【摘 要】
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花生(Arachis hypogaea L.)是我国重要的经济与油料作物,内含丰富的蛋白质、脂肪与矿物质,同时也是嗜钙作物。为探究施钙对酸性红壤花生抗病能力的影响及其作用机理,设计相关试验并调查分析了施钙处理对南方酸性红壤种植的花生常见病害的影响;通过高通量测序比较了施钙与对照下对钙敏感花生品种湘花2008在不同生育期根际土壤微生物、根系内生微生物及叶际微生物真菌与细菌群落多样性的差异;同时通过转
【基金项目】
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国家重点研发计划项目(No.2018YFD1000900);
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花生(Arachis hypogaea L.)是我国重要的经济与油料作物,内含丰富的蛋白质、脂肪与矿物质,同时也是嗜钙作物。为探究施钙对酸性红壤花生抗病能力的影响及其作用机理,设计相关试验并调查分析了施钙处理对南方酸性红壤种植的花生常见病害的影响;通过高通量测序比较了施钙与对照下对钙敏感花生品种湘花2008在不同生育期根际土壤微生物、根系内生微生物及叶际微生物真菌与细菌群落多样性的差异;同时通过转录组测序,分析施钙处理与对照下花生抗病相关分子调控模式的差异。得到如下结论:1.施钙能显著降低花生叶斑病的发生,调查发现施用Ca O 125kg/hm2,对钙敏感花生品种湘花2008叶斑病的病情指数为5.1,而对照的病情指数为31.7,降幅高达83.9%;施钙处理的湘花55叶斑病的病情指数为6.5,不施钙对照的病情指数为11.8;施钙处理的兰山长勾子叶斑病的病情指数别为7.2,不施钙对照的病情指数为12.3。表明施钙有助于花生更好地抵抗病原菌侵袭,从宏观上论证了施钙能影响花生抵御病害。2.施钙能增加根际土壤微生物群落中不同物种间的关联互作,且根际土壤细菌群落优势菌属间的有效连接数显著高于真菌群落;施钙还能增加花生根际土壤中有益微生物的物种丰度,促进鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)及芽球菌属(Blastococcus)等根际促生菌的富集,显著降低病原真菌尾孢属(Cercospora)相对丰度减缓叶斑病的发生。3.施钙能使根系内生细菌群落间更为紧密的关联互作,但对真菌群落间互作无明显影响。施钙显著增加根系内生细菌克雷伯氏菌属(Klebsiella)、假单胞菌属(Pseudomonas)及赖氨酸芽孢杆菌属(Lysinibacillus)与根系内生真菌如弯孢聚壳属(Eutypella)的相对丰度,降低病原细菌劳尔氏菌属(Ralstonia)及病原真菌青霉属(Penicillium)、亚隔孢壳属(Didymella)、枝孢属(Cladosporium)等的相对丰度;这些病原菌相对丰度的显著降低与施钙能促进花生植株生长发育,抑制主要病害如青枯病的发生有关。4.施钙能增强叶际细菌与真菌群落不同物种间关联互作,且叶际细菌群落优势物种间关联较真菌类群间更为紧密。施钙还能显著增加叶际细菌群落中具有抑菌活性优势菌属如草螺菌属(Herbaspirillum)、芽孢杆菌属(Bacillus)、泛菌属(Pantoea)、赖氨酸芽孢杆菌属(Lysinibacillus)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)及代尔夫特菌属(Delftia)等的相对丰度,其中在施钙组样品中显著富集的芽孢杆菌属(Bacillus)作为叶际细菌群落核心菌属对大多数真菌病害具有显著抑菌效用减缓病害流行与发生而被广泛运用于植物病害生物防治。施钙能显著降低叶际真菌群落中部分能造成叶部病害的病原真菌如Alternariaster的相对丰度,该菌属一般与植株茎叶枯萎病的发生有关,施钙样品中该病原菌相对丰度的显著降低进一步证实施钙能通过显著降低叶部病原真菌相对丰度进而减缓叶部病害的发生与流行,与常见病害宏观调查结果一致。5.通过对施钙处理与对照下不同生育期对钙敏感花生品种湘花2008植株转录组数据比较分析,发现苗期不同钙水平的差异表达基因主要与植物体的新陈代谢及代谢产物生物合成密切相关的信号通路有关;而饱果期差异表达基因主要与植物防御及植物激素合成过程密切相关的信号通路有关。依据差异基因共表达结果推测JAR1作为JA信号转导途径的关键因子与ABA信号转导途径重要受体蛋白PP2C及SA信号通路重要转录因子NPR3之间存在直接互作关联,与SA信号通路下游PR1通过WRKY24间接关联,同时作为钙信号传感器的钙依赖蛋白激酶CDPK29与PP2C蛋白间通过CRE1间接关联。除NPR3下调表达以外PP2C,CRE1,CDPK29均上调表达。PP2C上调表达抑制ABA通路却促进了JA信号传导从而增强植物的抗病性。施钙富集的有益微生物并非仅靠JA途径单独作用影响调控植物防御,而是利用各信号通路关键转录因子,联合植物内源激素茉莉酸(JA),脱落酸(ABA)以及水杨酸(SA)的协同合作,共同激活相关防御基因表达,提高植物系统抗性,增强花生植株对病原物侵袭的抵抗能力。
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