番茄颈腐根腐病是由尖孢镰刀菌FORL(Fusarium oxysporum ***)引起的番茄生产上的土传病害之一,严重威胁番茄产业的发展,给番茄产量和品质造成严重的负面影响。中国番茄产业发展迅速,产量位居全球第一,在世界番茄贸易的地位也越来越重要。根际微生物群落在协同植物抵御病原物入侵中发挥着重要的作用,然而番茄根际微生物群落与番茄颈腐根腐病发生的关系尚未解析,且防控番茄颈腐根腐病的微生物资源短缺。本研究以常年发生番茄颈腐根腐病区域的健康和患病番茄根际土壤为研究对象,通过16S r RNA及ITS扩增等技术,分析了健康和患病番茄根际土壤微生物区系特征,采用PICRUSt、FUNGuild预测番茄根际真菌以及细菌群落的功能,对比健康和患病番茄根际微生物群落结构特征及多样性,明确了番茄颈腐根腐病发生与番茄根际真菌以及细菌群落结构和组成的潜在关系;通过非靶向代谢组学等分析方法,阐明了健康和患病番茄根际土壤代谢谱特征,挖掘出具有防控番茄颈腐根腐病的功能菌株,组建功能菌群并评估其防控番茄颈腐根腐病的效果,确定潜在调控功能菌群的土壤代谢物,解析潜在调控功能菌群的机理,以及功能菌群和调控因子联合施用对番茄颈腐根腐病发病率及番茄生长的影响;在此基础上,阐明了功能菌群促进番茄生长的作用机制,主要结果如下:(1)通过分析健康和患病番茄根际土壤的微生物区系特征发现,相对于患病番茄根际土壤,健康番茄根际土壤中全钾及速效磷含量较高,全氮、全磷、有机质及速效钾含量较低;高通量测序结果表明,健康和患病番茄根际细菌及真菌群落结构存在显著差异;相对于健康番茄根际细菌和真菌群落,患病番茄根际细菌群落微生物多样性指数Simpson显著增高,患病番茄根际真菌群落微生物多样性指数Shannon显著降低;通过菌群差异分析,发现患病番茄根际群落中富集了镰刀菌(Fusarium)、癣囊腔菌(Plectosphaerella)、unclassified＿k＿Fungi和曲霉属(Aspergillus)等菌群,并且镰刀菌变化幅度最大;通过番茄根际真菌群落中真菌的功能分类分析,发现与健康番茄根际真菌群落相比,患病番茄根际真菌群落中植物病原菌相对丰度显著增多;健康和患病番茄根际镰刀菌群落结构存在显著差异,而且unclassified＿g＿Fusarium OTU68在番茄根际镰刀菌群落中相对丰度最高,通过系统进化树分析发现,其与番茄颈腐根腐病病原菌有着密切的关系,因此,推测镰刀菌群落组成失衡导致了番茄颈腐根腐病发生。在番茄细菌群落中,健康番茄根际细菌群落优势菌群为norank＿f＿norank＿o＿norank＿c＿Subgroup＿6、Gaiella、norank＿f＿norank＿o＿norank＿c＿KD4-96等,但其变化幅度均小于镰刀菌;通过对番茄根际细菌群落功能进行预测分析,发现健康番茄根际细菌群落功能中防御机制的相对丰度显著增加;因此,健康番茄根际细菌群落中可能存在具有防控番茄颈腐根腐病的微生物资源。(2)通过对健康番茄根际土壤中的菌株进行分离、筛选,利用盆栽试验验证了候选菌株防控番茄颈腐根腐病的能力,筛选出两株拮抗番茄颈腐根腐病病原菌的功能菌株B-1、B425-1;明确了功能菌株B-1、B425-1能够显著降低番茄颈腐根腐病发病率;通过形态学、生化指标以及16S r DNA序列分析,功能菌株B-1、B425-1被分别鉴定为贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)。利用系统进化树分析发现,功能菌株B-1、B425-1与假单胞菌OTU245、芽孢菌OTU224有着密切关系。(3)利用非靶向代谢组学研究了健康和患病番茄根际土壤代谢物组成及差异特征,结果表明,健康和患病番茄根际土壤代谢物组成差异明显,有285个代谢物的相对含量发生显著差异;KEGG富集分析发现75个代谢物富集到萜类和聚酮类生物碱的生物合成、花青素生物合成等代谢路径上;经差异代谢物来源预测后发现,16个代谢物来源于植物,12个代谢物来源于植物—微生物互作,主要是由生物碱、糖等物质组成。这表明番茄根际土壤差异代谢物也可能直接或间接地影响有益微生物或病原菌的活性和功能。(4)由于铜绿假单胞菌B-1、贝莱斯芽孢杆菌B425-1、尖孢镰刀菌FORL与假单胞菌OTU245、芽孢菌OTU224、镰刀菌OTU68有着密切的关系,进一步利用假单胞菌OTU245、芽孢菌OTU224、镰刀菌OTU68与代谢组数据进行了关联分析,以期阐明功能菌株、尖孢镰刀菌FORL与番茄土壤代谢物的关系。结果发现蔗糖与假单胞菌OTU245、芽孢菌OTU224均呈现正相关,与镰刀菌OTU68呈现负相关,这表明蔗糖可能直接或间接调控
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