烟草根系分泌物酚酸类物质的鉴定及其对根际微生物的影响

【目的】烟草连作已导致土传病害发生、烟株生长受抑制、产量下降和品质恶化等问题。烟株对自身及土壤微生物产生的化感作用,是烟草产生连作障碍的一个重要原因,其中化感物质中的根系分泌物是烟株与土壤微生物间相互作用的重要物质,探索烟草根系分泌物对根际微生物生长的影响是生物防控烟草青枯病的理论依据。【方法】本文利用超高效液相色谱串联四级杆飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF/MS)技术,分离、鉴定烟草根系分泌物中主要酚酸类物质的种类和含量;通过添加外源酚酸类物质,研究在液体培养基中烟草根系分泌物中的主要酚酸类物质对病原菌及拮抗菌的影响,并在土壤中添加鉴定出的主要酚酸类物质;通过土壤培育试验,研究其对土壤微生物多样性和数量变化,特别是对烟草青枯病菌及其拮抗菌生长的影响。【结果】1)烟草根系分泌物粗提物对病原菌(茄科劳尔氏菌)生长的促进率为16.8%,对拮抗菌(短短芽孢杆菌)的生长抑制率达到29.4%;2)UPLC-Q-TOF/MS检测根系分泌物中主要酚酸类物质为苯甲酸和3-苯丙酸,含量分别为0.25μg/g干根重和1.15μg/g干根重;3)液体培养外源添加低浓度的苯甲酸(≤2μg/L)和3-苯丙酸(≤3μg/L)促进病原菌和拮抗菌的生长;4μg/L的苯甲酸对病原菌生长抑制作用不显著,对拮抗菌生长的抑制率达到90.2%,6μg/L的3-苯丙酸对病原菌的生长具有促进作用,对拮抗菌的生长抑制率达到81.1%,外源高浓度苯甲酸(≥4μg/L)和3-苯丙酸(≥7μg/L)抑制病原菌与拮抗菌的成长;4)土壤中添加3μg/kg土的苯甲酸时,土壤中病原菌的数量增加12.3%,而拮抗菌的数量减少21.0%,土壤细菌、放线菌和真菌的数量分别降低37.5%,41.9%和55.6%;3-苯丙酸浓度达到8μg/kg土时,拮抗菌生长量减少14.5%,对病原菌没有显著影响,土壤细菌、放线菌和真菌的数量分别降低69.9%,57.2%和80.7%;5)土壤添加4μg/kg的苯甲酸和7μg/kg的3-苯丙酸后,土壤微生物Shannon指数、Simpson指数、Mc Intosh指数显著下降,分别仅为对照的57.7%、94.1%、88.1%和97.6%73.3%、80.0%。【结论】烟草根系分泌物粗提物促进病原菌生长抑制拮抗菌生长,根系分泌物中酚酸类物质主要为苯甲酸和3-苯丙酸,液体培养中4μg/L的苯甲酸或6μg/L的3-苯丙酸浓度是对病原菌生长抑制不明显但显著抑制拮抗菌生长的分界点,土壤外源添加3μg/kg的苯甲酸或8μg/kg的3-苯丙酸时,是土壤增加病原菌减少拮抗菌数量的分界点,同时土壤微生物功能多样性显著下降,病原菌对根系分泌物中苯甲酸和3-苯丙酸的利用优于拮抗菌,这也是烟草长期连作引起青枯病暴发流行的机理之一。