基本信息
- 项目名称：
- 阿魏酸与镰刀菌互作对地黄连作障碍的影响
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 药用植物的连作障碍问题已经成为我国中药现代化的一个制约因素。本实验以存在严重连作障碍的地黄为材料，评价地黄须根的自毒作用并对自毒物质进行鉴定，进行了土壤病原真菌的分离鉴定以及在自毒物质诱导下的病原真菌对地黄连作障碍的影响，对地黄连作障碍的形成机理有一定参考价值。
- 详细介绍：
- 怀地黄是我国著名 “四大怀药”之一，但是其药用植物——玄参科多年生草本植物地(Rehmannia glutinosa Libosch.)却存在非常严重的连作障碍，同一地块上种植一茬地黄后须经8-10年方可再种。本研究针对当前连作障碍的研究特点和前期实验结果，选择自毒作用较强的阿魏酸作为研究材料，并从地黄连作土壤和发病植株中分离地黄病原真菌，进行阿魏酸在不同连作土壤中的定量分析，并进行阿魏酸与镰刀菌之间互作的初步研究。不同产区地黄的连作土壤均能抑制地黄幼苗生长；地黄连作造成根际土壤细菌数量减少，土壤真菌和放线菌数量增多，使得地黄土壤微生物类型由“细菌型”逐步向“真菌型”过渡；土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶的活性随着种植年限的增加而下降，土壤多酚氧化酶、纤维素酶和蛋白酶的活性随着种植年限的增加而增加，但土壤磷酸酶活性却随着种植年限在增加在不同产区土壤中呈现相反的变化趋势。室内自毒作用潜力评价表明，相同浓度处理下的地黄须根提取物、地黄茬后土壤提取物、地黄根系分泌物均能抑制地黄生长，表现出自毒作用，且地黄须根提取物具有更强的化感抑制作用； 95%乙醇进行地黄须根自毒物质浸提，经硅胶柱色谱分离，进行活性追踪实验确定部位III为抑制活性最高的分离部位，硅烷化衍生化后进行气质联用分析得到32个化学物质；通过文献检阅后选择9个单体物质对地黄幼苗进行生物测试，结果表明所选的9个单体物质能较大程度上抑制地黄生长。进一步应用HPLC对7种酚酸在正茬土壤样品，重茬土壤样品，根系分泌物和须根提取物的定量结果也表明，鉴定的化合物既存在于土壤样品中也存在于根系分泌物中，但是不同样品中7种酚酸类物质的含量不同。通过PDA平板法从连作土壤中分离到26株镰刀菌，采用回接发病实验发现有3株菌株编号为CCS038、CCS043、CCS044回接地黄引起地黄发病初步认为此三株菌株为地黄专化型镰刀菌菌株。外源添加阿魏酸的诱导实验发现，阿魏酸在不同程度上促进大多数镰刀菌生长，促进镰刀菌孢子萌发，并外源添加阿魏酸于镰刀菌发酵液中进行了差异蛋白质组学分析。外源添加阿魏酸和菌株发酵液处理地黄幼苗发现，阿魏酸不仅能直接抑制地黄株高生长，降低叶部叶绿素含量和根系活力，还引起地黄体内膜脂过氧化物含量的增加，影响保护酶系统。阿魏酸还促进镰刀菌生长，两者互作进而加剧地黄连作障碍。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 撰写目的：地黄自毒物质和镰刀菌互作互作对连作障碍的影响，有助于明确地黄连作障碍的成因，为连作障碍的控制技术研究提供借鉴。基本思路：发病植株和土壤中出病原真菌，进行显微观察和分子鉴定；回接发病对地黄专化型菌株筛选；评价地黄须根、根系分泌物和地黄茬后土壤的自毒潜力，分离自毒物质；筛选单体自毒物质对病原真菌的诱导效应研究；自毒物质和病原真菌互作后对地黄的影响。
科学性、先进性及独特之处
- 本研究是在长期研究植物化感作用和地黄连作障碍的基础上，将造成地黄连作障碍的自毒作用和土传病害相结合，探讨地黄连作障碍问题。并初步探讨自毒物质对病原真菌的诱导作用，为深入揭示自毒物质在地黄连作障碍中的功能地位具有一定意义。目前对地黄自毒物质的研究大多集中于地黄根系分泌物对地黄连作障碍的影响，忽视了地黄残茬降解物对重茬地黄的影响，特别是残茬降解物在土壤中累积对土壤微生物的影响。
应用价值和现实意义
- 本研究针对当前连作障碍的研究特点和前期实验结果，对目前尚未受到重视的地黄须根和残茬降解物物自毒物质分离材料，并从发病植株和连作土壤中分离到地黄专化型镰刀菌，同时选择自毒作用较强的阿魏酸作为研究材料进行阿魏酸在不同连作土壤中的定量分析。本研究还初步探讨自毒物质对病原真菌的诱导作用，为深入揭示自毒物质在地黄连作障碍中的功能地位具有一定借鉴意义。
学术论文摘要
- 怀地黄是我国著名 “四大怀药”之一，但是其却存在非常严重的连作障碍。本研究对自毒物质逐级分离和真菌分离进行筛选。实验结果如下：地黄连作造成根际土壤细菌数量减少，土壤真菌和放线菌数量增多，使得地黄土壤微生物类型由“细菌型”向“真菌型”过渡。95%乙醇进行地黄须根自毒物质浸提，经硅胶柱色谱分离，进行活性追踪实验确定部位III为抑制率最高部位，硅烷化衍生化后进行气质联用分析得32个化学物质；选择9个单体物质对地黄幼苗进行生物测试，得所选的9个单体物质能较大程度上抑制地黄生长。应用HPLC对7种酚酸在正茬土壤样品，重茬土壤样品，根系分泌物和须根提取物的定量结果也表明，鉴定的化合物既存在于土壤样品中也存在于根系分泌物中，但是不同样品中7种酚酸类物质的含量不同。通过PDA平板法从连作土壤中分离到26株镰刀菌，采用回接发病实验发现有3株菌株编号为CCS038、CCS043、CCS044回接地黄引起地黄发病。阿魏酸不仅能直接抑制地黄株高生长，降低叶部叶绿素含量和根系活力，还引起地黄体内膜脂过氧化物含量的增加，影响保护酶系统。阿魏酸还促进镰刀菌生长，两者互作进而加剧地黄连作障碍。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 通过
参考文献
- [1] He CN, Gao WW, Yang JX, Bi W, Zhang S, Zhao YJ (2009) Identification of autotoxic compounds from fibrous roots of Panax quinquefolium L. Plant Soil 318:63–72 doi: 10.1007/s11104-008-9817-8 [2] Perry LG, Thelen GC, Ridenour WM, Weir TL, Callaway RM, Paschke MW, Vivanco JM (2005) Dual role for an allelochemical: (+/−)-catechin fromCentaurea maculosa root exudates regulates conspecific seedling establishment. J Ecol 93:1126–1135 [3] 王明道 ,吴宗伟 ,原增艳等.外源阿魏酸对水培地黄生长的影响. 河南农业大学学报，2009，43（1）：25-29. [4] 何江华，付香斌，马东明，等. 地黄块根膨大过程中土壤化感物质含量及微生物数量变化研究. 河南科学，2008，26（11）：1369-1372. [5] 王玉萍，赵杨景，邵迪,等. 西洋参根系分泌物的初步研究. 中国中药杂志，2005，30（3）：229-231. [6] 陈慧，郝慧荣，熊君,等. 地黄连作对根际微生物区系及土壤酶活性的影响. 应用生态学报，2007，18（12）：2755-2759.
同类课题研究水平概述
- 国内外关于化感自毒作用的研究多集中在水稻、大豆、黄瓜等作物，而地黄的化感自毒作用与根际微生态环境研究较少。试验表明，引起连作障碍的化感物质众多，酚酸类物质是目前研究最多、活性较强的一类化感物质；酚酸类物质影响植物的膜系统、光合作用、酶活性、土壤微生物活性以及内源激素，对植物生长产生抑制作用，研究者均把酚酸类物质作为化感自毒作用研究的重点，已成为公认的化感物质，其中香草酸、对羟基苯甲酸、丁香酸、香豆酸和阿魏酸是文献中经常报道的几种一元酚酸类化感物质。目前对地黄自毒物质的分析主要从土壤和根系分泌物中进行自毒物质的分离，须根的降解物对下茬地黄和土壤微生物的影响还未被人重视。解红娥等（2007）研究认为随着地黄连年人工栽培，土壤真菌病害越来越严重，轻者感病率为20％～30％，重者感病率达50％以上，个别地块甚至绝收，成为地黄种植生产的重要威胁。并对山西省主要地黄种植区域的土样进行病原菌分离和形态特征、培养特征的结果鉴定，得到9个属的10种有害菌株。吴宗伟等（2009）也检测了重茬地黄土壤中阿魏酸、香草酸、香草醛和对羟基苯甲酸等4种酚酸物质的积累量，并通过水培条件下添加酚酸，发现阿魏酸、香草酸和香草醛含量在地黄生长期表现为持续增加,而对羟基苯甲酸含量先升高后降低；外加阿魏酸、香草酸等对水培地黄根长、根质量、全株鲜质量和株高有较强的抑制作用。 Sturz和Christie(2003)以及Sturz(2006)研究认为，植物根系分泌物影响了根际土壤微生物的生长，促进根际有益菌生长则对植物有益;如果促进有害菌特别是病原菌生长则对植物有害，也就是连作土传病害现象。作物连作后，土壤中的有益微生物减少，有害微生物增加(成田保三郎，1982);作物根际微生物与土体微生物比减小(西尾道德，1984);作物根表真菌特别是镰刀菌数量大幅增加(松本满夫等，1978)；林干夫（1996）通过外源添加酚酸后发现青霉菌数量上升。不同的研究虽然从各方面阐述了作物连作障碍的可能原因，结论亦有所差异，但由作物自毒物质引起的自毒作用和连作造成的土壤微生态劣化已经成为连作障碍研究的主要内容。特别是探讨自毒物质与土壤微生物之间的互作已经成为研究连作障碍的新的切入点。
