根际分泌物介导土壤微生物协同致害连作药用植物的分析与探讨

连作障碍是药用植物栽培过程中的瓶颈，严重影响药材的品质与产量。对于连作障碍的形成机制从20世纪70年代的土壤理化性质和化感作用逐渐深入到目前的根际微环境变化及植物响应机制研究。该文结合领域内研究及作者所在团队的相关工作与思考，系统分析了连作条件下药用植物根际分泌物介导土壤微生物群落重构的机制，即根际分泌物通过提供微生物生长所摄取的碳源和能量，作为诱导剂或驱避剂等信号物质刺激、诱导微生物生长或转移，改变根际土壤酸度等理化性质影响根际微生物群落重塑；全面探讨了根际分泌物与土壤微生物协同致害连作药用植物的方式和途径，即根际分泌物介导病原微生物侵染根际并增加下茬植物的易感性、抑制宿主植物防御并保障病原菌抢占优势生态位，二者协同互作导致根际病原菌释放更多真菌毒素等致病因子、根际化感物质的毒性增强及土壤理化性质劣变；总结了根际分泌物与土壤微生物的互作在连作障碍形成过程中的重要作用，以期为揭示药用植物连作障碍的形成机制提供新的研究思路，为连作障碍的克服与消减提供理论支撑。     

半夏连作对根际土壤微生物群落的影响研究

目的 探明半夏Pinellia ternate连作对根际土壤微生物群落的影响规律,以指导半夏连续高产栽培.方法 采用PacBio Sequel测序手段对正茬(CK)、连作一茬(A)、二茬(B)和三茬(C)半夏不同生长时期根际土壤微生物进行测序,对比分析其微生物群落结构和多样性差异.结果 随着连茬次数的增加,潜在致病细菌...     

连作介导的药用植物及其根际微生态灾变机制研究展望

在中药材生产过程中,由于药用植物单一化种植引起"植物-土壤-微生物"系统中各种量效关系发生变化,导致连作障碍。随着现代生物技术的发展尤其是各种宏组学技术的应用,植物化感作用、农田土壤修复、根际微生物趋化及调控等领域的研究方法与技术取得了长足发展。深入系统地研究药用植物连作介导下"植物-土壤-微生物"系统中的互作关系及机理,对揭示连作障碍的形成机制、重构中药农业生态系统、消减连作障碍效应、促进中药材规范化种植和可持续发展等具有重要的指导意义。本文从连作介导下药用植物对其生境产生的诱变和响应、连作对植药土壤固有理化性状的改变、连作介导的药用植物根际生物学过程3个层次分别进行综述,结合现代中药农业生产与研究现状,提出了药用植物连作障碍消减技术研究的策略,以期为我国中药材生产的可持续发展和耕地资源的永续利用提供理论依据与技术支撑。     

药用植物根际微生物研究进展

根际是植物与土壤生态系统物质交换的活跃界面,而根际土壤中的微生物与植物的生长发育、繁殖、代谢等活动密不可分,因此,近年来对药用植物与根际微生物的关系研究得到了高度重视。根据近年来国内外关于药用植物与根际微生物关系研究成果,对药用植物根际微生物的多样性、药用植物与根际微生物的相互作用、药用植物根际微生物的研究方法等方面的研究进展进行综述,并且提出了今后药用植物与根际微生物方面需要深入研究的几个问题。     

雅连根际,非根际微生物的初步观察

分别以R、S代表植物根际、非根际土壤微生物数量,一般植物(或作物)的细菌R/S比例均为5-20.本研究结果表明:雅连的细菌R/S是0.82±0.38,表明雅连根际细菌受到了其根系分泌物的明显抑制,这可能是造成黄连连作障碍的原因之一.     

三七连作与休闲土壤真菌群落组成与多样性分析

目的:评估三七连作与休闲在连作障碍形成中对土壤真菌群落的影响效应.方法:高通量ITS测序分析三七连作健康根际土(H)、连作发病根际土(D)、休闲1年土(X1)、休闲3年土(X3)和生土(CK)土壤真菌群落组成与多样性.结果:生土中的优势目属分别是肉座菌目Hypocreales和大孢圆孢霉属Staphylotrichum...     

人参根际真菌群落多样性及组成的变化

连作障碍导致人参减产减收,影响人参产业的可持续发展。土壤真菌群落参与关键生态过程,其多样性及组成的变化与连作障碍相关。该研究采用高通量测序技术,分析人参根际土壤真菌群落多样性及组成的变化,阐述人参栽培模式对根际微生态的影响,为克服连作障碍提供策略。与森林土壤相比,人参根际土壤微生物多样性增加,且随着种植年限的增加,多样性增加趋势下降;真菌群落Sordariomycetes,Alatospora,Eurotiomycetes,Leotiomycetes,Saccharomycetes,Mucorales,Pezizomycetes的丰度增加。皮尔森相关分析表明,土壤理化指标影响人参根际真菌群落的丰度,pH与Dothideomycetes和Alatospora的丰度显著相关,有效钾含量与Dothideomycetes,Alatospora,Mucorales的丰度显著相关,土壤总氮含量与Sordariomycetes,Mucorales的丰度显著相关。结果表明,施肥是影响人参根际微生态的关键因素之一,优化施肥体系是克服人参连作障碍的有效途径之一。     

药用植物根际微生物对其品质形成的影响及其作用机制的研究进展

根际是植物-土壤-微生物信息和物质交换的重要场所,是影响植物生长和抗逆性的重要因素。植物根系和根际微生物之间的相互作用对于植物的生长和品质形成至关重要。植物根系通过分泌有机酸、糖类、次生代谢物等物质特异性的促进有益微生物的生长,也能通过自身免疫系统和分泌抗生素抑制病原菌的增殖。根际微生物可以通过多种方式参与药用植物的生长发育、代谢过程以及活性成分的积累,对于药用植物的养分吸收和利用、土传病害防治、非生物胁迫应激等方面具有至关重要的作用。主要对根际微生物对药用植物品质形成的影响及其作用机制的研究进展进行综述,以期为深入了解根际微生物与药用植物间的互作关系提供参考。     

不同栽培方式对蒙古黄芪药效品质及土壤微生态的影响

目的 探索科尔沁沙地不同栽培方式对蒙古黄芪土壤理化性质、土壤菌落及其药效品质的影响。方法 以蒙古黄芪为试验材料,在科尔沁沙地设置连作栽培、轮作栽培和仿野生栽培3种不同栽培方式,在测定不同栽培方式土壤理化性质(pH、有机质和全氮)及土壤酶活性基础上,通过高通量测序(16S rRNA)对不同栽培方式下蒙古黄芪根际土壤中微生物群落结构和多样性进行分析。结果 连作栽培蒙古黄芪根际土壤有机质、全氮及土壤酶活性显著降低;连作栽培的蒙古黄芪根际土壤中细菌群落多样性和丰度显著低于轮作栽培和仿野生栽培,轮作栽培蒙古黄芪根际土壤中菌落多样性显著低于仿野生栽培,而轮作栽培蒙古黄芪根际土壤中菌落丰度显著高于仿野生栽培。连作栽培的蒙古黄芪根系黄芪甲苷、毛蕊异黄酮葡萄糖苷和黄芪总多糖含量显著低于轮作栽培和仿野生栽培。结论 科尔沁沙地蒙古黄芪不同栽培方式影响根际土壤理化性质和菌落结构。科尔沁沙地蒙古黄芪连作栽培(连续种植6年)后,根际土壤有机质、全氮及土壤酶活性显著降低,根际土壤中根际菌落的多样性和丰度较低,蒙古黄芪品质低于轮作栽培和仿野生栽培。     

药用植物根系分泌物与根际微生物相互作用及其在中药材生态种植中的应用

根际是药用植物-土壤间物质交换的重要场所。根系分泌物是植物与土壤之间物质与信号交流的“媒介”,是调控根际微生态的关键因素,根际微生物是药用植物根际微生态的重要组成部分,根系分泌物与根际微生物之间的相互作用对药用植物生长及品质形成具有重要影响。合理利用药用植物根际分泌物与根际微生物的相互作用关系,是保证药用植物健康生长,促进中药材生态种植产业发展的重要途径之一。该文总结了近年来药用植物根系分泌物与根际微生物研究现状,分析了药用植物根系分泌物与根际微生物之间的相互作用机制及根际微生物对药用植物生长的影响,阐释了间作套种生态种植模式对药用植物根际微生态及中药材品质提升的优势和促进作用,为药用植物-微生物-土壤相互作用研究奠定了良好基础,对药用植物生态种植和资源可持续利用具有重要的理论和现实意义。     

三七遗传改良的研究进展

三七Panax notoginseng作为传统名贵中药材,市场需求量大,人工种植是保障三七原料供给的主要措施之一。但三七在种植过程中对生态环境要求苛刻,面临着生长分布区域狭窄、连作障碍严重等诸多问题,加之三七良种对三七种植产业贡献率较低,三七品种化制度尚未建立。因此,从三七种质资源收集与鉴定、新品种选育、三七重要性状及关键基因挖掘、分子标记开发、组学技术应用等方面对三七遗传改良工作进行整理,为今后三七的新品种选育工作提供参考。     

立体栽培模式下三七种植土壤微生物、酶活特征及对农艺性状影响研究

以立体栽培(3层)三年生三七种植土壤为研究对象,比较分析其与大田土壤(对照)在酶活性、土壤微生物差异及对三七农艺性状的影响。结果表明,立体栽培各层(下、中、上)土壤微生物浓度显著低于大田;土壤脲酶、蔗糖酶和中性磷酸酶活性均表现为从下层至上层逐渐升高,除各层中性磷酸酶活性均显著高于对照外,上层及下层脲酶和蔗糖酶活性均显著低于对照;立体栽培下三七各农艺性状指标均劣于大田栽培,3层中以中层长势最好,上层次之,下层最差。相关分析表明,真菌、放线菌及中性磷酸酶活性与三七农艺性状显著相关;土壤真菌和细菌浓度均与土壤相对含水量显著相关;放线菌和中性磷酸酶活性均与土壤pH和土壤相对含水量显著相关;脲酶和蔗糖酶活性与日最大温差呈显著负相关。当前研究表明立体栽培模式下土壤微生物比例失衡和土壤酶活性剧烈变化是导致立体栽培三七农艺性状劣于大田栽培夫的诱因之一。因此,改善立体栽培结构,从而使土壤微生物及酶活性接近大田土壤,为三七生长营造良好的土壤生态环境是保障三七健康生长的关键。     

地黄中主要次生代谢产物在根际土壤中分布及其对细菌群落特征的影响

目的 分析地黄Rehmannia glutinosa中的次生代谢产物在地黄根际土壤中的分布特征及其对根际土壤细菌群落特征的影响,为揭示地黄连作土壤形成过程中根系分泌物与根际微生物之间互作机制的研究提供理论参考。方法 以7、8、10月金九地黄根际土壤为研究对象,采用HPLC分析3个时期地黄根际土壤中苯乙醇苷类、环烯醚萜苷类及酚酸类次生代谢产物的分布;通过llumina MiSeq高通量测序法分析根际土壤中细菌群落的结构特征;利用SIMCA 14.1、SPSS 27等软件分析3个生长时期根际土壤中次生代谢产物及细菌群落结构的差异性,筛选出引起两者差异性的主要次生代谢产物和标志性菌群,并结合Canoco 5.0软件分析两者之间的相关性。结果 地黄3个生长时期根际土壤中均检测到6种苯乙醇苷类成分、3种环烯醚萜苷类成分及5种酚酸类成分,各单体成分的含量变化差异较大,其中香豆酸、异类叶升麻苷、红景天苷、香草酸为主要差异物质;地黄根际土壤中优势细菌的相对丰度随生育进程而发生变化,门水平及属水平上的放线菌门、厚壁菌门、绿弯菌门、不明蓝藻菌属、Gaiella的相对丰度逐渐降低,酸杆菌门、拟杆菌门、浮霉菌门、疣微菌门、热酸菌属、不明酸杆菌属的相对丰度则逐渐增加;相关性分析及冗余分析表明根际土壤中次生代谢产物与细菌群落结构之间存在着一定相关性,其中香豆酸、对羟基苯甲酸对根际细菌群落结构的影响较大。结论 地黄中的主要次生代谢产物在地黄根际土壤中均可以检测到,而且对根际土壤细菌群落的结构特征产生了一定影响。     

三七不同间隔年限种植土壤中、微量元素动态变化规律研究

目的：研究三七不同间隔种植年限对土壤有效态中、微量元素的影响。方法：对文山州马白、马塘、古木和盘龙4个三七道地产区新土、间隔5年土壤和连作土壤3种种植模式下土壤有效钙、镁、锰、铜、锌和硼含量进行动态测定。结果：三七连做土壤除钙、镁外,其他微量元素及间隔5年土壤全部中、微量元素含量均显著高于新土;间隔5年土壤除硼外其他元素含量均显著高于连做土;土壤有效锰、铜和硼含量受种植模式影响,而锌、钙和镁不受影响;3种种植模式下土壤有效铜和钙含量及连作土有效锌含量季度变化不显著,但有效硼含量随种植时间的增加而增加;新土和间隔5年土壤有效锌含量也随种植时间延长而上升;有效锰和镁含量在次年4月达到峰值,至取样结束降至最低;同新土相比,间隔5年土壤有效锰和铜所占比例增幅分别为29%,114%,镁和硼所占比例降幅分别为18%,38%,锌和钙所占比例变化不显著;连做土壤锰、铜和硼所占比例增幅分别为50%,120%,22%,锌、钙和镁等无显著变化。结论：连作不能引起土壤中、微量元素养分亏缺,而诱发连作障碍,但其造成的三七种植土壤中、微量元素养分比例失衡应为产生连作障碍的原因之一。     

人参及西洋参栽培土壤微生物种群遗传多样性的RAPD分析

目的研究不同年生人参、西洋参栽培土壤中微生物种群结构差异。方法采用RAPD技术对采集自吉林省抚松县的18份人参、西洋参根际土和根围土中的微生物种群结构进行遗传多样性分析。结果 栽培年限对根际土及根围土中的微生物种群结构有显著影响;人参和西洋参栽培土壤中的微生物种群结构也存在差异;寄主植物对土壤微生物种群结构的影响表现有根际效应。结论人参或西洋参根系分泌物对土壤微生物的定向选择压力可能是造成土壤微生物种群遗传多样性变化的主要原因之一,人参或西洋参栽培土壤中微生物种群结构变化是导致土壤生态功能紊乱以及连作障碍形成的关键因子。     

平衡施肥及土壤改良剂对连作条件下三七生长与产量的影响

目的:探求三七连作障碍的解决途径。方法:采用间隔3年的三七连作土进行盆栽试验,比较大、中、微量元素配合施用和施用甘蔗渣、粉煤灰、糖泥、牛粪、发酵烟杆、沸石、玉米杆等改良剂,对三七出苗率、存苗率、植株生长和产量影响。结果:间隔3年的三七连作土中全氮、全磷、碱解氮、有效磷等成分的含量较新土大幅度增加,速效钾含量及土壤钾素与氮素养分间比例则是大幅降低,有效铜、有效锌和有效硼等微量元素比较缺乏。三七连作土采用"低氮+钙镁磷+高钾+石灰+微肥"的平衡施肥方式可显著提高连作条件下三七的存苗率,促进三七植株生长,并显著提高三七单株生物量和总产量。使用甘蔗渣做土壤改良剂也可显著缓解三七连作土的连作障碍效应,提高连作三七的存苗率,促进三七植株生长,增加三七总产量;同对照相比(不施改良剂),其存苗率增加31.6%,三七地下部分总产量增加19.5%。使用粉煤灰做土壤改良剂对缓解三七连作土的连作障碍效应也有一定效果,其他土壤改良剂效果较差。结论:连作土连作三七时应采用"调酸(施用石灰)、减氮(低氮)、保磷(钙镁磷)、增钾(高钾)和补充微量元素"的平衡施肥方法,并增施甘蔗渣作为土壤改良剂。     

栽培年限对人参根际土壤微生物活性及微生物量的影响

采用野外采样与室内土壤培养法, 对3个栽培年限人参根际土壤微生物活性及微生物量变化进行研究, 为阐明人参连作障碍机制提供理论依据。结果表明, 人参栽培年限增加对人参根际土壤微生物活性及微生物量的积累均有显著抑制作用。与新林地土壤(R0)相比, 人参根际土壤微生物的呼吸作用, 纤维素分解作用和硝化作用均被显著抑制(P <0.05), 且随人参栽培年限增加抑制作用逐渐增强。三年生人参根际土壤(R3)微生物的活性最低, R3微生物的呼吸作用比R0显著降低56.31%, 纤维素分解作用比R0显著降低86.71%, 硝化作用比R0显著降低90.53%。与R0相比, 土壤微生物氨化作用被显著促进, 且随栽培年限增加有先增强后减弱的趋势, R1, R2, R3的氨化作用强度分别比R0显著增加32.43%, 80.54%, 66.64%。人参根际土壤微生物量碳(SMB-C)和微生物量氮(SMB-N)含量与R0相比均呈显著减少趋势, 且随人参栽培年限增加, 各栽培年限土壤的SMB-C差异显著, 但SMB-N的变化不明显。R3的微生物量最低, 其SMB-C比R0显著降低77.30%, SMB-N比R0显著降低69.36%。人参根系分泌物积累所导致的根际微生物种类、数量与活性变化及根际土壤微生态失衡是人参连作障碍的主导因素。