丹参是多年生草本植物,根部入药,是我国大宗中药材.近年来,随着市场需求逐步增加,种植面积不断扩大,丹参病害发生日益严重,已成为丹参产量和品质的重要威胁.其中,以根部病害为害最为严重.丹参根腐病是生产中的最重要病害,其次为丹参枯萎病,叶部病害以叶斑病最为严重.目前生产上对丹参病害的防治主要以化学防治为主,辅助以生防制剂.该文对丹参根腐病、枯萎病、白绢病、根结线虫病、叶斑病、红叶病及病毒病丹参常见7种病害的为害症状、病原菌、发生规律以及防治措施等进行了总结,旨在为丹参生产中病害辨识、病原物的分离鉴定及科学用药,正确防治各病害提供指导.

目的:该文研究了丹参连作根际土壤真菌群落组成及多样性变化,有利于阐述丹参-土壤-真菌根际微环境的变化,为揭示连作障碍形成的原因提供理论基础.方法:基于高通量测序技术,分别对未种植丹参(CK),连作1年(Y1)及连作两年(Y2)的根际土壤进行转录间隔区(ITS)测序,3种处理中分别得到14 153,19 024及7 622条有效序列,注释为1 027,1 095及712种真菌可操作分类单元(OTU).结果:随着连作年限的增加,真菌群落多样性呈现出先下降后上升的变化趋势.在纲分类水平上,优势菌群分别为伞菌纲(Agaricomycetes),锤舌菌纲(Leotiomycetes)及银耳纲(Tremellomycetes),在3种处理中所占比例大小分别为Y1＞CK＞Y2,Y2＞Y1＞CK,CK＞Y2＞Y1;在属分类水平上,CK中优势菌属为耐冷酵母(Guehomyces),Y1及Y2较CK相比分别下降96.13％和90.21％,异常威克汉姆酵母(Wickerhamomyces)在Y2中所占比例增幅明显(6.64％),较CK及Y1相比分别增加290.59％及564.00％.结论:CK及Y1样品中根际土壤真菌在属水平上群落结构上具有更高的相似性,Y2样品群落结构分布热图显示炭疽菌属(Cryptosporiopsis)等致病真菌成为优势菌属,推测与连作丹参病害率高有一定相关性.研究结果为阐述丹参连作障碍形成、发展绿色种植提供理论支撑.

采用MiSeq高通量测序技术对连作、轮作、套作3种种植模式下丹参根际土壤中细菌的16S rDNA基因V3-V4区片段和真菌18S rDNA基因V4区片段进行了测序,研究了细菌和真菌群落结构的变化,并分析了其与土壤因子的关系,从根际微生态系统的变化阐释了丹参连作障碍的发生机理.总体上,细菌和真菌群落的大部分Alpha多样性指数在3种种植模式之间没有显著差异,但呈现轮作＞套作＞连作的趋势.与连作相比,轮作显著提高了细菌群落的香农-威纳指数和丛枝菌根真菌的侵染率.从细菌群落的组成上看,轮作模式下芽单胞菌门的相对丰度显著低于连作和套作.相反,轮作和套作时浮霉菌门和拟杆菌门的相对丰度则高于连作.轮作和套作模式下,真菌群落中的接合菌门、壶菌门和子囊菌门的相对丰度显著高于连作.另外,不同种植模式下微生物之间的相互作用关系也有明显差异,轮作甚至会造成真菌之间的相互关系发生逆转.连作模式下检出了丹参枯萎病的病原菌镰刀菌,而有益菌枯草杆菌属的数量却呈下降趋势,这可能是引起丹参病害加剧的原因之一.主坐标成分分析表明,微生物群落在3种种植模式之间没有发生显著的分化,前两个主坐标成分的总解释能力均小于30％,表明没有显著的主导因子.轮作和套作可以提高土壤pH和部分矿质营养,降低ORP.但是,土壤性质的变化仅影响细菌群落,对真菌群落的影响不明显.套作模式下,总钾和有效钾会提高细菌和真菌群落的多样性;轮作和连作模式下的真菌群落则刚好相反,它们更适应低钾和高ORP的环境.研究结果表明,轮作和套作可以在一定程度上改善土壤质量,提高根际细菌群落多样性,改变微生物群落组成,以及微生物-微生物、微生物-丹参之间的相互关系,这些可能是缓解丹参连作障碍的重要原因.

丛枝菌根真菌与栽培丹参形成共生体后产生诸多有益的作用,如提高药材产量、促进有效成分积累,减少病害的发生等,然而施用杀菌剂是否会影响菌根效益,目前相关研究甚少.基于此,该研究以丛枝菌根真菌的侵染强度、丹参生长以及有效成分含量作为评价指标,研究4种不同类型的杀菌剂(多菌灵、多抗霉素、甲基拖布津、代森锰锌)对菌根效益的影响.实验结果表明不同种类的杀菌剂作用不同.施用代森锰锌对丹参菌根效益的抑制作用最强,代森锰锌处理会显著降低菌根侵染率和侵染强度,显著抑制丛枝菌根真菌对丹参生长以及有效成分积累的促进作用.多抗霉素处理对菌根侵染率和侵染强度无显著影响,反而在促进丹参地上部分生长以及迷迭香酸的积累等方面与菌根具有协同作用.4种不同类型的杀菌剂对丛枝菌根侵染及菌根效益的抑制作用大小为代森锰锌＞甲基托布津、多菌灵＞多抗霉素.因此,在进行丹参菌根化栽培时可以配合使用多抗霉素等生物杀菌剂,避免使用代森锰锌等化学杀菌剂进行病害防治.

丹参是我国常用的大宗药材,由于近年来市场需求量不断增加,种植面积正在不断扩大.在丹参人工种植过程中,连作障碍现象十分严重,连作丹参长势明显减弱,根部病害发生日益严重,已严重影响到药材的产量和品质.在病原微生物侵袭植株时,会诱导植物产生抗性反应.课题组前期从丹参病株的根部分离得到尖孢镰刀菌Fusarium oxysporum和大丽轮枝菌Verticillium dahlia.该研究对丹参接种尖孢镰刀菌F.oxysporum(Foc处理组)和大丽轮枝菌V.dahlia(Vd处理组)7 d后,丹参的发病率分别为48％、26％02种病原菌均显著降低了丹参的地上部分生物量.接菌处理5 d后,防御相关的过氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、超氧化物歧化酶(SOD)、多酚氧化酶(PPO)的活性达到峰值,且Foc处理组的酶活性显著高于Vd处理组.接菌3 d后,防御基因Sm.PDF2.1和SmPR10表达量最高,随后下降.结果表明,尖孢镰刀菌和大丽轮枝菌对丹参均有致病力,是丹参的致病菌,并能强烈诱导丹参产生系统抗性,且尖孢镰刀菌对丹参具有更强的致病能力和诱导系统抗性的能力.

枯萎病是栽培丹参的主要病害,其病原菌为尖孢镰刀菌,尖孢镰刀菌对栽培植物的侵染受到环境因素的影响.基于此,该文采用盆栽实验的方式研究尖孢镰刀菌对丹参幼苗侵染过程,揭示病害发生程度与植物体内病原菌浓度的关系,在此基础上研究环境温度和湿度对尖孢镰刀菌侵染丹参幼苗的影响.研究结果表明,丹参幼苗接种尖孢镰刀菌后,最先在栽种基质中检出,随着病原菌的不断繁殖,逐渐侵染至幼苗根和茎中(4～5 d),此时植株出现叶片黄化、萎蔫症状.7～8 d后在各部位中数量达到最大值,发病后期其在体内数量逐渐减少.随着丹参发病程度的加重,栽培基质、幼苗根和茎中病原菌的浓度呈现增加后下降的趋势,在中度发病的样本中尖孢镰刀菌浓度达到最大值,重度发病的样本中降低.另外,环境温度和湿度影响尖孢镰刀菌对丹参幼苗的侵染.尖孢镰刀菌对丹参幼苗侵染最适宜的环境温度为25～30℃,适宜的环境湿度为80％～90％.该研究对于今后开展丹参枯萎病病原菌的致病性实验、生防菌的筛选以及栽培丹参枯萎病的防治具有一定的指导意义.