水稻化感品种与稗草共生的土壤反馈机制

前期研究发现水稻化感品种在一定稗草存在下不是降低反而提高水稻的生产力，表明水稻化感品种与稗草共生可以导致一个正相的土壤反馈作用。本项申请从植物与土壤因子生态互作的角度进一步探讨水稻化感品种与稗草的种间关系，假定水稻化感品种与稗草共生竞争时通过根分泌微生物群感效应拟态物质(quorum-sensing mimics)建立了有利于自身或不利于稗草生长的土壤微生物群落结构，同时抑制稗草获取更多的土壤养分，从而形成土壤正相反馈作用。基于上述假设，本项申请在田间定位实验确定水稻化感品种与稗草共生土壤反馈作用发生的最佳生育期和共生密度的基础上，通过水稻化感品种根分泌微生物群感效应拟态物质鉴定及其对土壤微生物群落结构的调节，以及水稻化感品种和稗草对共生土壤养分的竞争和选择性研究，探明水稻化感品种在一定稗草存在下提高生产力的关键因子，为水稻化感品种的利用和生产提供理论依据和必要的技术参数。

尽管水稻化感品种和稗草种间的相互化学干涉作用已被广泛研究，但这一化学干涉机制一直没有阐明，本项目从植物与土壤因子生态互作的角度进一步探讨水稻化感品种与稗草的种间关系。通过田间小区和温室控制实验发现，水稻化感品种和稗草共存时存在着植物-土壤反馈作用，但这一反馈效应随生长期不同而发生根本性变化，负反馈效应发生在苗期而正反馈效应发生在成熟期。进一步研究发现，水稻化感品种和稗草共存的植物-土壤反馈效应的改变与水稻释放的化感物质显著相关，最终的反馈作用是生长抑制物质（黄酮和萜内酯）和生长促进物质（尿囊素）的净效应，特别是这些化感物质不仅直接影响稗草生长而且间接地改变土壤微生物群落结构。苗期水稻释放化感物质抑制稗草并建立有利于自己生长的微生物群落从而产生对自己的正反馈和对稗草的负反馈，可是在成熟期，水稻不再合成释放化感物质而是增加土壤养分从而导致正反馈。这些结果表明，水稻化感品种和稗草共存的植物-土壤反馈作用是通过化感物质介导的，苗期的负反馈取决于化感物质和土壤微生物群落而成熟期的正反馈更多地与土壤养分相关。本项目研究不仅阐明了水稻化感品种和稗草共存的植物-土壤反馈作用机制，而且发现了水稻化感品种在稗草存在下提高生产力的关键因子，这为水稻化感品种的利用和生产提供了理论依据。