连作胡椒生物障碍的形成机制研究

Continuous cropping obstacle is the most serious problem of Black pepper industry in China. Most of Black pepper garden grown for over 20 years show bad growing, susceptible to disease, low yield and replanted seedlings growth restriction. Causes of continuous cropping obstacle are complex. One of the important reasons is the autotoxic effect of plant root exudates accumulation. In this study, the root exudates collected in situ field, and then analyze the composition of the root exudates from different planting year's Black pepper, compare to the soil solution. Find the substances accumulated with the increasing the planting year.Carrying on pot experiment to test the effect of these substances on the seedling growth and the relationship between the root exudates and rhizosphere microorganism. Revealing the autotoxic effect mechanism of the Black pepper root exudates, providing theoretical basis for carrying on the management technology research on continuous cropping obstacles by intercropping cultivation.

连作障碍是我国胡椒产业面临的最为严峻的问题，目前大多种植20年以上的胡椒园表现出长势差、易感病、产量低且补种的幼苗生长受限等状况。造成连作障碍的因素复杂多样，其中一个重要原因为植物根系分泌物的自毒物质作用引发的生物学障碍,这也是植物营养学和微生物学学者争论的热点。本研究拟采用根系分泌物田间原位收集技术，结合室内盆栽模拟试验，通过收集、分离、鉴定不同种植年限胡椒根系分泌物，并与土壤溶液和水培胡椒取得的根系分泌物中的对应成分进行比较，明确胡椒根系分泌物中随种植年限不断累积的物质，再以水培、盆栽试验测试这些物质对胡椒插条苗生物量和生理生化指标的影响；通过454高通量测序技术研究胡椒根际微生物区系变化状况以及根系分泌物与土壤微生物的关系，揭示连作胡椒的生物障碍形成机制，以期为阐明胡椒连作障碍机理和开展调控技术研究提供理论依据。

连作障碍是我国胡椒产业面临的最严峻的问题，目前大多种植20年以上的胡椒园表现出长势差、易感病、产量低且补种的幼苗生长受限等状况。本项目采用GC-MS技术开展了胡椒根系分泌物收集、分离与鉴定和自毒作用研究，采用16S和ITS测序技术开展连作胡椒土壤微生物多样性和群落结构分析，并开展根系分泌物与土壤微生物的互作关系研究，明确了连作胡椒生物障碍的形成机制。研究发现：连作15年以上的胡椒园土壤不适宜再植胡椒幼苗的生长，导致胡椒苗根系发育受限、活力降低，抵御环境胁迫的能力下降，光合作用减弱，补种苗成活率低；生理酸性化肥施用导致土壤pH在连作15年后下降0.6个单位，土壤酸化及其作用下土壤养分利用率低是连作胡椒土壤质量下降的重要原因；连作导致胡椒土壤中真菌、细菌的物种多样性明显降低，土壤微生物群落结构破坏、物种多样性降低是造成胡椒连作障碍的重要原因；胡椒根系分泌物中含有对胡椒生长有直接抑制作用的自毒作物成分，同时或对根际土壤微生态环境产生间接影响，胡椒连作生物障碍可能是二者共同作用的结果。本项目研究阐明了胡椒连作障碍的形成机理，明确提出了胡椒连作障碍形成的3个主要原因：土壤pH下降、土壤养分失衡；土壤微生物多样性下降、微生物群落结构破坏；根系分泌物中自毒物质累积。本项目研究成果对指导连作胡椒园现行管理技术升级、化肥农药减施、连作障碍调控技术研究，保障胡椒产业健康可持续发展具有重要意义。