嫁接缓解黄瓜盐胁迫的微生物学机理

Cucumber is one of the major vegetable crops in greenhouse production in China. However, soil secondary salinization has significantly inhibited the sustainable production of greenhouse cucumber. Grafting is a simple and effective method widely used to alleviate crop salt stress. It has been widely demonstrated that the rhizosphere, phyllosphere and endosphere microbiomes play important roles in helping plants to resist abiological stress. Although researchers have deciphered the mechanisms of grafting in resisting salt stress in several aspects, such as plant growth, physiology and biochemistry, it still needs to systemly study the microbial mechanisms of grafting. Therefore, this project would use the rootstocks and scions that are tolerant or sensitive to salt, screened previously by our research group, to compare the differences in the rhizosphere, phyllosphere and endosphere microbiomes among different resistant materials, to analyze the relationship between microbiome and plan salt resistance, to screen the microbes that have the potential to help plants to resist salt stress, to demonstrate the effectiveness of microbes screened, and finally to decipher the microbial mechanism of grafting in alleviating cucumber salt stress.

黄瓜是我国设施生产中最为重要的蔬菜作物之一，但土壤次生盐渍化严重阻碍了设施黄瓜的可持续生产。嫁接是目前应用最为广泛且简单有效缓解作物盐胁迫的措施之一。根际、叶际和内生微生物协助植物抵御非生物逆境的重要作用已被广泛证实。虽然目前国内外研究者已从植物生长、生理、生化等方面解析了嫁接抗盐的机制，但是对嫁接抗盐的微生物学机理，尚缺乏系统研究。为此，本项目拟利用课题组已筛选的盐抗性和敏感性砧木和接穗材料，比较不同抗性材料间根际、叶际和内生微生物的差异，分析微生物与植株抗盐性的相互关系，分离潜在的协助嫁接作物抗盐的根际、叶际和内生微生物，验证根际、叶际和内生微生物协助作物抗盐的有效性，从而解析嫁接缓解黄瓜盐胁迫的微生物学机理。

盐害是影响我国设施黄瓜生产的主要非生物逆境之一。采用抗盐砧木嫁接是目前应用最为广泛且简单有效缓解作物盐胁迫的措施之一。此外，近年来微生物协助植物抵御非生物逆境的重要作用已被广泛证实。在揭示抗盐砧木嫁接抗盐机制的研究中，尽管国内外研究者已从生理生化和分子机制等方面进行了深度的解析，但尚未明确植物相关微生物在嫁接植株抗盐过程中起到的作用。本项目筛选了盐抗性和敏感性黄瓜接穗和砧木材料，比较了不同抗性材料间根际、叶际和内生微生物的差异，分析了微生物与植株抗盐性的相互关系，分离潜在的协助嫁接作物抗盐的根际、叶际和内生微生物，验证了根际、叶际和内生微生物协助作物抗盐的有效性，据此解析了嫁接缓解黄瓜盐胁迫的微生物学机理。获得的主要结果如下：. （1）接穗和砧木根系根系微生物对植株抗盐至关重要。根系微生物使得接穗组和砧木组植株的生物量分别提高33.0%和13.4%，降低了植株Na+含量，促进了植株对养分的吸收。这种机制主要发生在植株的根际而非根内。此外，在促进植株抗盐的过程中，根系微生物间存在着协同作用。. （2）嫁接植株根系会招募特异的微生物菌群协助植株抵御盐胁迫。在盐胁迫下，嫁接植株根系会招募一些能够溶P、解K、分泌Fe载体和固N，及具有PGA、hcnBC、amyG、acdS、BPP、pgsBCA、mtlD、Glu、codA等功能基因的微生物，以提高嫁接黄瓜植株的抗盐性。此外，嫁接植株根系招募的有益微生物可通过调节叶片、根内及根际的代谢水平改善植株抗盐性。. （3）从盐胁迫嫁接植株根际和根内共分离和纯化了326株菌株，筛选获得9株可显著协助嫁接植株抗盐的菌株。将效果最好的Pseudomonas属菌株Rh58接种到嫁接植株的根系，使得盐处理嫁接植株叶片、根际和根内分别有10.05%、12.47%和15.33%的代谢物显著富集。 . 以上结果阐明了抗盐砧木根系微生物在嫁接植株抗盐过程中所起的关键作用，揭示了嫁接抗盐的新机制，对改良和发展嫁接技术及黄瓜抗盐的高效栽培有重要意义