还田后秸秆腐解对土壤真核微生物细胞自噬的影响及机制

Autophagy would be triggered among soil eukaryotic microorganisms due to nitrogen starvation at the beginning of straw returning to field. Using the technologies such as fluorescent protein labeled, western blot and vital stain et al, the relationship among the degree of straw decomposition, the level of the effective nitrogen in soil and the autophagy occurring degree for eukaryotic microorganism will be built, and critical points for triggering autophagy and autophagy to death will be found in this project. The results will help us to better understand the mechanism of microorganisms succession after straw returning to field, and it also prompt the study on the mechanism of organic fertilizer suppressing the soilborne plant diseases and the development of key technology in biological organic compost.

秸秆还田初期由于微生物对土壤内有效态氮素的固持，导致土壤内可利用氮素营养的缺乏，土壤真核微生物会启动细胞自噬以度过这一不良环境。本项目将利用荧光蛋白标记、显微荧光、western blot、电镜以及细胞活体染色等技术手段，研究土传病害病原体、益生真菌以及真核模式生物酿酒酵母等随秸秆腐解的细胞自噬发生水平，获得不同类型细胞启动自噬和自噬性死亡的临界点，从而建立细胞自噬发生程度与秸秆腐解程度及土壤内氮素水平之间的联系，为秸秆还田后土壤内微生物种群演替机理的阐明提供理论依据，并进一步促进有机物料抑菌机理的深入研究和生物有机肥料关键技术的发展。

土壤是地球表层生态系统物质交换和能量转换的主要单元和枢纽，是人类赖以生存和发展的物质基础，土壤质量关系到农产品质量与食物安全。目前，人类对土地资源的过度开发利用导致土壤资源退化；秸秆还田是一种有效的农田培肥措施，也是秸秆资源利用中经济且可持续的方式；但C/N较高的农作物秸秆直接还田后，由于丰富了土壤中的有效性碳源而刺激了其中绝大多数微生物细胞的迅猛增加，从而导致了土壤有效态氮素的被固定；而面临秸秆降解所导致的氮素营养缺乏的胁迫，土壤内真核微生物会通过细胞自噬来主动适应，以度过不良的环境。.本研究针对秸秆还田后所形成的土壤-秸秆-生物系统，开展了还田后秸秆腐熟阶段的快速检测技术、土壤营养元素及温度的变化规律、还田后秸秆腐解对土壤真核微生物的影响及不同秸秆还入方式对特定病原微生物的抑制，以及哈茨木霉及稻瘟病菌等菌株的显微荧光标记等方面的研究；提出了运用秸秆图像灰度值法判定秸秆腐熟程度的方法，并发现秸秆的图像灰度值与秸秆的灰分相对含量间成显著的线性负相关关系，运用该方法可以很好的反映腐熟菌剂在还田后秸秆腐解过程中的作用；通过对不同的秸秆埋入方式、腐熟菌剂和有机肥配施等因素的研究，发现不同的秸秆还田方式对土壤营养元素和土壤温度、土壤内真核微生物具有不同的影响，这说明秸秆还田方式的选择在土壤质量的改善以及土传病害的抑制方面具有重要的作用；运用基因重组等分子生物学手段，成功对哈茨木霉和水稻稻瘟病菌株的Atg8进行了绿色荧光蛋白标记，为还田后秸秆腐解诱发土壤内真核微生物自噬发生提供了便利的材料。.通过该项目的开展，建立了土传病害控制与秸秆腐解程度及土壤内氮素水平之间的联系，为秸秆还田后土壤内微生物种群演替机理的阐明提供了理论依据，并进一步促进了有机物料抑菌机理的深入研究和生物有机肥料关键技术的发展。