土壤真菌種(屬)隨太子參種植年限增加,有增多趨勢(shì)。但是檢索到的這些真菌中未發(fā)現(xiàn)有致病菌或病原菌。真菌多樣性研究結(jié)果表明:隨著太子參耕作年限的增加,土壤真菌多樣性里下降趨勢(shì)。以盆栽土壤細(xì)菌MSPI酶切的細(xì)菌片斷為例,采用主成份分析方法分析引起太子參連作障礙的主要土壤細(xì)菌種類(lèi)。結(jié)果表明：引起太子參連作障礙的主要細(xì)菌種屬有好酸性細(xì)菌等56個(gè)種(屬)。引起太子參連作障礙的次要細(xì)菌種屬有脂環(huán)酸芽

10、孢桿菌等4個(gè)種(屬)。
　　 (5)太子參根際與對(duì)照土壤差異蛋白質(zhì)表達(dá)分析結(jié)果顯示：太子參根際土壤中與氮素利用相關(guān)的天冬酰胺合酶和谷氨酸合酶表達(dá)量均下調(diào);太子參根際土壤中與細(xì)胞分裂、蛋白質(zhì)合成相關(guān)的4種蛋白質(zhì)(脯氨酰-tRNA合酶、推測(cè)的RNA聚合酶8-24亞基ECF家族蛋白、DNA聚合酶Ⅲα亞基和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)子)表達(dá)量均下調(diào),而另兩種蛋白質(zhì)(DNA解鏈酶和延長(zhǎng)因子Tu)表達(dá)量上調(diào),這從總體上引起土壤中細(xì)菌數(shù)量減少,細(xì)菌物種多樣性下