根际微生态调控白菜根肿病发生的机制研究进展

白菜根肿病是由芸薹根肿菌（Plasmodiophora brassicae Woron）引起的一种常见土传病害,主要危害白菜的根部。根际是土壤-植物-微生物相互作用最活跃的关键微域,根际微生态系统中的微生物失衡是导致土传病害的重要因素,深入探究根际微生态与土传病害互作机制,有利于从根际微生物、抑病物质和功能代谢等方面挖掘防控土传病害安全高效的方法。本文综述了根际微生态与白菜根肿病的发生机制关系,从该病害的危害、发生的根际微生态机制及生防菌防治研究等方面综合分析了根际微生物调控白菜根肿病发生的机制,以期为白菜根肿病防控、促进土壤健康和维持根际微生态系统稳定提供理论依据。     

十字花科作物根肿病对根际土壤微生物群落的影响

为探究根肿病对十字花科作物根际土壤微生物多样性的影响,以罹病大白菜和健康株根际土壤为研究对象,采用高通量测序技术对2组样本的细菌16S rDNA和真菌ITS基因进行序列测定,分析了样本间的微生物群落结构和组成差异,同时测定根际土壤理化性质,探讨根肿病、土壤微生物群落、土壤环境因子三者的相关性。研究表明:1)患病植株根际土壤pH和总磷、总钾、碱解氮、速效钾含量显著低于正常植株根际土,而交换性钙含量明显增加。2)根肿病的发生降低了根际土壤中细菌种群的丰富度和多样性程度,但对根际土壤中的真菌α-多样性无明显影响。3)变形菌门、拟杆菌门、放线菌门等是所测土壤样本的主要优势细菌种群,其中患病植株根际土壤中拟杆菌门丰度显著高于健康植株根际土壤,放线菌门丰度则显著降低(P0.05)。优势细菌纲为γ-变形菌纲、拟杆菌纲、α-变形菌纲、放线菌纲、酸杆菌纲等,2组土壤样本间多种优势细菌纲相对丰度差异显著。4)根际土壤优势真菌类群为子囊菌门、被孢霉门、担子菌门和壶菌门,其相对丰度在患病和健康株根际土壤样本中均有明显差异。主要真菌纲为散囊菌纲、被孢霉纲、锤舌菌纲等,并且土壤样本间的多种优势真菌纲相对丰度存在显著性差异。5)主坐标分析结果表明病株根际土壤与健康株根际土壤细菌和真菌群落结构差异明显,冗余分析结果显示速效钾和交换性钙是根际土壤微生物群落变化的主要影响因素。研究结果为揭示根肿病发生的根际微生态机制以及研发根肿病综合防控技术提供理论支撑。     

松花菜种质资源评价及根肿病、黑斑病兼抗材料筛选

松花菜是目前我国花椰菜消费的主要类型。根肿病和黑斑病是直接影响松花菜产量及品质的重要病害。选育商品性好、高抗多抗品种是松花菜的主要育种目标之一。本研究首次建立了松花菜种质资源花球性状评价体系,从花球紧实度、球形、球面光滑度、球面颜色、球面蕾粒大小、二级侧枝长度、花梗颜色、球面长毛情况8个方面对66份松花菜自交系进行评价,并对不同性状赋值以便统计、比较。利用上述体系共筛选出11份花球性状优良的材料。采用苗期人工接种技术分别对松花菜根肿病和黑斑病抗性进行鉴定评价,结果显示无免疫根肿病材料,有2份高抗材料,9份抗病,16份中抗;无免疫和高抗黑斑病材料,有4份抗病材料,10份中抗。另外,兼抗两种病害的材料较少,其中GY-40对两种病害均表现抗病,GY-21对根肿病表现抗病,对黑斑病表现中抗,GY-39对两种病害均表现中抗。值得一提的是,GY-40性状优良且同时对根肿病和黑斑病具有较高抗性,是选育商品性好、抗病性强松花菜品种的理想亲本。本研究结果为评价松花菜种质资源花球相关性状提供了参考,对于规范资源的收集、整理和保存具有重要意义,同时为开展抗根肿病和黑斑病松花菜品种选育提供了优异材料。     

青花菜及近缘种属种质资源抗根肿病鉴定

根肿病是十字花科蔬菜作物的主要病害之一,造成了蔬菜产业巨大经济损失。青花菜是一种重要的十字花科蔬菜,具有良好的防癌保健功效。近年来青花菜根肿病在我国浙江、云南等青花菜主产区发生日益严重,鉴定和筛选青花菜抗根肿病资源,从而培育抗病品种是防治该病最经济有效的方法。为挖掘和丰富可利用的根肿病抗源,本试验针对我国优势根肿菌小种—4号小种,利用苗期人工接种鉴定方法—伤根灌菌法对531份青花菜及其近缘种属材料进行了抗根肿病鉴定。结果显示,446份青花菜材料(其中高代自交系393份,杂交种53份)中缺乏高抗(HR)和抗病(R)材料,包括中抗(MR)材料5份,均为自交系,占供试种质的1.12%,感病(S)材料189份,占供试种质的42.38%,高感(HS)材料252份,占供试种质的56.50%。85份近缘种属材料(其中甘蓝9份,花椰菜32份,大白菜7份,芜菁4份,芥蓝12份,苤蓝8份,菜心8份,油菜2份,野生种2份,欧洲山芥1份)中,包括免疫(I)材料1份,高抗(HR)材料1份,抗病(R)材料5份,中抗(MR)材料2份,感病(S)材料39份,高感(HS)材料37份。总体上高抗青花菜材料缺乏,近缘种属材料中抗源材料比例略高,这些材料为青花菜及甘蓝类蔬菜抗根肿病病育种提供了抗性资源。     

来源于解淀粉芽胞杆菌的芸薹根肿菌抑菌活性物质的分离与鉴定

十字花科根肿病是由芸薹根肿菌引起的较为严重的世界性病害之一,至今还无有效控制该病害的生物农药。本研究通过盆栽实验,筛选到一株解淀粉芽胞杆菌HB_26,对根肿病原菌具有60%以上的抑制活性。通过高效液相质谱(LC_MS)对活性物质进行分离纯化,根据分子量和紫外吸收光谱初步鉴定活性物质为肽类,命名为BA30。抑真菌实验证明BA30在150μg·mL-1的浓度下,对小麦赤霉和灰霉病菌有70%的抑菌活性,对蚕豆锈病和水稻纹枯病菌有50%的抑菌活性,对番茄早疫病菌有30%的抑菌活性。     

根肿病对不结球白菜的生长及生理生化物质和活性氧代谢的影响

以不结球白菜主栽品种‘新夏青2号’和‘新矮青’为试验材料,采用人工气候箱内接种鉴定的方法,研究了感染根肿病对不结球白菜植株幼苗生长、生理生化物质及活性氧代谢的影响。结果显示:(1)与未感病植株(0级)相比,感染根肿病(3级)植株株高、柄长、叶面积及地上部鲜重和叶片中的叶绿素含量均显著降低,根冠比随着感病等级的增大而提高,使幼苗植株生长受到显著抑制,且‘新夏青2号’比‘新矮青’所受抑制程度更强。(2)感病后植株叶片的可溶性蛋白、可溶性糖、游离氨基酸以及叶片、根系中的脯氨酸等渗调物质的含量均比未感病植株显著降低,而叶片和根系中丙二醛(MDA)的含量显著升高,且除游离氨基酸以外‘新夏青2号’感病植株其他渗调物质的升降幅度均大于‘新矮青’。(3)感病植株叶片中硝酸根离子(NO3-)含量、硝酸还原酶(NR)活性和谷氨酰胺合成酶(GS)活性均比未感病(0级)植株降低,直接影响植株的氮素吸收利用能力。(4)植株感病后,叶片和根系中4种抗氧化酶(SOD、POD、CAT和APX)的活性均不同程度降低,且SOD、POD和CAT活性在根系中的降幅大于叶片,而‘新矮青’的感病3级植株根系和叶片中各酶活性的降幅均低于‘新夏青2号’(除叶片中CAT酶活性外)。研究表明,不结球白菜受到根肿病侵染后,各类生理生化物质含量和活性氧代谢均受到影响,膜脂过氧化程度加大,使不结球白菜的光合利用能力、吸收能力、渗透调节能力及抗氧化能力均受到抑制,最终影响植株的整个生长过程;品种‘新矮青’对根肿病的抗性高于‘新夏青2号’;可溶性蛋白、抗氧化酶活性和MDA可以作为不结球白菜早期筛选抗根肿病的生理指标。     

不结球白菜抗根肿病渐渗系的分子辅助选育

该研究基于与大白菜抗根肿病连锁的分子标记,设计特异引物,获得简便实用的SCAR标记,并用于分子标记辅助选择,创制不结球白菜抗根肿病新材料。结果发现,在设计的8对特异引物中,有1对特异引物在抗、感亲本间表现出多态性。F2群体验证发现,该标记与已有SSR标记及根肿病抗性共分离,能够用于抗根肿病鉴定,定名为CRb-R-25。通过亚种间杂交并回交,利用标记CRb-R-25辅助选择将大白菜根肿病抗性转入不结球白菜中,获得抗根肿病不结球白菜渐渗系材料TQ14-1-15。     

基于高通量测序分析大豆和油菜根际微生物群落结构的差异

根肿病是由芸薹根肿菌侵染引起的专性寄生性土传病害,严重制约着油菜等十字花科作物的可持续生产.前期研究发现,大豆作为前茬作物可以显著降低后茬油菜根肿病的发生和危害,"豆-油轮作"模式是一种值得探索和应用的根肿病防治新途径.为了解开大豆作为前茬防治根肿病发生的机理,本研究基于扩增子测序技术探究大豆与油菜根际土壤微生物的群落结构差异.结果表明:大豆和油菜根际土壤微生物类群在门水平的优势类群相同,包括变形菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、放线菌门、子囊菌门、接合菌门、担子菌门和壶菌门等丰度都较高.但相比于油菜根际土壤,大豆根际土壤富含具有生防作用和促进植物生长的微生物,如黄杆菌属、鞘脂单胞菌属、芽孢杆菌属、链霉菌属、假单胞菌属、木霉属和盾壳霉属等;而一些植物病原细菌(如肠杆菌、黄单胞菌)和真菌(炭疽菌和尾孢菌)含量则低于油菜根际土壤;另外,大豆根际土壤中还富含具有固氮功能的根瘤菌属、慢生根瘤菌属和丛枝菌根真菌(如球囊霉属).可见,大豆根际土壤利于有益微生物生长并可抑制病原菌繁殖.大豆和油菜根际微生物组差异为大豆-油菜轮作防治根肿病提供了理论依据,并为根肿病的防治提供了一些潜在的生物防治资源.     

施用Streptomyces alfalfae XY25T对根肿病土壤性质及微生物群落的影响

[背景]根肿病是一种世界性土传病害,鄂西高山不少田块大白菜发病率高达60%,严重制约了当地蔬菜产业的发展。[目的]揭示Streptomyces alfalfae XY25^T防治过程中土壤理化性质的变化规律及其对根际土壤微生物群落的影响。[方法]大白菜幼苗移栽至病区土壤盆栽中,处理组施用S.alfalfae XY25^T,并设置对照组。移栽后第7、14、21、28、35天采集土壤样本,测定根际土壤酶活力和土壤肥力;第35天提取土壤DNA,采用高通量测序技术,结合生物信息学分析,解析大白菜根际土壤细菌和真菌群落结构组成及多样性。[结果]施用S.alfalfae XY25^T提高了土壤pH值、有机质、碱解氮、速效钾和速效磷的含量,比例分别为10.0%、13.7%、12.0%、41.1%和8.71%;增加了蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活力,比例分别是333%、204%、36.1%和142%;提高了Ascomycota、Zygomycyota及Actinobacteria菌门的相对丰度,比例分别为54.1%、22.8%和10.7%;降低了Acidobacteria的相对丰度,比例是7.59%;提高了Penicillium、Mortierella、Mucor和Streptomyces等菌属的相对丰度,比例分别为25.5%、14.6%、8.20%和7.24%。[结论]施用S.alfalfae XY25^T改善了土壤理化性质,改变了根际土壤微生物群落结构和多样性。     

甘蓝种质资源根肿病抗性鉴定及CRa、Crr1a同源基因分析

利用来源于湖北长阳、陕西太白、河南新野3个地方的根肿病菌对22份不同甘蓝材料进行抗病性鉴定。采用同源比对的方法,对甘蓝基因组中的大白菜抗根肿病同源基因CRa和Crr1a进行分析;同时对不同抗、感根肿病甘蓝材料中的CRa和Crr1a同源基因序列进行了扩增、测序和比对分析。结果表明:供试22份甘蓝材料对3份根肿病菌存在较大的抗感差异,推测来源于3个地区的菌种可能不是同一个生理小种;筛选出的抗性品种BDH3、Chou hybride Tekila、SW-110、CGL-8、先正达品种、SW-109将来可用作根肿病抗源和抗性基因挖掘;在甘蓝7号染色体上存在3个预测基因为CRa的同源基因,分别是Bo7g107710、Bo7g107730和Bo7g107740,其中,Bo7g107730基因在抗病材料SW-110存在较大的序列变异,推测可能与根肿病抗性相关;在甘蓝3号染色体上存在1个预测基因Bo3g164040为Crr1a的同源基因,所分析的抗、感病材料中Bo3g164040基因序列一致性极高,没有发现与抗根肿病有关的位点,说明甘蓝中Bo3g164040基因可能没有根肿病抗性功能。