葫芦和西瓜砧穗在不同土壤上根际微生物的组装过程开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

西瓜是我国重要经济作物，但因连作导致的土传病害频发，对农业生产造成严重损失。土传病害是指病原体例如真菌、细菌、线虫和病毒随植物病残体生活在土壤中，条件适宜时从作物根部或茎部侵害作物而引起的病害。西瓜枯萎病是一种分布较广、危害严重、防治困难的典型土传病害^[1]，由半知菌亚门真菌西瓜尖孢镰刀菌侵染所致。病菌在土壤中和未腐熟的带菌肥料中越冬，在离开寄主的情况下，能存活5-6年，部分病菌可存活10年以上。病菌通过土壤、种子传播，发病瓜田一般可造成减产30%～50%，严重时可达80%，甚至绝产^[2]。研究表明，土传病害发生的因素很多，其中根际微生态平衡被打破、特别是微生物群落结构被破坏是导致土传病害高发的主要原因。作物连作使土壤微生物生态平衡被打破，导致多样性降低，细菌数量总体下降，真菌显著上升，土壤微生物由细菌主导转化为真菌主导，病原菌大量繁殖，更容易侵染作物^[3]。目前防治措施主要有熏蒸土壤、化学药剂喷施、与其他作物轮作等，但不同方法各有利弊。嫁接作为一种古老的园艺技术，能够有效防控西瓜枯萎病^[4]。嫁接也会让西瓜根际土壤中的某些菌群（尤其是优势种群）得到富集，菌群多样性增加^[5]。根系分泌物介导了土壤中植物和微生物之间的互作。通过嫁接换根，改变了植物向土壤中分泌的有机物质的组成，从而使根际形成一个特有的化学环境，招募不同种类的微生物，在根际形成化学和生物双重屏障，有效抵抗病原菌入侵^[6]。在对嫁接西瓜的研究中发现，与西瓜实生苗相比，嫁接西瓜的枯萎病发病率在土耳其可以降低100%，在美国东南部可以降低88%^[7]。

嫁接改变根系分泌物的组成，进而影响了根际微生物的组装。细菌细胞结构相对与真菌简单，对环境变化敏感，研究证明嫁接可以不同程度提高土壤细菌多样性^[8]。土壤细菌参与许多重要生态过程，对养分循环、植物生长及抵抗病原入侵等方面扮演重要角色^[9]。实验室前期实验表明，不同嫁接处理的西瓜品种根际微生物群落结构有明显差异。根际细菌群落生物多样性与发病率、病原菌数量呈显著负相关关系，嫁接西瓜根际细菌群落多样性显著高于自根西瓜，在根际形成广泛的生态位重叠以抵挡病原菌入侵^[6]。

土壤空间异质性导致微生物群落存在差异。研究表明，不同土壤上种植的水稻根际微生物群落存在显著差异^[10]。一个玉米方面的研究表明，不同地点根际微生物群落发生巨大改变^[9]。吉林、海南、江苏、新疆分别位于我国北部、南部、东部和西部地区，地处不同气候类型带，土壤理化差异较大，且均为西瓜生产大省。因此，研究不同嫁接处理的植株根际微生物群落变化的影响，并且研究不同土壤类型对根际微生物群落的影响以及在不同省份土壤上砧穗互作对根际微生物群落的组装过程 ^[10]。可以为嫁接通过改变根际微生物群落进而提高抗病性提供重要的理论依据。

2. 研究的基本内容和问题

1. 项目研究的目标

本研究采集吉林、海南、江苏、新疆四个省份当地典型土壤，在四种土壤上均种植自根葫芦、自根西瓜、嫁接西瓜葫芦砧木、嫁接葫芦西瓜砧木四种类型的植物，通过测序分析，比较不同土壤类型上砧穗互作如何影响根际微生物的群落组装过程，以期能为嫁接通过改变根际微生物群落进而提高抗病性提供重要的理论依据。

3. 研究的方法与方案

1．盆栽实验

于南京农业大学牌楼试验基地进行盆栽实验，具体如下。4个地点土样过20目筛，去除塑料、根等杂物；将土装入盆钵中，每盆土重大约480g。之后用自来水将育苗基质中的植株幼苗根部清洗干净，移栽到盆钵中。实验分为4种土壤类型、4种植物类型共16个处理，每个处理8个重复，期间适当浇水。种植45天后，进行破坏性采样，抖落根表松软的土，将紧紧附着在根表的土视为根际土。根和根际土一并放入冰盒中，运回实验室4℃保存进行后续试验及分析。

2.技术路线

4. 研究创新点

5. 研究计划与进展

1.与本项目有关的研究工作积累和已有的研究工作成绩

南京农业大学江苏省固体有机废弃物资源化高技术研究重点实验室有机（类）肥料研究团队在沈其荣教授的带领下，长期以来从事土壤微生物研究工作，曾主持完成2个国家自然科学基金重点项目以及多个面上基金。对中国不同类型土壤，不同施肥类型，不同农田管理方式的微生物研究成果发表相继有数十篇发表在国际高质量的论文期刊上。

2.项目研究计划及预期进展