硝态氮营养抑制黄瓜土传枯萎病发生的机制研究

Cucumber production has been seriously suppressed by the soil-borne disease of Fusarium wilt. The researches on pathogenic and prevention mechanisms of Fusarium wilt are of great theoretical and practical importance. Previous study showed that the soil-borne disease of cucumber Fusarium wilt could be suppressed by nitrate nutrition. However, controlled mechanisms of nitrate nutrition are still unclear. In this study, pot and hydroponic experiments, soil-hydroponic dual culture and split-root systems, combined with GFP labeling and MiSeq sequencing techniques are used to study (1) the effects of different nitrogen nutrition on root exudates characteristics of cucumber plants, to discuss the nitrogen nutrition characteristics of cucumber root exudates; (2) effects of root exudates production under different nitrogen nutrition on pathogen infection and fusaric acid production, to reveal the temporal-spatial evolution of pathogen infection; (3) effects of root exudates production under different nitrogen nutrition on microbial community characteristics of rhizosphere soil, to illustrate the influence mechanisms of rhizosphere microbial community structure on cucumber Fusarium wilt. This study, which is on the basis of plant-microbes interactions, investigates the mechanisms of cucumber Fusarium wilt suppressed by nitrate nutrition from the aspect of nitrogen nutrition characteristics. The results of the study will provide the theoretical basis for increasing plant resistance to Fusarium wilt in agriculture production.

黄瓜土传枯萎病严重限制了设施黄瓜的生产，研究其发病及防控机制具有重要的理论与现实意义。申请者前期研究表明，硝态氮营养可一定程度抑制黄瓜枯萎病的发生，但其对枯萎病的防控机制仍有待深入研究。本项目以不同形态氮素营养黄瓜植株为研究对象，采用室内盆栽培养并辅以营养液培养、土壤-溶液联合培养和分根培养的方式，利用GFP标记和MiSeq测序技术，主要研究：（1）不同形态氮素营养对黄瓜植株根系分泌物类型特征的影响，探讨黄瓜根系分泌物的氮素营养特性；（2）不同形态氮素营养下根系分泌物产生对病原菌侵染及枯萎酸产生的影响，揭示病原菌侵染的时空演变规律；（3）不同形态氮素营养下根系分泌物产生对根际土壤微生物区系特征的影响，阐明根际微生物群落结构对黄瓜枯萎病的影响机制。本研究以植物-微生物互作为基础，从氮素营养特性角度研究硝态氮抑制黄瓜土传枯萎病发生的机制，项目研究成果将为生产中提高植物抗枯萎病能力提供理论依据。

土传枯萎病严重限制了黄瓜的生产，通过不同形态氮素可有效防控土传枯萎病的发生。本项目通过室内盆栽培养并辅以营养液培养的方式，研究了不同形态氮素营养对黄瓜植株根系分泌物的影响，探讨了病原菌侵染及枯萎酸产生的时空演变规律，分析了不同形态氮素下土壤微生物区系特征。研究表明：（1）铵态氮植株根系分泌物显著促进了病原菌孢子的萌发；黄瓜植株在铵态氮营养下根系分泌物中柠檬酸含量增加，从而促进病原菌孢子的萌发，导致枯萎病发病率增加；根系分泌物在硝态氮抗枯萎病的过程中发挥着重要作用。（2）病原菌侵染后铵态氮植株叶片和茎中的枯萎酸含量显著高于硝态氮植株；硝态氮植株能够选择性的吸收枯萎酸，且吸收的枯萎酸主要积累在根中，限制枯萎酸向地上部的运输，减少对地上部的伤害；硝态氮植株对枯萎酸具有更强的耐毒性。（3）不同形态氮素可调控黄瓜根际微生物区系，硝态氮可增加根际土壤微生物丰富度及多样性，且群落间互作更紧密，有利于维持微生物区系稳定性，抵御病原菌侵染。（4）不同形态氮素可影响土壤中化感物质的种类、结构及各物质的相对丰度，进而影响根际微生物区系特征；根际真菌区系与土壤化感物质之间存在显著相关性。该研究揭示了不同形态氮素下根系分泌特征及其对病原菌侵染和毒素产生的影响，阐明了不同形态氮素下根际微生物区系特征及其与枯萎病发生的内在联系，为调控根际微生物区系及防控土传枯萎病提供了理论依据。