土壤微生物群落对水稻生长和地上部病虫害抗性影响的研究
摘要：土壤微生物群落是土壤生态系统的一个重要组成部分。过去已有很多研究报道了地上部亚生态系统对地下部的影响，而研究土壤微生物群落对地上部的影响能更好地理解地上部与地下部的关系。本研究通过室内盆栽实验，以地上部病虫——植物茎叶——微生物群落的关系为主线，基于病虫害诱导下植物体内养分及次级代谢防御信号的响应，揭示土壤微生物群落对植物地上部生长及病虫害抗性的影响。结果表明在短期内，微生物群落的调控使植物地上部在受到病虫侵害时体内次生代谢物质的合成量上升，从而导致褐飞虱生物量和白叶枯染病率降低，有效抑制了植食害虫生长和病原菌侵染。本研究结果为进一步探究土壤微生物群落对地上部病虫害的防御机制奠定了基础。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 2
1．1 供试材料 3
1．1．1 供试土壤 3
1．1．2 供试虫源和菌源 3
1．1．3 供试水稻 3
1．1．4 盆栽容器 3
1．2 研究方法 3
1．2．1 盆栽实验 3
1．2．2 分析方法 3
1．3 数据统计分析 4
2 结果与分析 4
2．1 土壤微生物群落对水稻生长的影响 4
2．2 土壤微生物群落对水稻茎叶次生代谢物质的影响 4
2．3 土壤微生物群落对水稻茎叶总氮的影响 5
2．4 土壤微生物群落对褐飞虱生物量的影响 5
2．5 土壤微生物群落对水稻白叶枯病染病率的影响 6
3 讨论 6
3．1 土壤微生物群落对水稻生长的影响 6
3．2 土壤微生物群落对水稻茎叶次生代谢物质的影响 7
3．3 土壤微生物群落对褐飞虱生物量和水稻白叶枯染病率的影响 7
4 小结 7
致谢 7
参考文献 7
附件7 10
附件8 11
附件9 12
土壤微生物群落对水稻生长和地上
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
部
病虫害抗性影响的研究
引言
引言
水稻作为世界主要粮食作物之一，是世界上三分之一人类的主食。地上部植食害虫已经对水稻造成了严重的危害，其中稻飞虱是影响我国水稻稳产，高产的主要害虫之一。稻飞虱体型小，迁飞繁殖能力强而且栖息隐蔽，如遇到环境适宜的田区，更会大面积的爆发，甚至每丛水稻上虫口达3000余头[1]。正是因为稻飞虱有远距离迁徙的特性，已造成稻飞虱的危害区域由局部稻区转变至整个稻区。同时水稻的三大主要病害有稻瘟病、白叶枯病、纹枯病，均是由于地上部病菌侵染所造成[2]。水稻的白叶枯病又称白叶瘟、茅草瘟、地火烧等，其病原菌是原核生物界的水稻黄单胞稻致病变种[3]。病菌可从根、茎、叶部的伤口或水孔侵入稻体，在维管束的导管中繁殖进而对水稻造成危害，苗期和分蘖期最易受害，秧苗叶片多表现叶枯症状。水稻白叶枯病在我国多省均有发生，其中华东、华南、华中稻区受害较重，其余的均是局部发生。20世纪50 年代，水稻白叶枯病就已被发现，发病范围还在不断扩大，目前白叶枯病的发生已经遍布全球各水稻栽培地区，演变成一个世界性危害[4]。
所有的陆地生态系统都包括地上部和地下部两个亚生态系统。地上部和地下部既相互依赖又相互竞争[5]，这两者相互作用关系在调节陆地生态系统方面起着重要的作用[6]。地上部植食者能够通过改变传输到地下部的养分量和质量，影响土壤微生物群落，从而影响土壤养分利用循环，植株生长等[79]。褐飞虱取食水稻后，主茎生长将会受阻，叶片和茎秆N含量将下降，叶片的光合速率下降，进而限制了同化产物传导到其他分蘖[1011]。目前，很多研究还是局限于褐飞虱与水稻地上部相互作用的研究，涉及到水稻地下部的研究还很少。Ghaffar等[12]研究发现根系和叶片的氮、磷、钾等元素在褐飞虱取食后含量下降。刘井兰等在2007年的研究就发现褐飞虱取食水稻后根系养分发生显著变化[13]。还有研究[14]表明，水稻受到褐飞虱的侵害后，地上部茎叶、地下部根系生物量和土壤活性碳氮比均会受到影响。由此可见，病虫害侵害植物后，其对于地下部生态系统的影响及地下部生态系统对地上部的反馈值得我们关注。
植株在长期的进化中已能对从微观病毒、病原体、真菌寄生虫到昆虫等植食性动物以及入侵者做出积极防御[15]。植物遭受病原菌微生物或者植食性昆虫损伤后，会产生一些挥发性化学物质来引诱害虫天敌的到来。植物的挥发性物质主要是植物次生代谢的产物，来源于植物的脂肪酸代谢、氨基酸代谢等[16]。茉莉酸和水杨酸是植物体内2种重要信号物质，与植物的病虫抗性有重要的关系[1718]。有研究[1720]报道，茉莉酸通过刺激植物体内相应的防御基因，可使植物产生蛋白酶抑制素、次生化合物（类黄酮等）以及释放一些挥发物质等,水稻所产生和释放的黄酮类和异黄酮类物质有不同程度的抑菌作用[21]。在环境胁迫下，酚类物质已被证实为化感活性较强的一类物质。研究[22]表明，植物在受虫害损伤后，在次生代谢方面最明显的变化就是酚类物质含量上升。当植物受病原微生物或植食性昆虫诱导产生的代谢物质进入环境后，植物周围的任何生物就是这些次生代谢产物的接受者，植物和微生物还有植食性昆虫就会受到影响，对于侵染的病原微生物和害虫产生防御作用[23]。关于植物防御病虫害有一种假说，叫做碳素/营养平衡(Carbon/Nutrient Balance, CNB)假说，此假说认为因为植食性昆虫的为害，使植物营养素含量下降，碳素/营养失去平衡，碳素的过量积累导致植物合成一些不含N的物质，如酚类[2425]，这些物质对于害虫有防御作用。虽然此假说难以圆满解释所有试验结果，但大多试验结果表明在病原微生物和害虫胁迫下，次生代谢产物含量增加，使植物产生积极防御[2628]。
土壤中的微生物可以通过改变植物代谢过程中的细胞渗透压、酶的活性以及其他成分与植物体进行相互作用[29]。土壤微生物也会影响植物激素的形成，同化植物的某些代谢产物，然后由根系吸收并运输到地上部，从而达到抵抗病虫害和病菌的侵入。同时土壤微生物加速土壤有机物的转化与分解供植物生长需要[2930]，地上部的病虫害影响地上部和地下部的养分分布改变土壤微生物群落，后者也会通过植物来影响地上部植食者[7,31]。因此，本研究选用感虫品种水稻，以褐飞虱作为地上部植食者，白叶枯病菌作为病原菌对水稻进行侵害，在土壤微生物群落影响下，测定地上部植食者的生物量增加量、水稻白叶枯病染病率、植物次生代谢化合物含量（总酚、类黄酮等），研究微生物群落对植物地上部植食害虫及病菌行为的影响。研究结果将为进一步探究土壤微生物群落对地上部病虫害的防御机制奠定基础。
1 材料与方法
1．1 供试材料
1．1．1 供试土壤 供试土壤采自中科院鹰潭红壤生态站。土壤为水稻土，分为两种，分别是长期施加无机肥的无机肥土壤C和长期施加有机肥的有机肥土壤O。土壤取样深度为0~20cm，鲜土采集后，剔除石块、大中型土壤动物及根茬等残体后进行过5mm筛，备用。
将两种土壤各取一半在室内进行湿热灭菌，使其成为无菌无机肥土壤Ce和无菌有机肥土壤Oe，备用。相对应的，没有进行灭菌处理的土壤分别标记为无机肥土壤Cm和有机肥土壤Om。
1．1．2 供试虫源和菌源 褐飞虱（BP）采自南京郊区稻田，在室内以感虫品种 TN1 水稻苗饲养数代，实验选择 34龄若虫作为接种虫源。白叶枯病菌（BB）由江苏南京农科院提供。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 2
1．1 供试材料 3
1．1．1 供试土壤 3
1．1．2 供试虫源和菌源 3
1．1．3 供试水稻 3
1．1．4 盆栽容器 3
1．2 研究方法 3
1．2．1 盆栽实验 3
1．2．2 分析方法 3
1．3 数据统计分析 4
2 结果与分析 4
2．1 土壤微生物群落对水稻生长的影响 4
2．2 土壤微生物群落对水稻茎叶次生代谢物质的影响 4
2．3 土壤微生物群落对水稻茎叶总氮的影响 5
2．4 土壤微生物群落对褐飞虱生物量的影响 5
2．5 土壤微生物群落对水稻白叶枯病染病率的影响 6
3 讨论 6
3．1 土壤微生物群落对水稻生长的影响 6
3．2 土壤微生物群落对水稻茎叶次生代谢物质的影响 7
3．3 土壤微生物群落对褐飞虱生物量和水稻白叶枯染病率的影响 7
4 小结 7
致谢 7
参考文献 7
附件7 10
附件8 11
附件9 12
土壤微生物群落对水稻生长和地上
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
部
病虫害抗性影响的研究
引言
引言
水稻作为世界主要粮食作物之一，是世界上三分之一人类的主食。地上部植食害虫已经对水稻造成了严重的危害，其中稻飞虱是影响我国水稻稳产，高产的主要害虫之一。稻飞虱体型小，迁飞繁殖能力强而且栖息隐蔽，如遇到环境适宜的田区，更会大面积的爆发，甚至每丛水稻上虫口达3000余头[1]。正是因为稻飞虱有远距离迁徙的特性，已造成稻飞虱的危害区域由局部稻区转变至整个稻区。同时水稻的三大主要病害有稻瘟病、白叶枯病、纹枯病，均是由于地上部病菌侵染所造成[2]。水稻的白叶枯病又称白叶瘟、茅草瘟、地火烧等，其病原菌是原核生物界的水稻黄单胞稻致病变种[3]。病菌可从根、茎、叶部的伤口或水孔侵入稻体，在维管束的导管中繁殖进而对水稻造成危害，苗期和分蘖期最易受害，秧苗叶片多表现叶枯症状。水稻白叶枯病在我国多省均有发生，其中华东、华南、华中稻区受害较重，其余的均是局部发生。20世纪50 年代，水稻白叶枯病就已被发现，发病范围还在不断扩大，目前白叶枯病的发生已经遍布全球各水稻栽培地区，演变成一个世界性危害[4]。
所有的陆地生态系统都包括地上部和地下部两个亚生态系统。地上部和地下部既相互依赖又相互竞争[5]，这两者相互作用关系在调节陆地生态系统方面起着重要的作用[6]。地上部植食者能够通过改变传输到地下部的养分量和质量，影响土壤微生物群落，从而影响土壤养分利用循环，植株生长等[79]。褐飞虱取食水稻后，主茎生长将会受阻，叶片和茎秆N含量将下降，叶片的光合速率下降，进而限制了同化产物传导到其他分蘖[1011]。目前，很多研究还是局限于褐飞虱与水稻地上部相互作用的研究，涉及到水稻地下部的研究还很少。Ghaffar等[12]研究发现根系和叶片的氮、磷、钾等元素在褐飞虱取食后含量下降。刘井兰等在2007年的研究就发现褐飞虱取食水稻后根系养分发生显著变化[13]。还有研究[14]表明，水稻受到褐飞虱的侵害后，地上部茎叶、地下部根系生物量和土壤活性碳氮比均会受到影响。由此可见，病虫害侵害植物后，其对于地下部生态系统的影响及地下部生态系统对地上部的反馈值得我们关注。
植株在长期的进化中已能对从微观病毒、病原体、真菌寄生虫到昆虫等植食性动物以及入侵者做出积极防御[15]。植物遭受病原菌微生物或者植食性昆虫损伤后，会产生一些挥发性化学物质来引诱害虫天敌的到来。植物的挥发性物质主要是植物次生代谢的产物，来源于植物的脂肪酸代谢、氨基酸代谢等[16]。茉莉酸和水杨酸是植物体内2种重要信号物质，与植物的病虫抗性有重要的关系[1718]。有研究[1720]报道，茉莉酸通过刺激植物体内相应的防御基因，可使植物产生蛋白酶抑制素、次生化合物（类黄酮等）以及释放一些挥发物质等,水稻所产生和释放的黄酮类和异黄酮类物质有不同程度的抑菌作用[21]。在环境胁迫下，酚类物质已被证实为化感活性较强的一类物质。研究[22]表明，植物在受虫害损伤后，在次生代谢方面最明显的变化就是酚类物质含量上升。当植物受病原微生物或植食性昆虫诱导产生的代谢物质进入环境后，植物周围的任何生物就是这些次生代谢产物的接受者，植物和微生物还有植食性昆虫就会受到影响，对于侵染的病原微生物和害虫产生防御作用[23]。关于植物防御病虫害有一种假说，叫做碳素/营养平衡(Carbon/Nutrient Balance, CNB)假说，此假说认为因为植食性昆虫的为害，使植物营养素含量下降，碳素/营养失去平衡，碳素的过量积累导致植物合成一些不含N的物质，如酚类[2425]，这些物质对于害虫有防御作用。虽然此假说难以圆满解释所有试验结果，但大多试验结果表明在病原微生物和害虫胁迫下，次生代谢产物含量增加，使植物产生积极防御[2628]。
土壤中的微生物可以通过改变植物代谢过程中的细胞渗透压、酶的活性以及其他成分与植物体进行相互作用[29]。土壤微生物也会影响植物激素的形成，同化植物的某些代谢产物，然后由根系吸收并运输到地上部，从而达到抵抗病虫害和病菌的侵入。同时土壤微生物加速土壤有机物的转化与分解供植物生长需要[2930]，地上部的病虫害影响地上部和地下部的养分分布改变土壤微生物群落，后者也会通过植物来影响地上部植食者[7,31]。因此，本研究选用感虫品种水稻，以褐飞虱作为地上部植食者，白叶枯病菌作为病原菌对水稻进行侵害，在土壤微生物群落影响下，测定地上部植食者的生物量增加量、水稻白叶枯病染病率、植物次生代谢化合物含量（总酚、类黄酮等），研究微生物群落对植物地上部植食害虫及病菌行为的影响。研究结果将为进一步探究土壤微生物群落对地上部病虫害的防御机制奠定基础。
1 材料与方法
1．1 供试材料
1．1．1 供试土壤 供试土壤采自中科院鹰潭红壤生态站。土壤为水稻土，分为两种，分别是长期施加无机肥的无机肥土壤C和长期施加有机肥的有机肥土壤O。土壤取样深度为0~20cm，鲜土采集后，剔除石块、大中型土壤动物及根茬等残体后进行过5mm筛，备用。
将两种土壤各取一半在室内进行湿热灭菌，使其成为无菌无机肥土壤Ce和无菌有机肥土壤Oe，备用。相对应的，没有进行灭菌处理的土壤分别标记为无机肥土壤Cm和有机肥土壤Om。
1．1．2 供试虫源和菌源 褐飞虱（BP）采自南京郊区稻田，在室内以感虫品种 TN1 水稻苗饲养数代，实验选择 34龄若虫作为接种虫源。白叶枯病菌（BB）由江苏南京农科院提供。
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