间作减轻蚕豆枯萎病的微生物和生理机制

通过田间小区试验,研究了小麦与蚕豆间作对蚕豆枯萎病发病率、病情指数、根际镰刀菌数量、蚕豆根系抗氧化酶活性和膜质过氧化的影响.采用Biolog ECO板分析了根际土壤微生物的代谢功能多样性,通过高效液相色谱(HPLC)测定了蚕豆根际土壤中酚酸含量.结果表明: 与单作蚕豆相比,小麦与蚕豆间作有降低蚕豆枯萎病发病率的趋势;发病盛期和发病末期,间作使蚕豆枯萎病的病情指数比单作显著降低15.8%和22.8%,明显提高了蚕豆根际微生物活性(AWCD值),根际微生物的Shannon多样性指数显著提高4.4%和5.3%,丰富度指数显著提高19.4%和37.1%.主成分分析表明,发病盛期和发病末期,间作明显改变了蚕豆根际微生物的群落结构,蚕豆根际镰刀菌数量分别降低53.8%和33.1%;并显著降低了蚕豆根际土壤中对羟基苯甲酸、香草酸、丁香酸、阿魏酸、苯甲酸和肉桂酸的含量.发病盛期和发病末期,间作蚕豆根系的过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性分别显著提高了20.0%、31.3%和38.5%、66.7%,丙二醛(MDA)含量显著降低36.3%和46.3%;发病初期间作对蚕豆根系的POD、CAT酶活性和MDA含量无显著影响.小麦与蚕豆间作显著提高了蚕豆根际微生物的活性、多样性和根系抗氧化酶活性,降低了蚕豆根际土壤中酚酸含量和膜质过氧化程度,减少了土壤镰刀菌的数量,从而提高了蚕豆对枯萎病的抗性,降低了枯萎病的危害程度.     

施氮水平对蚕豆枯萎病和根际微生物代谢功能多样性的影响

研究不同氮肥用量对蚕豆根际微生物功能多样性的影响及其与蚕豆枯萎病发生的关系.通过田间小区试验,采用Biolog微平板分析法研究了4个施氮水平N₀(0 kg·hm-2)、N₁(56.25 kg·hm^-2)、N₂(112.5 kg·hm^-2)和N₃(168.75 kg·hm^-2)对蚕豆枯萎病危害和根际微生物代谢功能多样性的影响.结果表明： 施氮(N₁、N₂、N₃)处理显著降低了蚕豆枯萎病的病情指数和根际镰刀菌的数量,显著增加了蚕豆根际的细菌、放线菌数量、细菌/真菌和放线菌/真菌.其中N₂处理蚕豆枯萎病病情指数和镰刀菌数量最低,而细菌、放线菌数量、细菌/真菌和放线菌/真菌最高.与N₀处理相比,N₁、N₂、N₃处理均提高了根际微生物群落碳源利用率(AWCD),但对6类碳源的利用存在一定的差异.不同施氮水平下根际微生物群落对糖类、羧酸类和氨基酸类碳源利用程度较高.主成分分析表明,施氮明显改变了蚕豆根际微生物群落结构,糖类、羧酸类和氨基酸类碳源是区分施氮导致土壤微生物群落变化的敏感碳源.施氮抑制了根际微生物对部分糖类和羧酸类碳源的利用,而提高了对氨基酸和酚酸类碳源的利用,这可能是施氮减轻蚕豆枯萎病危害的重要原因之一.适量施氮能增加根际细菌、放线菌数量,改变微生物代谢功能,降低病原菌数量,是抑制蚕豆枯萎病发生的有效措施.     

间作缓解蚕豆连作障碍的根际微生态效应

通过田间小区试验,研究了3个品种蚕豆(92-24、云豆324、凤豆6号)与小麦间作对蚕豆产量、枯萎病病情指数、根际镰刀菌数量、根际真菌代谢功能多样性和土壤酶活性的影响。结果表明:与单作蚕豆相比,云豆324与小麦间作(YD324/W)和凤豆6号与小麦间作(FD6/W)处理均显著提高了蚕豆地上部干重、籽粒产量和百粒重。YD324/W和FD6/W处理使蚕豆枯萎病发病初期病情指数分别降低57.14%和41.67%,镰刀菌数量分别降低32.06%和29.88%,而92-24与小麦间作(92-24/W)处理蚕豆产量、枯萎病病情指数和镰刀菌数量与单作蚕豆均无显著差异。YD324/W和FD6/W处理显著提高了蚕豆根际真菌的多样性指数和丰富度指数,并使蚕豆根际真菌的AWCD值分别比单作蚕豆提高了61.75%和46.49%;YD324/W和FD6/W处理明显改变了蚕豆根际真菌的群落结构。而92-24/W处理对蚕豆根际真菌的多样性指数、丰富度指数和AWCD值均无显著影响,也未明显改变真菌的群落结构。不同发病时期,YD324/W和FD6/W处理均显著提高了蚕豆根际土壤的蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性;而92-24/W处理蚕豆根际蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性与单作蚕豆均无显著差异。总之,小麦与不同品种蚕豆间作改变了蚕豆根际的真菌群落结构,提高了蚕豆根际真菌的活性、多样性和丰富度,提高土壤酶活性并改善蚕豆生长,增加了蚕豆产量。表明小麦与蚕豆间作改善了根际土壤的微生态环境,降低了镰刀菌的数量,缓解了蚕豆连作障碍,但蚕豆品种的差异影响间作控病效果。     

不同品种小麦与蚕豆间作对蚕豆枯萎病的防治及其机理

通过田间小区试验和水培试验,研究了3个品种小麦（云麦42、云麦47和绵阳29）与蚕豆间作对蚕豆地上部生物量、枯萎病发生、根际微生物代谢功能多样性和枯萎病病原菌尖孢镰刀菌数量的影响,分析了3个不同小麦品种低分子量根系分泌物组分（糖、氨基酸和有机酸）的差异.结果表明： 云麦42与蚕豆间作（YM42/B）和云麦47与蚕豆间作（YM47/B）使蚕豆地上部生物量分别增加16.6%和13.4%,使蚕豆枯萎病病情指数分别降低47.6%和23.3%,绵阳29与蚕豆间作（MY29/B）对蚕豆地上部生物量和枯萎病病情指数均无显著影响.与单作蚕豆相比,YM42/B和YM47/B处理均显著提高了蚕豆根际微生物的平均颜色变化率（AWCD)及对碳源的总利用强度和Biolog ECO板中各种碳源的利用,明显改变了蚕豆根际微生物群落结构,并显著降低了蚕豆根际的尖孢镰刀菌数量;MY29/B处理对AWCD值、碳源总利用强度和Biolog ECO板中各种碳源的利用及蚕豆根际尖孢镰刀菌数量均无显著影响,也未明显改变蚕豆根际的微生物群落结构.3个小麦品种根系分泌物中可溶性糖、游离氨基酸总量和有机酸总量均表现为MY29＞YM47＞YM42.MY29根系分泌物中丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸的含量均显著高于YM42和YM47;精氨酸为YM42、YM47所特有,而亮氨酸为MY29所特有.MY29和YM47根系分泌物中检出酒石酸、苹果酸、柠檬酸、琥珀酸、延胡索酸和顺乌头酸6种有机酸,而YM42根系分泌物中检出洒石酸、苹果酸、柠檬酸和延胡索酸4种有机酸,且MY29和YM47根系分泌物中苹果酸含量显著高于YM42.小麦与蚕豆间作提高了蚕豆根际微生物的活性和碳源利用强度,改变了根际微生物的群落结构,降低了蚕豆根际尖孢镰刀菌的数量,促进了蚕豆生长,抑制了蚕豆枯萎病的发生,但小麦与蚕豆间作控病效果受小麦品种的影响,表明间作系统中非寄主作物根系分泌物的差异是影响间作对土传病害控制的重要因素.     

间作紫云英下油菜根际土壤微生物群落功能特征

在我国西南紫色土地区,绿肥应用面临严峻问题.为探索绿肥新的应用途径,本文通过绿肥紫云英与油菜间作,探讨了紫云英对油菜根际土壤微生物功能特征的影响,其创新性在于将绿肥紫云英应用于西南旱地,并为建立新的可持续种植模式提供试验数据.结果表明:间作紫云英降低了油菜根际土壤微生物的碳源利用率,主要表现为降低了对糖类的利用强度;同时,间作紫云英使油菜根际土壤微生物群落的Shannon指数、Simpson指数和丰富度指数分别降低了5.9%、1.8%和19.9%,均匀度指数增加了1.4%.聚类分析和主成分分析表明,单作与间作之间的微生物群落功能特征存在明显差异,导致微生物群落功能差异的特征碳源为糖类、氨基酸类和羧酸类,其中D-葡糖胺酸和1-磷酸葡萄糖是间作紫云英下影响油菜根际微生物群落结构的特征碳源.表明间作紫云英降低了油菜根际土壤微生物群落的功能代谢活性,改变了油菜根际土壤微生物群落结构特征,从而降低了油菜根际微生物多样性.     

AM真菌控制蚕豆枯萎病发生的根际微生物效应

在温室盆栽条件下,研究了接种尖孢镰刀菌蚕豆专化型和丛枝菌根(AM)真菌(摩西球囊霉Gm、扭形球囊霉Gt、根内球囊霉Gi及幼套球囊霉Ge)对灭菌连作土壤中蚕豆幼苗生长、枯萎病发生、根际镰刀菌数量和微生物代谢功能多样性的影响.结果表明: 接种AM真菌能显著增加蚕豆幼苗地上部和地下部鲜质量;接种Gm、Gt、Gi和Ge真菌使蚕豆枯萎病病情指数分别显著降低94.0%、60.0%、64.0%和94.0%,使蚕豆根际镰刀菌数量分别显著降低98.6%、74.3%、77.8%和90.4%,以Gm和Ge真菌对蚕豆枯萎病的抑制效应最好.接种Gm、Gt和Ge显著提高了根际微生物对糖类(CH)、氨基酸类(AA)、羧酸类(CA)和酚酸类(PA)碳源的利用,使蚕豆根际微生物的AWCD值分别显著提高34.4%、31.5%和50.8%;而接种Gi对AA、CA、PA类碳源利用和AWCD值均无显著影响,使微生物对CH类碳源的利用显著降低59.3%.主成分和相关分析表明, 接种AM真菌明显改变了蚕豆根际微生物的群落结构.接种Gt真菌提高了蚕豆根际微生物对AA类碳源(β-甲基-D-葡萄糖苷、D-半乳糖酸-γ-内酯、D-甘露醇、N-乙酰基-D-葡萄糖胺、D-纤维二糖)和CA类碳源(D-半乳糖醛酸)的利用,而接种Gi真菌降低了微生物对以上碳源的利用;接种Gm和Ge真菌提高了根际微生物对L-精氨酸和4-羟基苯甲酸的利用.表明糖类和羧酸类是接种Gt真菌后蚕豆根际土壤微生物利用的主要碳源, 氨基酸和酚酸类是接种Gm和Ge后蚕豆根际土壤微生物利用的主要碳源.接种AM真菌显著提高了蚕豆根际微生物的活性,改变了微生物群落结构并抑制病原菌的增殖,是AM真菌减轻了蚕豆枯萎病的发生的重要原因.不同AM真菌减轻了蚕豆枯萎病的发生与其改变微生物的碳源利用密切相关.     

桑树-大豆间作对盐碱土碳代谢微生物多样性的影响

针对桑树-大豆间作可缓解盐碱土危害的特点,利用Biolog^TM技术研究了桑树-大豆间作对盐碱土作物根际碳代谢微生物多样性的影响.结果表明：表征土壤微生物代谢活性的平均颜色变化率(AWCD)在桑树-大豆间作下明显高于桑树单作和大豆单作,其中间作大豆的AWCD最高,单作桑树最低.桑树-大豆间作的土壤微生物均匀度指数高于单作,而土壤微生物的多样性指数和优势度指数在间作和单作之间差异不显著,说明桑树-大豆间作改变了盐碱土根际微生物群落结构组成,提高了根际微生物群落多样性.主成分分析表明,桑树-大豆间作和单作下土壤微生物的碳源利用模式出现分异,主要碳源为糖类、羧酸和聚合物类物质等.盐碱土pH和盐度是制约微生物群落多样性的主要因素,间作有效降低了土壤pH和盐度,促进了土壤微生物群落多样性的提高.     

不同生态条件下油松(Pinus tabulaeformis)菌根根际土壤微生物群落

利用BIOLOG代谢指纹方法分析了陕南商南和陕北安塞不同生态条件下油松菌根根际土壤微生物群落。结果表明,安塞油松和商南油松菌根根际微生物对糖类和氨基酸类碳源较易利用,商南油松菌根根际微生物总体上代谢碳源的种类和活性远大于安塞油松,而且对同类碳源的代谢商南油松的AWCD比安塞油松均高出2倍多。安塞油松菌根根际微生物以氨基酸类代谢群为优势类群,商南油松以糖类代谢群为优势类群。微生物群落多样性指数和微生物群落主成分分析（PCA）指标均表明商南油松和安塞油松菌根根际土壤微生物群落有明显不同,起分异作用的碳源主要为糖类,其次是羧酸类和氨基酸类。商南油松菌根根际土壤微生物群落AWCD极显著高于安塞油松（P<0.01）,细菌数量显著高于安塞油松（P<0.05）,Shannon指数和丰富度指数达极显著性差异（P<0.01）,商南油松和安塞油松菌根侵染率差异不显著,但菌根生物量差异达极显著水平（P<001）。相关性分析表明,菌根生物量与丰富度指数、AWCD呈极显著正相关,与Shannon指数呈显著正相关,但是与菌根侵染率相关性不显著。在商南温暖潮湿丘陵区油松菌根根际微生物活性、群落大小和多样性高于安塞油松,在安塞黄土高原干旱区微生物群落稳定性强于商南油松。     

不同生态条件下油松(Pinus tabulaeformis)菌根根际土壤微生物群落

利用BIOLOG代谢指纹方法分析了陕南商南和陕北安塞不同生态条件下油松菌根根际土壤微生物群落。结果表明,安塞油松和商南油松菌根根际微生物对糖类和氨基酸类碳源较易利用,商南油松菌根根际微生物总体上代谢碳源的种类和活性远大于安塞油松,而且对同类碳源的代谢商南油松的AWCD比安塞油松均高出2倍多。安塞油松菌根根际微生物以氨基酸类代谢群为优势类群,商南油松以糖类代谢群为优势类群。微生物群落多样性指数和微生物群落主成分分析（PCA）指标均表明商南油松和安塞油松菌根根际土壤微生物群落有明显不同,起分异作用的碳源主要为糖类,其次是羧酸类和氨基酸类。商南油松菌根根际土壤微生物群落AWCD极显著高于安塞油松（P〈0．01）,细菌数量显著高于安塞油松（P〈0．05）,Shannon指数和丰富度指数达极显著性差异（P〈0．01）,商南油松和安塞油松菌根侵染率差异不显著,但菌根生物量差异达极显著水平（P〈0．01）。相关性分析表明,菌根生物量与丰富度指数、AWCD呈极显著正相关,与Shannon指数呈显著正相关,但是与菌根侵染率相关性不显著。在商南温暖潮湿丘陵区油松菌根根际微生物活性、群落大小和多样性高于安塞油松,在安塞黄土高原干旱区微生物群落稳定性强于商南油松。     

间作甘蔗对玉米根际微生物功能多样性的影响

在云南省玉溪市元江县和德宏州陇川县甘蔗种植区分别设置甘蔗间作玉米和单作玉米田小区试验,采用Biolog-ECO板测定了不同气候条件下间作玉米与单作玉米根际微生物代谢功能多样性。结果表明:在陇川和元江试验区,间作玉米根际微生物的平均颜色变化率(AWCD)相对于单作玉米分别提高了28.50%和42.32%,Shannon指数和Simpson指数高于单作玉米田;从土壤微生物对碳源的利用率来看,两个试验区的间作玉米根际微生物对22种碳源的利用率高于单作玉米田,对2种碳源的利用率低于单作玉米田,两试验区间作与单作玉米根际微生物对碳源的利用率变化规律不尽一致的碳源有7种。由此表明,间作提高了玉米根际微生物对大部分碳源的利用率,并且在不同试验区有所差异。主成分分析表明,元江和陇川试验区间作玉米和单作玉米根际微生物群落结构明显不同。综上所述,在甘蔗玉米间作体系中,间作玉米根际微生物相对于单作玉米根际微生物群落多样性较高、根际微生物活性较强。该研究结果可为玉米甘蔗间作对土壤微生物活性影响研究提供理论基础。     

施氮对间作蚕豆根际微生物区系和枯萎病发生的影响

通过田间小区试验,研究了小麦、蚕豆间作条件下4个施氮水平(0,56.25,112.5kg.hm-2和168.75kg.hm-2)对蚕豆根际微生物区系和蚕豆枯萎病发生的影响。结果表明,单作和间作条件下,施氮显著增加了蚕豆根际的微生物数量,在N2(112.5kg.hm-2)水平下达到最高值;施氮对土壤微生物多样性无显著影响,但减轻了单、间作蚕豆枯萎病的发生,且在N2水平下发病最轻。与单作相比,间作显著增加了蚕豆根际的细菌、真菌、放线菌数量、微生物总数和微生物多样性,尤其在N0、N1(56.25kg.hm-2)和N2(112.5kg.hm-2)水平下间作对蚕豆根际微生物的促进效应明显,且以真菌和放线菌的增幅较大.N0、N1和N2水平下间作显著降低了蚕豆枯萎病的发病率和病情指数。小麦蚕豆间作下适量施氮能有效调节蚕豆根际微生物区系,是抑制蚕豆枯萎病发生的有效措施。     

小麦-蚕豆间作条件下氮肥施用量对根际微生物区系的影响

通过田间小区试验,研究了小麦/蚕豆间作条件下4种施氮水平(0、90、180和270 kg·hm^-2)对根际微生物区系和多样性的影响.结果表明：在整个生育期,微生物数量有一定的波动,但均以开花期数量最高.与单作相比,间作显著增加了小麦和蚕豆根际的细菌、真菌、放线菌数量和微生物总量,而显著降低了开花期和成熟期蚕豆根际的微生物多样性.在不施氮（N₀）和低氮（N₉₀）水平下,间作与单作在微生物数量上的差异较大.间作对土壤微生物数量的促进效应在分蘖期和开花期最大,成熟期显著降低.小麦根际的微生物数量随施氮量的增加先增加后降低,以常规施氮处理（N₁₈₀）的微生物数量最多,氮肥用量对单作小麦的影响大于间作小麦. 施氮量对蚕豆根际细菌、真菌、放线菌数量和微生物多样性无显著影响,但降低了间作蚕豆根际微生物总量.适量施用氮肥能有效调节根际微生物区系,间作系统地上部植物多样性与地下部微生物区系间存在紧密联系.     

Wheat and faba bean intercropping changes phenolic acids from roots to rhizosphere

The changed phenolic acids (PAs) allelochemicals exuded by the roots induced by interspecific interactions is related to intercropping alleviates soil-borne disease. However, the presence of PAs in roots and root exudations and their rhizodeposition under intercropping are still unclear. Hydroponic and soil experiments of wheat, faba bean, and wheat intercropped with faba bean were conducted, and the major compositions and contents of PAs in roots, root exudations, and rhizospheric soil were determined. The results showed that ρ-hydroxybenzoic, vanillic, and syringic acids were the major components of PAs in roots, root exudations, and rhizospheric soil in a wheat and faba bean intercropping system. The compositions and percentages of PAs in roots of faba bean were altered when faba bean intercropped with wheat. The total exudation rate of PAs in root exudations was decreased by 30%–60% under the wheat and faba bean intercropping (W//F) system as compared to mono-cropped faba bean (MF). ρ-hydroxybenzoic acid was identified in the root exudation of both MF and mono-cropped wheat (MW), but not detected in the intercropping on 60 days after transplanting. Vanillic acid was only detected in the root exudation of MF on 30 days after transplanting. The rhizodepostion of vanillic and cumaric acid were decreased at both branching and pod setting stages in W//F as compared to MF. In conclusion, interspecific interaction changed the compositions and contents of PAs in faba bean roots and root exudations. W//F constrained vanillic acid exuded by roots and decreased vanillic and coumaric acid rhizodeposition by faba bean, which provides insight into root-soil interactions in the intercropping systems.     

小麦/蚕豆间作作物生长曲线的模拟及种间互作分析

物种间的相互作用与间作产量优势的形成密切相关,但很少有人注意到种间互作动态.本研究通过2年田间定位试验,运用Logistic分析模拟了不同种植模式(小麦单作、蚕豆单作和小麦/蚕豆间作)和不同磷水平下[P₀,施磷量(P₂O₅)为0 kg·hm^-2(对照);P₁,施磷量(P₂O₅)为45 kg·hm^-2;P₂,施磷量(P₂O₅)为90 kg·hm^-2]单间作小麦、蚕豆的生长模型,分析了作物种间互作的动态变化.结果表明: 小麦/蚕豆间作使小麦产量提高了10.5%~18.6%,蚕豆产量却降低了4.8%~12.3%,但间作系统仍具有产量优势,土地当量比(LER)和相对拥挤系数(K)分别为1.01~1.15 和1.12~3.20.小麦和蚕豆的产量及关键生长参数均受磷水平调控,但LER和K并不受磷水平影响.与单作相比,间作小麦的最大生长速率(R_max)和最初生长速率(r)分别提高21.8%~38.7%和20.7%~38.9%,但间作对蚕豆的关键生长参数无影响.在小麦、蚕豆的生长初期,不同磷水平下,单间作作物的生长曲线无差异;间作群体以种间竞争为主,无间作生物量优势(LER<1,K<1).当蚕豆达到最大生长速率(T_max)后,间作显著提高了小麦的生长速率,降低了小麦的种内竞争压力,表现出间作生物量和产量优势(LER>1,K>1).总之,在不同的生长发育阶段,小麦、蚕豆的相互作用不同,间作提高了中后期小麦的生长速率,为间作优势的形成奠定了基础.     

小麦与蚕豆间作系统施氮对蚕豆赤斑病发生和冠层微气候的影响

通过田间小区试验,设N₀(0 kg·hm^-2)、N₁(45 kg·hm^-2)、N₂(90 kg·hm^-2)、N₃(135 kg·hm^-2)4个施氮水平,研究不同施氮水平下小麦与蚕豆间作对蚕豆赤斑病发生和冠层微气候的影响,探讨间作系统氮肥调控下冠层微气候变化及其与蚕豆赤斑病发生的关系.结果表明: 施氮提高了蚕豆单、间作种植模式下蚕豆赤斑病发病盛期的病情指数,增幅27.2%～58.0%,增加了病情进展曲线下面积(AUDPC),增幅15.0%～101.8%,N₃水平下赤斑病病情指数和AUDPC最高.施氮使蚕豆冠层温度降低0.2～1.1 ℃,冠层透光率降低1.7%～29.7%,冠层相对湿度增加0.5%～28.7%.与单作相比,间作蚕豆赤斑病病情指数显著降低36.3%～48.1%,AUDPC显著降低44.0%～53.6%,冠层温度和透光率分别提高2.1%～8.7%和12.0%～53.8%,相对湿度降低11.6%～31.6%.相关分析表明,冠层温度和透光率与赤斑病病情指数呈显著负相关,而湿度与病情指数呈显著正相关.表明高氮恶化了冠层微气候环境,加重了蚕豆赤斑病的发生和危害,而间作对蚕豆冠层微气候的改善是控制蚕豆赤斑病发展的重要原因.