铝离子影响烟草青枯病发生的机制研究

烟草青枯病作为一种由青枯雷尔氏菌引起的细菌性病害在我国南方酸性土壤地区大面积发生,因其难防难治的特点,对我国烟草生产造成了严重的损失。土壤酸化是影响青枯病发生的关键环境因子之一,而土壤微生物是影响青枯病发生的一个重要生态因素。当土壤pH低于5.0时,土壤铝离子会从土壤中的矿物质中溶解释放出来,抑制根部生长及其功能,从而对植物的生长产生影响。到目前为止,关于铝离子与植物互作的研究,多集中在铝离子对植物的毒害以及植物对铝离子的耐铝和解铝毒害机制研究,关于铝离子与植物土传病害的研究还少有报道。本文主要通过评价铝离子对青枯雷尔氏菌生长、烟草生长和土壤微生物群落组成的影响,并结合田间调节铝离子对烟草青枯病的控病效果研究,从而明确铝离子影响烟草青枯病发生的机制,以期为调节土壤酸碱度平衡、微生态平衡来防控烟草青枯病的发生提供理论支撑。1.明确了我国发病烟田土壤pH和交换性铝离子的分布情况以及土壤pH与交换性铝离子的关系采用电极法和氯化钾浸提-铝试剂比色法分别测定了全国烟草青枯病发病土壤的pH值和交换性铝离子的含量,并通过室内试验检测了外源添加铝离子对土壤pH的影响。结果表明,我国烟田青枯病发病土壤pH主要分布在4.5~5.5之间,交换性铝离子含量主要在154.43mg/kg~273.28 mg/kg之间;土壤pH与交换性铝离子呈线性负相关,拟合方程为y=-0.1412x+0.9326,R~2=0.7229;随着外源添加铝离子浓度的增加,土壤pH显著下降。说明烟田土壤pH与交换性铝离子存在相互影响的关系。2.测定了铝离子对青枯雷尔氏菌和烟草生长的影响分别在固体培养基和液体培养基里检测铝离子对青枯雷尔氏菌形态和生长速率的影响。结果表明,低铝离子浓度(小于400 mg/L)会显著降低青枯菌的菌落大小,从而延迟青枯菌的生长;高铝离子浓度(大于400 mg/L)会显著抑制甚至完全抑制青枯菌的生长。在水培条件下,300 mg/L铝离子处理,可造成烟草根尖坏死,600 mg/L铝离子处理可显著抑制烟草的生长;在土壤环境中,交换性铝离子浓度达到347.09 mg/kg可显著抑制烟草的生长。3.明确了铝离子对烟草根际土壤微生物代谢活性的影响利用BIOLOG ECO微平板法检测铝离子对土壤微生物代谢活性的影响,结果表明,高浓度的铝离子显著降低了土壤微生物的整体代谢活性,并显著降低了微生物对碳水化合物、羧酸类和聚合物类碳源的利用。4.分析了不同铝离子浓度对土壤微生物群落组成的影响在分析了铝离子对土壤微生物代谢活性的影响后,本试验利用16S rRNA和ITS高通量测序技术,分别检测了铝离子对土壤细菌和真菌群落组成的影响。研究结果发现,土壤中交换性铝离子浓度在142 mg/kg~269 mg/kg之间时,交换性铝离子与绿弯菌门(Chloroflexi)和Saccharibacteria显著正相关,与厚壁菌门(Firmicutes)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)和绿菌门(Chlorobi)显著负相关,与真菌接合菌门(Zygomycota)呈极显著的负相关关系。但交换性铝离子与劳尔氏菌属(Ralstonia)呈极显著的正相关关系;。5.明确了调节土壤铝离子对烟草青枯病的田间防控效果在明确了铝离子对青枯菌和烟草生长的影响后,本试验利用生石灰和牡蛎壳粉调节土壤中铝离子的含量,分析降低土壤铝离子对烟草青枯病的防控效果。结果表明,生石灰和牡蛎壳粉处理均能显著降低土壤中交换性铝离子的含量,但生石灰的持效性不如牡蛎壳粉;牡蛎壳粉处理可显著降低田间烟草青枯病的发病率,对烟草青枯病的最终防控效果达到了54.27%,显著高于生石灰处理的23.01%。6.分析了调节土壤铝离子对烟草根际土壤微生物群落组成的影响在明确了生石灰和牡蛎壳粉调节铝离子对烟草青枯病的防控效果后,利用16S rRNA测序技术分析了生石灰、牡蛎壳粉和对照处理的根际土壤细菌群落组成,结果表明,牡蛎壳粉处理显著提高了烟草根际土壤细菌的丰富度和多样性,但对青枯雷尔氏菌的相对丰度没有显著影响;利用LEfSe分析,牡蛎壳粉处理后,拟杆菌门(Bacteroidetes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)和Saccharibacteria成为优势类群,在属水平上,促进养分吸收的类群成为优势菌群。说明牡蛎壳粉降低土壤交换性铝离子可调节土壤健康状况从而增强烟株健康而达到防控青枯病的效果。综上所述,青枯雷尔氏菌对铝离子的耐受能力要强于烟草,因此,当土壤酸化造成交换性铝离子释放时,第一,土壤中的交换性铝离子对青枯雷尔氏菌的生长没有显著的影响,但可对烟草根系造成毒害损伤,从而为青枯菌的侵染提供了有利的条件;第二,土壤中的交换性铝离子可降低土壤微生物的代谢活性以及群落组成多样性,降低有益于烟草养分吸收的细菌类群,影响烟株健康。综合以上两方面因素,土壤酸化条件下铝离子的释放加重了烟草青枯病的发生。 ...