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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 阿魏酸與鐮刀菌互作對(duì)地黃連作障礙的影響
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類(lèi)：
- 生命科學(xué)
- 大類(lèi)：
- 自然科學(xué)類(lèi)學(xué)術(shù)論文
- 簡(jiǎn)介：
- 藥用植物的連作障礙問(wèn)題已經(jīng)成為我國(guó)中藥現(xiàn)代化的一個(gè)制約因素。本實(shí)驗(yàn)以存在嚴(yán)重連作障礙的地黃為材料，評(píng)價(jià)地黃須根的自毒作用并對(duì)自毒物質(zhì)進(jìn)行鑒定，進(jìn)行了土壤病原真菌的分離鑒定以及在自毒物質(zhì)誘導(dǎo)下的病原真菌對(duì)地黃連作障礙的影響，對(duì)地黃連作障礙的形成機(jī)理有一定參考價(jià)值。
- 詳細(xì)介紹：
- 懷地黃是我國(guó)著名 “四大懷藥”之一，但是其藥用植物——玄參科多年生草本植物地(Rehmannia glutinosa Libosch.)卻存在非常嚴(yán)重的連作障礙，同一地塊上種植一茬地黃后須經(jīng)8-10年方可再種。本研究針對(duì)當(dāng)前連作障礙的研究特點(diǎn)和前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇自毒作用較強(qiáng)的阿魏酸作為研究材料，并從地黃連作土壤和發(fā)病植株中分離地黃病原真菌，進(jìn)行阿魏酸在不同連作土壤中的定量分析，并進(jìn)行阿魏酸與鐮刀菌之間互作的初步研究。不同產(chǎn)區(qū)地黃的連作土壤均能抑制地黃幼苗生長(zhǎng)；地黃連作造成根際土壤細(xì)菌數(shù)量減少，土壤真菌和放線菌數(shù)量增多，使得地黃土壤微生物類(lèi)型由“細(xì)菌型”逐步向“真菌型”過(guò)渡；土壤脲酶、蔗糖酶和過(guò)氧化氫酶的活性隨著種植年限的增加而下降，土壤多酚氧化酶、纖維素酶和蛋白酶的活性隨著種植年限的增加而增加，但土壤磷酸酶活性卻隨著種植年限在增加在不同產(chǎn)區(qū)土壤中呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)。室內(nèi)自毒作用潛力評(píng)價(jià)表明，相同濃度處理下的地黃須根提取物、地黃茬后土壤提取物、地黃根系分泌物均能抑制地黃生長(zhǎng)，表現(xiàn)出自毒作用，且地黃須根提取物具有更強(qiáng)的化感抑制作用； 95%乙醇進(jìn)行地黃須根自毒物質(zhì)浸提，經(jīng)硅膠柱色譜分離，進(jìn)行活性追蹤實(shí)驗(yàn)確定部位III為抑制活性最高的分離部位，硅烷化衍生化后進(jìn)行氣質(zhì)聯(lián)用分析得到32個(gè)化學(xué)物質(zhì)；通過(guò)文獻(xiàn)檢閱后選擇9個(gè)單體物質(zhì)對(duì)地黃幼苗進(jìn)行生物測(cè)試，結(jié)果表明所選的9個(gè)單體物質(zhì)能較大程度上抑制地黃生長(zhǎng)。進(jìn)一步應(yīng)用HPLC對(duì)7種酚酸在正茬土壤樣品，重茬土壤樣品，根系分泌物和須根提取物的定量結(jié)果也表明，鑒定的化合物既存在于土壤樣品中也存在于根系分泌物中，但是不同樣品中7種酚酸類(lèi)物質(zhì)的含量不同。通過(guò)PDA平板法從連作土壤中分離到26株鐮刀菌，采用回接發(fā)病實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有3株菌株編號(hào)為CCS038、CCS043、CCS044回接地黃引起地黃發(fā)病初步認(rèn)為此三株菌株為地黃專(zhuān)化型鐮刀菌菌株。外源添加阿魏酸的誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，阿魏酸在不同程度上促進(jìn)大多數(shù)鐮刀菌生長(zhǎng)，促進(jìn)鐮刀菌孢子萌發(fā)，并外源添加阿魏酸于鐮刀菌發(fā)酵液中進(jìn)行了差異蛋白質(zhì)組學(xué)分析。外源添加阿魏酸和菌株發(fā)酵液處理地黃幼苗發(fā)現(xiàn)，阿魏酸不僅能直接抑制地黃株高生長(zhǎng)，降低葉部葉綠素含量和根系活力，還引起地黃體內(nèi)膜脂過(guò)氧化物含量的增加，影響保護(hù)酶系統(tǒng)。阿魏酸還促進(jìn)鐮刀菌生長(zhǎng)，兩者互作進(jìn)而加劇地黃連作障礙。
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作品專(zhuān)業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 撰寫(xiě)目的：地黃自毒物質(zhì)和鐮刀菌互作互作對(duì)連作障礙的影響，有助于明確地黃連作障礙的成因，為連作障礙的控制技術(shù)研究提供借鑒?；舅悸罚喊l(fā)病植株和土壤中出病原真菌，進(jìn)行顯微觀察和分子鑒定；回接發(fā)病對(duì)地黃專(zhuān)化型菌株篩選；評(píng)價(jià)地黃須根、根系分泌物和地黃茬后土壤的自毒潛力，分離自毒物質(zhì)；篩選單體自毒物質(zhì)對(duì)病原真菌的誘導(dǎo)效應(yīng)研究；自毒物質(zhì)和病原真菌互作后對(duì)地黃的影響。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 本研究是在長(zhǎng)期研究植物化感作用和地黃連作障礙的基礎(chǔ)上，將造成地黃連作障礙的自毒作用和土傳病害相結(jié)合，探討地黃連作障礙問(wèn)題。并初步探討自毒物質(zhì)對(duì)病原真菌的誘導(dǎo)作用，為深入揭示自毒物質(zhì)在地黃連作障礙中的功能地位具有一定意義。目前對(duì)地黃自毒物質(zhì)的研究大多集中于地黃根系分泌物對(duì)地黃連作障礙的影響，忽視了地黃殘茬降解物對(duì)重茬地黃的影響，特別是殘茬降解物在土壤中累積對(duì)土壤微生物的影響。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本研究針對(duì)當(dāng)前連作障礙的研究特點(diǎn)和前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)目前尚未受到重視的地黃須根和殘茬降解物物自毒物質(zhì)分離材料，并從發(fā)病植株和連作土壤中分離到地黃專(zhuān)化型鐮刀菌，同時(shí)選擇自毒作用較強(qiáng)的阿魏酸作為研究材料進(jìn)行阿魏酸在不同連作土壤中的定量分析。本研究還初步探討自毒物質(zhì)對(duì)病原真菌的誘導(dǎo)作用，為深入揭示自毒物質(zhì)在地黃連作障礙中的功能地位具有一定借鑒意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 懷地黃是我國(guó)著名 “四大懷藥”之一，但是其卻存在非常嚴(yán)重的連作障礙。本研究對(duì)自毒物質(zhì)逐級(jí)分離和真菌分離進(jìn)行篩選。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：地黃連作造成根際土壤細(xì)菌數(shù)量減少，土壤真菌和放線菌數(shù)量增多，使得地黃土壤微生物類(lèi)型由“細(xì)菌型”向“真菌型”過(guò)渡。95%乙醇進(jìn)行地黃須根自毒物質(zhì)浸提，經(jīng)硅膠柱色譜分離，進(jìn)行活性追蹤實(shí)驗(yàn)確定部位III為抑制率最高部位，硅烷化衍生化后進(jìn)行氣質(zhì)聯(lián)用分析得32個(gè)化學(xué)物質(zhì)；選擇9個(gè)單體物質(zhì)對(duì)地黃幼苗進(jìn)行生物測(cè)試，得所選的9個(gè)單體物質(zhì)能較大程度上抑制地黃生長(zhǎng)。應(yīng)用HPLC對(duì)7種酚酸在正茬土壤樣品，重茬土壤樣品，根系分泌物和須根提取物的定量結(jié)果也表明，鑒定的化合物既存在于土壤樣品中也存在于根系分泌物中，但是不同樣品中7種酚酸類(lèi)物質(zhì)的含量不同。通過(guò)PDA平板法從連作土壤中分離到26株鐮刀菌，采用回接發(fā)病實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有3株菌株編號(hào)為CCS038、CCS043、CCS044回接地黃引起地黃發(fā)病。阿魏酸不僅能直接抑制地黃株高生長(zhǎng)，降低葉部葉綠素含量和根系活力，還引起地黃體內(nèi)膜脂過(guò)氧化物含量的增加，影響保護(hù)酶系統(tǒng)。阿魏酸還促進(jìn)鐮刀菌生長(zhǎng)，兩者互作進(jìn)而加劇地黃連作障礙。
獲獎(jiǎng)情況
- 無(wú)
鑒定結(jié)果
- 通過(guò)
參考文獻(xiàn)
- [1] He CN, Gao WW, Yang JX, Bi W, Zhang S, Zhao YJ (2009) Identification of autotoxic compounds from fibrous roots of Panax quinquefolium L. Plant Soil 318:63–72 doi: 10.1007/s11104-008-9817-8 [2] Perry LG, Thelen GC, Ridenour WM, Weir TL, Callaway RM, Paschke MW, Vivanco JM (2005) Dual role for an allelochemical: (+/?)-catechin fromCentaurea maculosa root exudates regulates conspecific seedling establishment. J Ecol 93:1126–1135 [3] 王明道 ,吳宗偉 ,原增艷等.外源阿魏酸對(duì)水培地黃生長(zhǎng)的影響. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，43（1）：25-29. [4] 何江華，付香斌，馬東明，等. 地黃塊根膨大過(guò)程中土壤化感物質(zhì)含量及微生物數(shù)量變化研究. 河南科學(xué)，2008，26（11）：1369-1372. [5] 王玉萍，趙楊景，邵迪,等. 西洋參根系分泌物的初步研究. 中國(guó)中藥雜志，2005，30（3）：229-231. [6] 陳慧，郝慧榮，熊君,等. 地黃連作對(duì)根際微生物區(qū)系及土壤酶活性的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，18（12）：2755-2759.
同類(lèi)課題研究水平概述
- 國(guó)內(nèi)外關(guān)于化感自毒作用的研究多集中在水稻、大豆、黃瓜等作物，而地黃的化感自毒作用與根際微生態(tài)環(huán)境研究較少。試驗(yàn)表明，引起連作障礙的化感物質(zhì)眾多，酚酸類(lèi)物質(zhì)是目前研究最多、活性較強(qiáng)的一類(lèi)化感物質(zhì)；酚酸類(lèi)物質(zhì)影響植物的膜系統(tǒng)、光合作用、酶活性、土壤微生物活性以及內(nèi)源激素，對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，研究者均把酚酸類(lèi)物質(zhì)作為化感自毒作用研究的重點(diǎn)，已成為公認(rèn)的化感物質(zhì)，其中香草酸、對(duì)羥基苯甲酸、丁香酸、香豆酸和阿魏酸是文獻(xiàn)中經(jīng)常報(bào)道的幾種一元酚酸類(lèi)化感物質(zhì)。目前對(duì)地黃自毒物質(zhì)的分析主要從土壤和根系分泌物中進(jìn)行自毒物質(zhì)的分離，須根的降解物對(duì)下茬地黃和土壤微生物的影響還未被人重視。解紅娥等（2007）研究認(rèn)為隨著地黃連年人工栽培，土壤真菌病害越來(lái)越嚴(yán)重，輕者感病率為20％～30％，重者感病率達(dá)50％以上，個(gè)別地塊甚至絕收，成為地黃種植生產(chǎn)的重要威脅。并對(duì)山西省主要地黃種植區(qū)域的土樣進(jìn)行病原菌分離和形態(tài)特征、培養(yǎng)特征的結(jié)果鑒定，得到9個(gè)屬的10種有害菌株。吳宗偉等（2009）也檢測(cè)了重茬地黃土壤中阿魏酸、香草酸、香草醛和對(duì)羥基苯甲酸等4種酚酸物質(zhì)的積累量，并通過(guò)水培條件下添加酚酸，發(fā)現(xiàn)阿魏酸、香草酸和香草醛含量在地黃生長(zhǎng)期表現(xiàn)為持續(xù)增加,而對(duì)羥基苯甲酸含量先升高后降低；外加阿魏酸、香草酸等對(duì)水培地黃根長(zhǎng)、根質(zhì)量、全株鮮質(zhì)量和株高有較強(qiáng)的抑制作用。 Sturz和Christie(2003)以及Sturz(2006)研究認(rèn)為，植物根系分泌物影響了根際土壤微生物的生長(zhǎng)，促進(jìn)根際有益菌生長(zhǎng)則對(duì)植物有益;如果促進(jìn)有害菌特別是病原菌生長(zhǎng)則對(duì)植物有害，也就是連作土傳病害現(xiàn)象。作物連作后，土壤中的有益微生物減少，有害微生物增加(成田保三郎，1982);作物根際微生物與土體微生物比減小(西尾道德，1984);作物根表真菌特別是鐮刀菌數(shù)量大幅增加(松本滿夫等，1978)；林干夫（1996）通過(guò)外源添加酚酸后發(fā)現(xiàn)青霉菌數(shù)量上升。不同的研究雖然從各方面闡述了作物連作障礙的可能原因，結(jié)論亦有所差異，但由作物自毒物質(zhì)引起的自毒作用和連作造成的土壤微生態(tài)劣化已經(jīng)成為連作障礙研究的主要內(nèi)容。特別是探討自毒物質(zhì)與土壤微生物之間的互作已經(jīng)成為研究連作障礙的新的切入點(diǎn)。
