连作番茄根际微生物群落结构演替及调控

This research program mainly focuses the following contents. Difference of microbial community structures in rhizosphere soils of healthy and diseased tomato in continuous tomato cropping fields is studied by high throughput sequencing technique. Active microbial community of tomato rhizosphere soil in different continuous cropping times will be demonstrated by SIP-DNA. Effect of tomato root exudates and roots on the formation of tomato bacterial community construction will be researched. Difference of microbial community structures in rhizosphere soil of tomato growing in different soils and similarity of rhizosphere microbial community of continuous cropping tomato in different soils need to be studied. Rhizosphere microbial community of tomato in diseased soil will be regulated with rhizosphere microbial community from healthy tomato plants to control tomato bacterial wilt. Bacterial strains which grow rapidly when using tomato root exudates and roots and show antagonism against bacterial wilt pathogen are screened. Bioorganic fertilizers containing isolates are prepared and used to regulate rhizosphere microbial community and control tomato bacterial wilt of continuous cropping tomato. The research results will be important to clarify the microbial mechanism of continuous cropping obstacle and guide the tomato production for more efficiency use of land resources.

本项目采用高通量测序技术研究连作土壤中健康和发病番茄植株的根际微生物群落结构特征,番茄根系分泌物和根组织对土壤微生物的选择性,阐明生长在不同土壤的番茄根际土壤微生物种群结构差异，以及不同土壤中番茄连作后根际微生物种群是否趋向一致,了解土壤在番茄根际微生物种群形成中的作用。采用SIP-DNA技术研究不同连作年限番茄根际的活跃微生物种群；探索采用来自连作发病土壤中健康番茄植株的根际微生物种群调控连作番茄的根际微生物种群的可能性，以达到控制番茄青枯病的目的；以生长速度和竞争力作为首要条件筛选利用番茄根系分泌物和根组织的微生物菌株，并由此制备微生物有机肥；利用微生物有机肥调控连作番茄根际微生物种群结构，控制青枯病的发病率。研究结果对系统地了解连作障碍发生的微生物机制具有重要的理论意义，对于充分利用土地资源，促进温室蔬菜的健康发展，提高经济效益也具有重要的指导意义。

番茄连作过程中，土传病害如青枯病等逐渐出现并越来越严重。但是连作过程中，番茄际微生物种群的变化是逐渐的过程，这种变化是如何发生的还缺乏深刻的认识，能否通过调节根际微生物种群，从而防治番茄青枯病的发生？本项目针对这些问题主要研究了（1）不同地区的土壤中（南京和吉林）番茄连续种植过程中，番茄根际微生物种群的变化规律；（2）番茄根系分泌物和根残体如何影响土壤微生物种群；（3）健康番茄植株和青枯病发病植株根际微生物种群结构的差异；（4）生防菌和绿色防控化学药剂联合调控番茄根际微生物并防治番茄青枯病。研究表明，不论土壤类型如何（南京和吉林），连作过程中细菌种群的演替规律是相似的，而两种土壤的真菌种群结构在种植一季番茄后就变得非常相似。两种土壤在番茄连作过程中都在根际富集了Flavobacterium 和Pseudoxanthomonas，Dechloromonas 和 Cellvibrio 以及病原菌Ralstonia solanacearum和Rhizoctonia solani。番茄根系分泌物和根残体均显著影响土壤微生物群落，青枯菌的数量在根残体和根分泌物中的土壤中均显著增加。番茄根系分泌物还富集了Flavobacterium, Pseudoxanthomonas，Dokdonella和Rhizobium等有益菌。而在加入番茄根残体的土壤中，一些分解纤维素的微生物以及一些真菌病原菌显著富集，比如Cellulosimicrobium，Cellvibrio，Chitinophaga，，Fusarium oxysporum和 Rhizoctonia solani。健康番茄和发病番茄根际微生物种群是不同的，青枯菌入侵显著减低了根际微生物的多样性，增加了根际酚酸含量，并导致另一种真菌型病原菌Fusarium solani的丰度显著增加。亚磷酸钾能显著抑制青枯菌的生长，诱导拮抗菌——解淀粉芽孢杆菌菌株F8合成拮抗物质，并增加了土壤中一些芽孢杆菌和链霉菌的丰度。联合使用亚磷酸钾和菌株F8对青枯病的防治效果显著好于单独施用菌株F8和亚磷酸钾的效果。本研究阐明了番茄连作过程中根际微生物种群的演替规律，这对于全面地了解连作障碍发生的微生物机制具有重要的理论意义。