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葡萄连作障碍机理及调控途径的研究

作　者: 李坤
导　师: 郭修武
学　校: 沈阳农业大学
专　业: 果树学
关键词: 葡萄连作微生物土壤养分化感调控措施
分类号: S436.631
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

葡萄连作后植株长势衰弱、病害蔓延,严重制约着葡萄产业的发展,为了探讨葡萄连作障碍产生的原因,本试验以连作葡萄30年和种植葡萄3年的葡萄园土壤为研究对象,以晚红葡萄(Vitis vinifera L. Red Globe)组培苗、山河二号葡萄(V. amurensis×V. riparia No.2)组培苗及贝达(V. riparia×V labrusca cv. Beta)葡萄盆栽苗为试材,分析了葡萄连作后土壤微生物、理化性质的变化；研究了根系分泌物、浸提液及腐解物的化感作用,确定了主要自毒物质,并深入分析了自毒物质对葡萄植株生长及根际微环境的影响,同时探讨了不同有机物料及菌剂对葡萄连作障碍的缓解作用,为连作障碍的综合防治提供了理论依据。主要结果如下：1.生物因素是导致葡萄连作障碍的重要原因之一。连作园根区土盆栽葡萄,植株根系活力下降,叶片的叶绿素含量及净光合速率降低,植株长势衰弱。连作土灭菌后葡萄叶片SOD活性增强,MDA含量降低,根系活力随生长期的延长,表现出先下降再上升的趋势,植株长势明显增强。并且连作土壤灭菌后葡萄根系分泌的还原糖及氨基酸总量显著降低,分别比连作土壤降低了72.60%和91.10%；氨基酸的种类及其含量也发生改变。2.葡萄连作后根际土壤微生物数量及种群结构发生改变。葡萄连作后根际土壤细菌、放线菌的数量及比例降低,而真菌的数量及比例增加。连作使土壤细菌和真菌的多样性增加,根际土壤的微生物多样性高于非根际土壤。连作后细菌Flavobacterium sp.(DQ339585)(?)Bacillus sp. (AY039821)种群数量减少,Pedobacter sp. (AJ871084)种群数量增多；真菌中Omphalina farinolens(EF413029)出现, Pestalotiopsis sp.(DQ657877, DQ657875, DQ657871)、Phacidium lacerum (DQ470976)和Lecythophora decumbens(AF353597)种群数量减少,Pilidium acerinum voucher (AY48709)种群数量增多。其中Bacillus sp.、Flavobacterium sp.和Pestalotiopsis sp.对病原菌具有颉颃作用,连作园根际土中上述微生物种群数量的减少,不利于葡萄对病原菌的颉颃;Pilidium acerinum voucher数量的增加可能与葡萄连作后病害加重有关。3.葡萄连作后土壤物理性质未出现恶化,但土壤养分比例发生失调。葡萄连作后并没有增加根区土壤的容重、酸度及盐分含量水平。根区土壤有机质及大量元素随着葡萄种植时间延长而增加,微量元素Fe和Mn含量减少,Zn和Cu含量增加,Zn/Mn、Zn/Fe、N/Fe、N/Mn、P/Fe、P/Mn、Ca/Fe、和Ca/Mn等失调比例较高,其中Zn/Mn、Zn/Fe比例失调最为严重。4.根系分泌物、浸提液及腐解物具有显著的自毒作用,在它们中确定了5种主要自毒物质。室内组培苗试验结果表明,葡萄根系分泌物、浸提液及根系腐解物具有显著的自毒作用,在它们中分离鉴定出对羟基苯甲酸、水杨酸、香豆酸、苯丙酸和苯甲酸5种酚酸类物质,它们均是影响葡萄生长的重要自毒物质。在根系分泌物和腐解物中推断出5种酸类(邻苯二甲酸、软脂酸、柠檬酸、没食子酸和乌头酸)、2种醇类(1-二十一醇和β-谷甾醇)物质,其中邻苯二甲酸、软脂酸、柠檬酸和没食子酸对葡萄生长表现出“低促高抑”的化感效应,1-二十一醇对葡萄生长的影响无规律性变化,而β-谷甾醇在低浓度时抑制葡萄的生长,高浓度时对葡萄生长具有促进作用。5.根系分泌物和腐解物能够改变土壤微生物种群结构,影响根际土壤中速效N、P、K水平。根系分泌物处理后,根际土壤碱解N的含量与对照差异不显著,低浓度的根系分泌物处理(E100和E200)增加了根际土壤速效P和速效K含量,高浓度的根系分泌物(E300)处理表现相反的趋势,根系分泌物处理使葡萄根际土壤由“细菌型”向“真菌型”方向转化。根系腐解物处理提高了根际土壤速效N、P、K的含量,降低了根际土壤的真菌种群多样性,使有益的木霉菌消失,而出现了与病害有关的腐霉属和根串珠霉属。6.化感物质苯丙酸和水杨酸主要是通过干扰植物细胞膜及相关生理过程影响葡萄的生长。盆栽试验表明不同浓度的(0.1 mmo1·L-1,1 mmo1·L-1,10 mmo1·L-1)苯丙酸和水杨酸增加了葡萄植株细胞膜透性、降低了SOD活性及植株根系活力,影响了光合作用和叶片物质积累等生理生化过程,进而使葡萄株高、茎粗、地上鲜重和地下鲜重发生变化,导致植株长势衰弱。7.稻草和玉米秸秆能够改善连作土壤物理性质,活化土壤营养成分,改善根际微域环境而促进葡萄植株的生长。连作土壤施入稻草和玉米秸秆后,土壤容重降低,孔隙度增加,有机质、速效P和速效K含量均有不同程度的提高,植株长势增强(除连作土中施入0.5%的稻草处理),并且土壤微生物区系的比例发生改变,细菌比值增加。土壤磷酸酶活性随着有机物料腐解时间延长而增强,但土壤过氧化氢酶活性并没有因稻草的施入而提高,玉米秸秆处理显著增加了土壤过氧化氢酶活性。8.丛枝菌根真菌可以促进连作葡萄生长,改变植株根系分泌特性。连作土灭菌后接种丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF)[地表球囊霉Glomus versiforme(简称G.V)、摩西球囊霉Glomus mosseae (简称GM)和幼套球囊霉Glomus etunicatum(简称G.E)]促进了葡萄植株的生长,叶片SOD活性增强,MDA含量降低,根系活力增强,其中G.V和G.M处理效果最显著。接种菌剂后,葡萄根系分泌的物质种类及其含量也发生变化,其中G.V处理葡萄根系分泌的物质种类较多,并且含有特异性成分橙花叔醇。9.淡紫拟青霉、木霉菌剂及重茬EB是缓解葡萄连作障碍的重要途径。葡萄连作土壤接种淡紫拟青霉、木霉菌剂及EB后,增强了叶片及根系的SOD活性,降低了MDA含量,叶片的可溶性糖、淀粉及蛋白质含量增加,根系呼吸速率提高,植株长势明显增强。其中淡紫拟青霉中以DZ2(30 g淡紫拟青霉/槽连作土)处理效果最好,木霉菌剂中以MM2(500 g健根宝/槽连作土)处理较好,而EB中以EB1(20 g/槽连作土)处理植株长势最强。综合来看,连作土壤中施入木霉菌剂及EB对葡萄生长的促进效果优于淡紫拟青霉。

全文目录

缩略词表  10-11
摘要  11-14
Abstract  14-18
第一章文献综述  18-36
  1.1 连作障碍的构成因素  18-31
    1.1.1 生物因素  19-20
    1.1.2 土壤物理化学因素  20-22
    1.1.3 化感作用  22-31
  1.2 连作障碍的控制途径  31-34
    1.2.1 轮作或间作  31
    1.2.2 清园和深耕改土  31
    1.2.3 土壤消毒  31-32
    1.2.4 添加有机物料  32-33
    1.2.5 选用抗性砧木  33
    1.2.6 引入颉颃菌  33-34
  1.3 本课题研究的目的与意义  34-36
第二章生物因素在葡萄连作障碍中的作用  36-54
  2.1 材料与方法  36-40
    2.1.1 试材  36
    2.1.2 试验处理  36-37
    2.1.3 试验方法  37-40
  2.2 结果与分析  40-51
    2.2.1 连作对葡萄生长的影响  40-42
    2.2.2 连作土灭菌对葡萄生长及根系分泌特性的影响  42-44
    2.2.3 葡萄连作对土壤微生物数量的影响  44-47
    2.2.4 葡萄连作对土壤细菌和真菌种群结构的影响  47-51
  2.3 讨论  51-53
  2.4 小结  53-54
第三章葡萄连作对根区土壤物理性质、养分状况及酶活性的影响  54-64
  3.1 材料与方法  54-55
    3.1.1 试材  54
    3.1.2 试验处理  54
    3.1.3 试验方法  54-55
  3.2 结果与分析  55-60
    3.2.1 葡萄连作对根区土壤容重的影响  55
    3.2.2 葡萄连作对根区土壤pH值的影响  55-56
    3.2.3 葡萄连作对根区土壤电导率的影响  56
    3.2.4 葡萄连作对根区土壤养分含量的影响  56-57
    3.2.5 葡萄连作对根区土壤养分比例的影响  57-58
    3.2.6 葡萄连作对根区土壤脲酶活性的影响  58-59
    3.2.7 葡萄连作对根区土壤磷酸酶活性的影响  59-60
  3.3 讨论  60-62
  3.4 小结  62-64
第四章化感物质的分离、鉴定及作用效应  64-104
  4.1 材料与方法  64-69
    4.1.1 试材  64
    4.1.2 试验处理  64-66
    4.1.3 试验方法  66-69
  4.2 结果与分析  69-95
    4.2.1 根系分泌物对葡萄生长及生理指标的影响  69-72
    4.2.2 葡萄根系分泌物对根际土壤速效养分、酶活性及微生物数量的影响  72-73
    4.2.3 根系腐解物对葡萄生长及生理指标的影响  73-77
    4.2.4 葡萄根系腐解物对根际土壤速效养分、酶活性及微生物数量的影响  77-78
    4.2.5 根系浸提液对晚红葡萄组培苗生长的影响  78-79
    4.2.6 葡萄根际土浸提液对晚红葡萄组培苗生长的影响  79-80
    4.2.7 葡萄根系分泌物、浸提液及根际土中化感物质的LC-MS分析  80-82
    4.2.8 根系腐解物中化感物质的LC-MS分析  82-84
    4.2.9 酚酸对山河二号葡萄组培苗生长的影响  84-88
    4.2.10 苯丙酸和水杨酸对贝达葡萄盆栽苗生长及生理指标的影响  88-95
  4.3 讨论  95-102
  4.4 小结  102-104
第五章葡萄连作障碍的调控途径  104-126
  5.1 材料与方法  104-106
    5.1.1 试材  104
    5.1.2 试验处理  104-105
    5.1.3 试验方法  105-106
  5.2 结果与分析  106-120
    5.2.1 施入玉米秸秆和稻草对葡萄植株生长及生理指标的影响  106-108
    5.2.2 施入玉米秸秆和稻草对连作土壤理化性质及酶活性的影响  108-112
    5.2.3 施入玉米秸秆和稻草对连作土壤微生物数量的影响  112-114
    5.2.4 接种AMF对连作葡萄植株生长及根系分泌物特性的影响  114-116
    5.2.5 接种淡紫拟青霉、木霉菌剂及EB对连作葡萄植株生长及生理指标的影响  116-120
  5.3 讨论  120-124
  5.4 小结  124-126
第六章结论与创新点  126-128
  6.1 主要结论  126-127
  6.2 创新点  127
  6.3 下一步研究设想  127-128
参考文献  128-142
附录  142-148
致谢  148-149
攻读博士学位期间发表文章  149

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