基于生态位理论的药用植物栽培健康土壤微生态构建及其机制

针对药用植物栽培普遍存在连作障碍这一生产实际问题，立足于土壤微生物生态研究的科学前沿，分析与病原微生物具有重叠生态位的微生物物种的功能多样性，揭示关键生态元的生态位扩充在抑制病原微生物致病性中的作用及其机制。通过田间原位取样获得三七栽培抑病土和感病土材料，利用环境功能基因芯片GeoChip大通量检测微生物生态功能差异，分析具有重叠生态位土壤微生物在抑制病害发生中的作用；在此基础上，通过BrdU免疫化学标记方法结合分子生态学T-RFLP技术，研究快速占据抑病生态位的关键微生物群落组成，确定具有抑病功能的关键微生物种群；最后利用实时荧光PCR技术在不同空间和时间尺度上对关键功能微生物种群密度进行定量分析，并以典型病原菌和丛枝菌根真菌等模式微生物为内参对照，深入分析不同生态元的演进过程，阐明构建健康根际微生态的途径及其机制，为药用植物连作退化土壤的修复提供理论依据。

本研究针对药用植物连作栽培引发土壤微生物群落失衡及有害微生物累积的问题，利用生态位理论探索构建稳定健康土壤微生态的过程和机制。.本研究利用454焦磷酸测序技术分析了三七（Panax notoginseng）典型抑病土和感病土真菌的群落结构，共计获得18376条序列和505个真菌操作分类单元（OTUs），统计结果表明抑病土和感病土的真菌多样性指数没有差异，但组成存在着显著的不同，特定的微生物是土壤健康的潜在指示因子；通过区域多点采样结合高通量Illumina Miseq测序技术探讨了发病和健康植株土壤和根内微生物多样性和环境因子的关系，在土壤中获得了1177个细菌OTUs和432个真菌OTUs，根内分别获得了247个和209个OTUs。发病植株土壤和根内接合菌门Zygomycota丰度降低，但子囊菌门Ascomycota则显著增加，非参数多变量统计检验证实发病和健康植株细菌和真菌的群落组成差异显著。.本研究基于微生物的重叠生态位，应用末端限制性片段长度多态性（T-RFLP）结合Biolog FF微平板方法分析真菌组成和生理代谢特征与三七根腐病发生的关系。结果表明，健康植株根际土壤中真菌群落的碳源利用能力高于发病植株；健康植株根际土壤中火丝菌属Pyronema和被孢霉属Mortierella等真菌类群的相对丰度显著高于发病植株根际土壤，尖孢镰孢菌Fusarium oxysporum和刺座霉属的Volutella colletotrichoides的相对丰度则显著低于发病植株。.本研究通过实时荧光PCR技术定量分析抑病功能微生物丛枝菌根真菌和病原真菌毁坏柱孢霉（Cylindrocarpon destructans）种群密度变化规律，结果表明丛枝菌根真菌广泛存在于三七根际，包含了Gigasporaceae、Diversispora、Acaulospora和Glomus等4个属，并能够提高三七光合作用和营养状况；三七发病植株根际土壤C. destructans基因内间隔区（IGS）片段拷贝数显著高于健康植株，根际土壤中毁坏柱孢霉数量与植株地上部生物量以及菌根侵染强度呈显著负相关。.本研究分析了药用植物病害与健康稳定的土壤微生物区系差异，研究了关键作用主体的丰度和功能，为保持和提高土壤生物学质量，克服药用植物连作障碍提高了理论依据。