自毒物质对连作马铃薯土壤病原菌致病性作用效应及机制

In order to pursue high economic benefits, in recent years, the continuous cropping of potato in Gansu has led to the increase of potato soil borne diseases. Many works have focused on the role of autotoxic substances in the process of autotoxin obstacles in continuous cropping of potatoes. Based on the previous works, we will use the long-term positioning test to further isolate and identify the autotoxic substances secreted by the continuous cropping potato roots, analyze the accumulation rules of the main autotoxins substances, and analyze the autotoxin effect of pathogenic microorganisms and beneficial microorganisms in soil. We will further study the mechanism of the growth, reproduction and evolution of those pathogens as well as the pathogenicity of those pathogens. We will also study the relationship between the disease resistance traits of potatoes and the diseases caused by pathogenic bacteria, and reveal the mechanism of increasing the disease of Solanum tuberosum. This study will enrich the understanding of the mechanism of the action of the autotoxins in the continuous cropping obstacle, and provide scientific basis for the exploration of the mechanism of the detoxification.

种植马铃薯效益高，使得甘肃马铃薯连作现象越来越普遍，导致马铃薯连作障碍严重，土传病害枯萎病等加剧。研究认为连作体系下马铃薯根系分泌的自毒物质累积效应在病原菌侵染中起重要作用，但其成分和作用机制尚未清楚。本项目利用无土栽培方法和长期定位试验，在已有研究的基础上，采用液质联用技术对马铃薯根系分泌物作进一步分离和鉴定，找出主要自毒物质，分析自毒物质在连作土壤中的积累动态，通过对连作土壤微生物多样性的测序分析，揭示马铃薯根系自毒物质对土壤病原微生物和有益微生物群落演替的影响；研究根系自毒物质对根际病原菌生长、繁殖和致病毒力的作用效应；依据转录组测序结果，分析自毒物质对马铃薯抗病相关基因表达差异及其信号传导途径的影响，揭示自毒物质对植物抗病性的影响效应；最终阐明连作过程中自毒物质加重马铃薯土传病害的作用机制，研究结果将为马铃薯主产区缓解连作障碍、控制土传病害大面积传播、提高马铃薯产量提供理论依据。

甘肃是我国马铃薯主要产区，长期连作导致该区马铃薯土传枯萎病日益加剧。因此，利用长期连作定位试验，在分离鉴定枯萎病优势病原菌以及阐明连作体系下真菌群落结构变化的基础上，通过收集根系分泌物，研究连作马铃薯根系分泌物和自毒物质增强土传枯萎病优势病原菌尖孢镰孢菌致病机理，旨在阐明连作马铃薯根系分泌物加重土传枯萎病的发病机制。主要研究结果如下：（1）分离和鉴定了出了连作条件下马铃薯土传枯萎病优势病原菌为尖孢镰孢菌和茄病镰孢菌。（2）长期连作对马铃薯根际土壤微生物群落结构的影响研究结果表明，F. oxysporum（尖孢镰孢菌）和F. solani（茄病镰孢菌）在连作土壤中的累积使其丰度增加逐渐成为优势种群，这是连作马铃薯土传枯萎病病害加重的主要原因之一。（3）尖孢镰孢菌（F. oxysporum）侵染对马铃薯植株光合生理造成破坏，致使光合效率显著降低，减产严重。（4）收集了不同连作年限的马铃薯根系分泌物，从中分离和鉴定了自毒物质苹果酸和棕榈酸。定量结果显示，随着连作年限延长，马铃薯单株根系分泌苹果酸和棕榈酸的量显著增加。化感作用研究显示，苹果酸和棕榈酸对马铃薯生长表现出自毒作用，且随着浓度的增大自毒效应增加。（5）自毒物质对尖孢镰孢菌（F. oxysporum）生长发育以及致病性研究结果表明，苹果酸在高浓度表现出较强的促进作用；棕榈酸在低浓度时是对尖孢镰孢菌生长促进作用。盆栽试验表明，苹果酸和棕榈酸在浓度0.05～0.50 mmol•L-1范围内时对枯萎病的发病级别和病情指数显著提高，浓度越高提高的幅度越大。对尖孢镰孢菌促进作用是连作马铃薯枯萎病发病主要原因。. 综上所述，连作马铃薯根系分泌物中自毒物质苹果酸和棕榈酸对优势病原菌尖孢镰孢菌生长、繁殖以及致病性具有显著的促进作用，这种趋化作用使尖孢镰孢菌等菌群成为土壤中的优势病原菌，进而侵染马铃薯根系。这可能是连作马铃薯根系分泌苹果酸和棕榈酸加重枯萎病发生的主要原因。