豆蔻酸和棕櫚酸誘導茄子根際拮抗菌與黃萎菌數(shù)量消長的關系

尹玉玲, 劉 圓, 湯泳萍, 周寶利

1 江西省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所, 南昌 330200 2 遼寧省鹽堿地利用研究所, 盤錦 124010 3 沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院, 沈陽 110161

豆蔻酸和棕櫚酸誘導茄子根際拮抗菌與黃萎菌數(shù)量消長的關系

尹玉玲1, 劉 圓2, 湯泳萍1, 周寶利3,*

1 江西省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所, 南昌 330200 2 遼寧省鹽堿地利用研究所, 盤錦 124010 3 沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院, 沈陽 110161

以氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC-MS)鑒定的嫁接茄與自根茄根系分泌物主要差異成分豆蔻酸和棕櫚酸，利用它們的模擬物質(zhì)研究了其對茄子根際土壤黃萎菌拮抗真菌與細菌數(shù)量和根際土壤黃萎菌數(shù)量的影響，明確了兩模擬成分對茄子根際拮抗真菌和拮抗細菌的誘導作用及對黃萎菌數(shù)量抑制效果。同時，進一步分析了茄子根際拮抗真菌與細菌數(shù)總和與根際土壤黃萎菌數(shù)量的相關性。結(jié)果表明豆蔻酸和棕櫚酸處理，茄子根際拮抗真菌和細菌數(shù)量均有所增加，在中高濃度下拮抗真菌和細菌數(shù)量增加顯著。兩物質(zhì)處理下拮抗真菌與細菌數(shù)量在開花期和結(jié)果期增加顯著。兩物質(zhì)對茄子根際黃萎菌數(shù)量的影響，整體來說，隨兩模擬組分濃度的增加土壤黃萎菌數(shù)量有所減少，各時期表現(xiàn)有所差異，在開花期兩物質(zhì)處理顯著減少了黃萎菌數(shù)量。相關性分析表明豆蔻酸和棕櫚酸處理下茄子根際拮抗真菌與細菌總量與根際黃萎菌數(shù)量呈顯著的負相關性。說明嫁接通過改變茄子根系分泌物成分與對茄子根際土壤黃萎菌拮抗菌的誘導有一定關系。

豆蔻酸; 棕櫚酸; 根系分泌物; 黃萎菌; 拮抗菌

茄子黃萎病是由大麗輪枝菌(Verticilliumdahliae)引起的土傳病害，該菌從根部侵染，通過維管束進入植株，植株感病后葉片發(fā)黃嚴重時干枯脫落，黃萎菌以微菌核的形式越冬，能夠在土壤中長期存活，防治難度大，是茄子重要病害之一。隨著蔬菜專業(yè)化生產(chǎn)和設施栽培的發(fā)展，茄子連作障礙加劇，黃萎病發(fā)生有越來越早的趨勢，而且病害加重，嚴重影響茄子的正常產(chǎn)量。嫁接作為克服茄子連作障礙的一種有效的技術措施，已經(jīng)在生產(chǎn)上廣泛應用，防治黃萎病效果達到90%以上[1]。關于嫁接抗病機理的報道有很多，嫁接后，茄子的生長勢明顯增強，植株高大、長勢旺盛，砧木對接穗產(chǎn)生一系列生理影響，茄子內(nèi)源激素水平增加，光合作用增強，且研究發(fā)現(xiàn)抗病砧木根部能夠抑制病菌的初侵染[2]。其抗病效果與抗氧化系統(tǒng)酶活性的變化也呈正相關[3]。

植物對土傳病害的抗性與根際微生物有密切關系[4]，利用植株上附生的或根際土壤中的拮抗細菌或其代謝產(chǎn)物調(diào)控根圍有害微生物的平衡以達到防病的目的，是土傳病害防治的重要途徑之一[5-7]。嫁接增加了茄子根際細菌菌群數(shù)量，降低了真菌菌群數(shù)量，改善了土壤微生物環(huán)境[8]。并且嫁接誘導了茄子根際黃萎菌拮抗菌株產(chǎn)生[9]。而植株是通過根系分泌物直接或間接地影響土壤微生物包括病原微生物的。嫁接改變茄子根系分泌物中氨基酸和酚酸種類和含量且對黃萎菌的有一定的化感抑制作用[10]。本課題組前期研究證明嫁接可以誘導茄子根際土壤產(chǎn)生拮抗菌，并發(fā)現(xiàn)嫁接可改變了茄子根系分泌物的生化組成，增加豆蔻酸和棕櫚酸等物質(zhì)[11]，嫁接茄根際土壤中化感物質(zhì)的變化與根系分泌物生化組成變化基本一致[12]。然而，嫁接茄子根系分泌物生化組成的改變是否是土壤拮抗菌產(chǎn)生的原因，還未見報道。本文選取兩種化感模擬物質(zhì)豆蔻酸和棕櫚酸，明確差異性根系分泌物組分對茄子根際土壤拮抗菌數(shù)量的影響，并研究化感物質(zhì)對茄子根際土壤中黃萎菌數(shù)量的影響，分析化感物質(zhì)誘導的拮抗菌數(shù)量與黃萎菌數(shù)量的相關性。旨在以根系分泌物化感作用為切入點，闡明嫁接誘導茄子根際拮抗菌產(chǎn)生的生物化學基礎，深入探討嫁接誘導茄子根系分泌物成分的改變趨化拮抗菌間接和直接抑制黃萎菌滋生這一嫁接抗病機理。

1 材料與方法

茄子品種為西安綠茄，用于溫室盆栽試驗；供試品種均由沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院提供。模擬在GC-MS中鑒定出的茄子根系分泌物替代成分豆蔻酸(十四酸商品名)和棕櫚酸(十六酸商品名)均購自上?；瘜W試劑公司。

1.1 試驗設計

2011年2月12日播西安綠茄，當長至3—4片真葉時定植于直徑為20 cm的花盆中，栽培基質(zhì)為草炭∶土∶糞=1∶1∶1，土為蔬菜溫室連作土壤，每盆1株。根據(jù)本課題組對化感物質(zhì)濃度研究經(jīng)驗和前期室內(nèi)測定兩種化感物質(zhì)對黃萎菌孢子萌發(fā)和菌絲生長影響的結(jié)果，設定5個濃度，即豆蔻酸為0、0.05、0.5、1、2 mmol/kg；棕櫚酸為0、0.05、0.5、1、5 mmol/kg，按濃度與栽培基質(zhì)混勻，每盆裝1.5 kg基質(zhì)。以不添加處理即0 mmol/kg為對照。每個處理15次重復；隨機排列，培養(yǎng)15 d后開始分3個時期取樣，每次隨機選取3盆混合取樣。分別為現(xiàn)蕾期、開花期和結(jié)果期。進行根際土壤黃萎菌和拮抗菌數(shù)量測定。

1.2 茄子根際土壤黃萎菌數(shù)量測定

取植株根際土，風干7d后，4 ℃冰箱內(nèi)保存待測黃萎菌菌核數(shù)。采用水篩法分離土壤黃萎菌：稱取5 g土樣溶于裝有200 mL水的三角瓶中，靜置20 min后，充分搖動5 min，并在自來水下用200—38 μm篩網(wǎng)過篩土樣液，并將留在38 μm 篩網(wǎng)上的土壤殘留物全部轉(zhuǎn)移到小三角瓶中，用蒸餾水定容為40 mL。接5 皿，每皿用液移槍分別移取2 mL展布于培養(yǎng)基表面(每皿相對接種量為0.25 g)，置超凈工作臺上自然風干，在25 ℃下培養(yǎng)3 周，取出培養(yǎng)皿后，在自來水下用毛刷輕輕刷掉培養(yǎng)基表面的土粒，借助光源在雙目解剖鏡下，統(tǒng)計培養(yǎng)基上黃萎菌微菌核萌發(fā)形成的菌落數(shù)。

1.3 土壤中拮抗菌數(shù)量測定

將真菌和細菌分離培養(yǎng)基中加入孢子濃度為107的黃萎菌的發(fā)酵液，采用土壤稀釋法分離真菌、細菌，每次各處理分離2種微生物拮抗菌，各濃度處理均分離3皿(3次重復)。25 ℃溫箱內(nèi)培養(yǎng)，3d后計數(shù)黃萎菌拮抗菌數(shù)量并匯總。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel和DPS統(tǒng)計軟件Duncan法進行數(shù)據(jù)差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 豆蔻酸和棕櫚酸對根際拮抗菌的誘導作用

2.1.1 豆蔻酸對根際拮抗菌的誘導作用

圖1 豆蔻酸對茄子根際拮抗菌數(shù)量消長的影響Fig.1 Effect of myristic acid on the amount of antagonistic microbes in the rhizosphere of the eggplantsCFU: 菌落形成單位Colony-forming units; 字母完全不同表示差異顯著(P<0.05)

豆蔻酸處理增加了茄子根際土壤黃萎菌拮抗真菌和細菌的數(shù)量，對拮抗真菌的增加幅度要高于拮抗細菌，各時期均以中高濃度最為顯著(圖1)。現(xiàn)蕾期，拮抗真菌數(shù)量隨豆蔻酸濃度增加表現(xiàn)先增加后降低；開花期，豆蔻酸對拮抗真菌表現(xiàn)出了顯著的誘導效果，0.5和1 mmol/kg 最為顯著；結(jié)果期，高濃度處理較為顯著地誘導了拮抗真菌數(shù)量。而對于拮抗細菌數(shù)量在現(xiàn)蕾期和開花期受豆蔻酸誘導增加的幅度較大?，F(xiàn)蕾期，拮抗細菌數(shù)量0.05 mmol/kg處理與0 mmol/kg相差不多，其它濃度處理則顯著增加；開花期，拮抗菌數(shù)量隨豆蔻酸濃度表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢；結(jié)果期在高濃度2 mmol/kg處理下，拮抗細菌數(shù)量顯著高于其他濃度處理。

2.1.2 棕櫚酸對根際拮抗菌的誘導作用

棕櫚酸處理均增加了茄子根際土壤黃萎菌拮抗真菌和細菌數(shù)量(圖2)。隨著時期的增加，各濃度處理均增加了茄子根際黃萎菌拮抗真菌數(shù)量；現(xiàn)蕾期在棕櫚酸1 mmol/kg處理處拮抗真菌數(shù)量最多；開花期，拮抗真菌數(shù)量波動較大，總體上在高濃度處理，棕櫚酸顯著增加拮抗真菌數(shù)量；結(jié)果期，在濃度0.05 mmol/kg處理下，棕櫚酸增加拮抗真菌數(shù)量最多，之后隨濃度增加略有下降。而對于拮抗細菌數(shù)量，現(xiàn)蕾期，隨棕櫚酸濃度增加表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢；開花期，表現(xiàn)出隨濃度增加先增加后降低的趨勢，在棕櫚酸0.5 mmol/kg處理，達最大值；結(jié)果期，各濃度，除了1 mmol/kg處理外，其它濃度處理均顯著增加了拮抗細菌數(shù)量。

圖2 棕櫚酸對茄子根際拮抗菌數(shù)量消長的影響Fig.2 Effect of palmitic acid on the amount of antagonistic microbes in the rhizosphere of the eggplants

2.2 豆蔻酸和棕櫚酸對茄子根際黃萎菌數(shù)量的影響

豆蔻酸和棕櫚酸處理均降低了茄子根際黃萎菌數(shù)量，兩者相比，豆蔻酸處理下，茄子根際土壤黃萎菌數(shù)量下降較多。豆蔻酸處理，開花期表現(xiàn)出較強的降解黃萎菌效果。3個時期均表現(xiàn)出高濃度處理降解效果明顯的特點(圖3)。棕櫚酸處理減少了茄子根際黃萎菌的數(shù)量。隨著生育時期，黃萎菌數(shù)量均表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，現(xiàn)蕾期，各濃度處理均降低了黃萎菌數(shù)量，但處理間相差不多；開花期，棕櫚酸處理顯著降低了茄子根際黃萎菌數(shù)量，黃萎菌數(shù)量表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。高濃度下黃萎菌數(shù)量下降最多。結(jié)果期，黃萎菌數(shù)量隨棕櫚酸濃度的增加呈現(xiàn)梯度降低的現(xiàn)象，高濃度效果顯著(圖4)。

圖3 豆蔻酸對茄子根際土壤黃萎菌數(shù)量的影響Fig.3 Effect of myristic acid on the amount of V. dahliae in the rhizosphere of the eggplants

圖4 棕櫚酸對茄子根際土壤黃萎菌數(shù)量的影響Fig.4 Effect of palmitic acid on the amount of V. dahliae in the rhizosphere of the eggplants

2.3 根際拮抗真菌與細菌總量與黃萎菌數(shù)量的相關性

豆蔻酸和棕櫚酸處理下，茄子根際拮抗菌總數(shù)與根際黃萎菌數(shù)量均呈負相關(表1)，兩模擬物質(zhì)處理相比，豆蔻酸處理的茄子根際拮抗菌與黃萎菌數(shù)量負相關在現(xiàn)蕾期和結(jié)果期均高于棕櫚酸處理。茄子發(fā)育的不同時期，其根際拮抗菌與黃萎菌數(shù)量的負相關性有所波動，豆蔻酸處理下，兩者負相關關系數(shù)逐漸降低，現(xiàn)蕾期負相關系數(shù)達到顯著水平，為-0.815。而棕櫚酸處理下，則表現(xiàn)出了先增高后減低的趨勢，且開花期，拮抗菌總量與黃萎菌數(shù)量相關系數(shù)呈極顯著的負相關，達到-0.9643，決定系數(shù)達到0.93。

表1 豆蔻酸和棕櫚酸處理下茄子根際拮抗真菌和細菌總量與黃萎菌數(shù)量的相關分析

3 討論

根系作為連接植物與土壤的紐帶，通過根系分泌物向根際環(huán)境釋放各種有機和無機化合物，因此根系分泌物改變植物的根際微環(huán)境[13]。目前，已發(fā)現(xiàn)的根分泌物包括糖、有機酸、氨基酸等初生代謝產(chǎn)物以及酮、酚、胺、萜類、有機酸等次生代謝物和一些不知名的代謝物。這些物質(zhì)可以影響土壤透氣性、濕度、酸堿度、土壤顆粒大小等土壤理化性質(zhì)、養(yǎng)分有效性及根際微生物的種類和數(shù)量[14-15]。同時，根系分泌物也能夠誘導土壤有益微生物菌群而有助于植物的生長發(fā)育[16]。特殊的酚類化合物可以作為信號物質(zhì)吸引有益微生物、固氮菌如根瘤菌和菌根真菌在根際的定殖[17]。根際假單胞熒光桿菌屬能夠克服燕麥全蝕病菌對寄主的侵染[18-19]。番茄根系分泌中的蘋果酸、檸檬酸和琥珀酸等增加了有益芽孢桿菌在根系定殖的數(shù)量[20], 可以控制植株枯萎病發(fā)生。根系分泌物中的醌類物質(zhì)可以使得土壤中菌根真菌定殖[21]。模擬組分試驗表明嫁接茄根系分泌物模擬物質(zhì)對茄子根際黃萎菌拮抗菌的誘導作用也很明顯，但也因處理濃度不同有一定差異，總體看，豆蔻酸高濃度處理對拮抗菌影響較大，棕櫚酸在低濃度處理時表現(xiàn)出對拮抗菌的誘導。這也說明嫁接誘導茄子根際黃萎菌拮抗菌的產(chǎn)生是通過改變茄子根系分泌物組成引起的。而土壤中拮抗微生物是防治土傳病害重要組成部分。

大量研究發(fā)現(xiàn)，根系分泌物中的氨基酸、多糖、脂類等成分能夠為土傳病原菌生存提供必要的碳源和氮源，對病原菌的繁殖或孢子萌發(fā)有明顯促進作用，有助于病害的發(fā)生及為害程度的加重[22-23 ]。另外，少數(shù)根系分泌物對土傳病原菌繁殖或孢子萌發(fā)有明顯的抑制作用[24]，如養(yǎng)麥根系分泌物可顯著抑Nd, 麥全蝕病，水葫蘆根系分泌物可抑制金色葡萄球菌生長[25-26]。有研究表明根系分泌物中的脂肪酸可以被病原物內(nèi)吞入胞質(zhì)中，從而造成細胞質(zhì)紊亂，細胞膜瓦解，蛋白質(zhì)合成受阻等一系列效應[27]。嫁接茄根系分泌物對黃萎菌的抑制作用要顯著高于自根茄根系分泌物，且分離的根系分泌物差異物質(zhì)對黃萎菌孢子萌發(fā)和菌絲生長均具有較強抑制作用[12]。本試驗發(fā)現(xiàn)兩化感物質(zhì)對茄子根際土壤黃萎菌數(shù)量也有一定的影響，豆蔻酸和棕櫚酸對茄子土壤黃萎菌數(shù)量的影響表現(xiàn)出隨處理濃度增加而增加的趨勢。說明嫁接改變茄子根系分泌物成分而一定程度抑制了茄子根際土壤黃萎菌的增殖。而土壤拮抗菌增強了茄子的抗病性，說明嫁接改變根系分泌物成分豆蔻酸和棕櫚酸誘導拮抗菌產(chǎn)生，限制了土壤黃萎菌數(shù)量的增殖，從而降低茄子的發(fā)病率。

有研究發(fā)現(xiàn)黃瓜病原菌與拮抗菌間呈密切正相關關系[28]，其原因可能是由于植物根系在生長過程中，由于各種原因以多種方式向根際土壤釋放有機物和無機物，這些物質(zhì)將是根際微生物賴以生存的食物，病原菌與拮抗菌對食物的競爭具有同步性，從而產(chǎn)生正相關的生態(tài)效應。而又有研究證明，種植土壤中存在潛在的病原微生物，根系分泌物作為營養(yǎng)來源吸引大量有益或中立微生物到根際范圍，作為強大的養(yǎng)分競爭者制止了病原菌在根際的存在[29]。本研究發(fā)現(xiàn)模擬物質(zhì)處理的茄子根際拮抗菌數(shù)量與病原菌數(shù)量呈負相關，可能是這個原因，即根際有益微生物菌群競爭能力強，占據(jù)根部的定殖位點，使得黃萎病菌不能夠在茄子根際生存。

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Population fluctuations of antagonistic microbes andVerticilliumdahliaeinfluenced by myristic and palmitic acids in root exudates present in eggplant rhizospheres

YIN Yuling1, LIU Yuan2, TANG Yongping1, ZHOU Baoli3,*

1InstituteofVegetableandFlower,JiangxiAcademyofAgriculturalSciences,Nanchang330200,China2LiaoningSalineorAlkalineLandUtilizationandResearchInstitute,Panjin124010,China3CollegeofHorticulture,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang110161,China

Microorganisms with antagonist effects against the fungusVerticilliumdahliaeexist in the rhizospheres of grafted eggplants. Gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) identifies both myristic acid and palmitic acid in the root exudates of grafted eggplants, which are absent in self-rooted controls; however, it is unknown whether these compounds affect microbes that are antagonistic towardsV.dahliae. This study examined the allelopathic effects of myristic and palmitic acids on beneficial microbes and pathogens. We investigated the numbers of antagonistic fungi and bacteria and the numbers of microsclerotia ofV.dahliaein rhizospheres of eggplants treated with myristic or palmitic acid. In addition, we examined the relationship between the antagonistic microbes and theV.dahliaein rhizospheres. Both myristic acid and palmitic acid were found to significantly increase colony-forming units (CFUs) of antagonistic fungi and bacteria, in a dose-dependent manner. However, these effects varied with stage. At lower concentrations of myristic acid, antagonistic microbes varied significantly at florescence. The effect of palmitic acid treatment was greatest at the fruiting stage. Moreover, increased concentrations of either compound correlated with a reduction ofV.dahliaein the rhizosphere; again, the effects varied with stage. For example, the anti-fungal effect of myristic acid was most marked at florescence. In contrast, a low concentration of palmitic acid led to an increase inV.dahliaeat florescence, but this effect was reversed at high concentrations. Moreover, a negative correlation was found between numbers of antagonistic microbes andV.dahliaein the rhizosphere. In the myristic acid treatment, the correlation coefficient was -0.8215 at the flower budding stage. Both the correlation coefficient and the determinative coefficient decreased concomitantly with eggplant growth stage. In the palmitic acid treatment, both coefficients displayed a parabolic trend:antagonistic microbe numbers increased concomitantly with a decrease inV.dahliae. The largest negative correlation occurred at florescence. This phenomenon may be due to stronger competitive effects of beneficial microorganisms. They first occupy colonization loci on the root to pathogenic bacteria nonviable in the rhizosphere. Therefore, it is likely that grafting alters the makeup of eggplant root exudates, which influence rhizosphere microbes and, in turn, affect the development ofV.dahliae.

myristic acid; palmitic acid; root exudate;Verticilliumdahliae; antagonistic microbe

國家自然科學基金項目(31171950); 國家自然科學基金項目(31460514); 江西省青年科學基金項目(20142BAB214015); 江西省農(nóng)業(yè)科學院創(chuàng)新基金博士啟動項目(2013CBS003)

2014-03-28; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡出版日期:

日期:2014-12-18

10.5846/stxb201403280586

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zblaaa@163.com

尹玉玲, 劉圓, 湯泳萍, 周寶利.豆蔻酸和棕櫚酸誘導茄子根際拮抗菌與黃萎菌數(shù)量消長的關系.生態(tài)學報,2015,35(20):6728-6733.

Yin Y L, Liu Y, Tang Y P, Zhou B L.Population fluctuations of antagonistic microbes andVerticilliumdahliaeinfluenced by myristic and palmitic acids in root exudates present in eggplant rhizospheres.Acta Ecologica Sinica,2015,35(20):6728-6733.