該研究為開發(fā)種子包衣技術在作物病害防治中的應用提供了重要參考,相關成果已發(fā)表在學術期刊《環(huán)境污染》(《Environmental Pollution》)上。

明確種衣劑對種子內(nèi)生細菌和真菌群落影響

棉花是重要的經(jīng)濟作物,也是紡織工業(yè)的主要原料。目前,對棉花種子和幼苗危害嚴重的有黃萎病、立枯病、紅腐病、炭疽病、猝倒病等。

中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所研究員、棉花病害防控與風險評估創(chuàng)新團隊首席科學家朱荷琴7月11日在接受科技日報記者采訪時表示,由多種病原菌侵染引起的棉花苗期病害,嚴重影響了棉花種子萌發(fā)和幼苗生長,已成為限制棉花生產(chǎn)綠色可持續(xù)發(fā)展的主要問題之一。目前,種子包衣是防治棉花苗病最經(jīng)濟、最簡便、最有效的措施。2.5%咯菌腈和11%精甲.咯.嘧菌是兩種最常用的棉花種子包衣劑,″但其對種子內(nèi)生群落和根際微生態(tài)的影響尚不清楚。″

種衣劑是指工廠生產(chǎn)的含有不同農(nóng)藥成分的藥劑,用藥劑對種子進行包衣,播種后可防止土壤中病蟲侵襲。隨著種子發(fā)芽出土,藥劑從種衣中逐漸釋放,被作物吸收,還可防治地上的部分病蟲害。

朱荷琴解釋說,種衣劑中的殺菌劑成分可抑制土壤中病原菌的生長發(fā)育,起到防治棉花苗病的作用。其中,咯菌腈是一種新型廣譜殺菌劑,它通過抑制病原真菌分生孢子的萌發(fā)、芽管的伸長和菌絲的生長來發(fā)揮抑菌與殺菌活性。精甲霜靈主要是通過阻斷或抑制病原真菌菌絲體內(nèi)蛋白質合成,來發(fā)揮抑菌與殺菌活性。嘧菌酯則是通過抑制線粒體呼吸,從而干擾病原菌的能量循環(huán),達到抑制病原真菌菌絲生長和孢子形成。

″我們通過微生物組和代謝組聯(lián)合分析的方法,系統(tǒng)評價了種衣劑對棉花種子內(nèi)生菌、根際土壤酶活、根際土壤微生物群落和代謝譜的影響,結果發(fā)現(xiàn),種子包衣劑處理顯著改變了種子內(nèi)生細菌和真菌的群落結構。″朱荷琴說。

研究團隊在評估來自包衣、未包衣種子內(nèi)的細菌、真菌群落后,發(fā)現(xiàn)其存在顯著差異,而真菌群落的差異更大。也就是說,種衣劑處理顯著降低了棉花種子內(nèi)變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、桿菌(Bacillus)等微生物的豐度。

豐度是指特定物種的微生物,在某個體系中活動和繁殖的數(shù)量或變化趨勢。豐度是衡量微生物群落結構、多樣性及生態(tài)功能的重要指標。

為開發(fā)土壤環(huán)境污染修復技術提供支撐

″我們研究分析采集到的新疆阿拉爾、新疆石河子土壤,發(fā)現(xiàn)種子包衣劑處理顯著抑制了根際土壤過氧化氫酶活性、細菌和真菌生物量,同時,也顯著抑制了土壤中的一些有益微生物,但也能富集一些潛在的污染物降解菌。″朱荷琴說,種子包衣劑對作物種子和根際土壤的影響是非常復雜的。

據(jù)細菌和真菌共生網(wǎng)絡分析表明,種子包衣劑顯著改變了播種后21天時的土壤代謝物譜,其中包括脂質和類脂分子、有機酸及其衍生物等。咯菌腈、精甲.咯.嘧菌種衣劑處理的棉花根際土壤過氧化氫酶活性,在種植后7天、21天和49天時均顯著低于對照組。

土壤過氧化氫酶主要來源于土壤微生物和植物根系的分泌物,是土壤生物代謝的重要酶類,主要功能是解除土壤中過氧化氫的毒害作用。

″除了棉花根際土壤過氧化氫酶活性顯著降低外,咯菌腈、精甲.咯.嘧菌種衣劑處理的種子播種在阿拉爾和石河子土壤中后,土壤總細菌和總真菌豐度也有顯著降低。″朱荷琴說,通常認為土壤微生物豐度越高,生態(tài)系統(tǒng)就越穩(wěn)定,對植物的長期生長就越有利。

不過,不同地區(qū)的土壤受種衣劑的影響并不相同。研究發(fā)現(xiàn),石河子土壤中的微生物群落,對種衣劑脅迫的抵抗力高于阿拉爾土壤。

″根據(jù)這些研究結果,未來我們可通過添加、整合特定的微生物群來改進種衣劑的配方技術,以抵消種子和根際中損失的有益菌群,增加防病效果。同時,可以進一步分離、培養(yǎng)高效降解咯菌腈和精甲.咯.嘧菌的菌株,為開發(fā)土壤環(huán)境污染修復技術和保障作物健康安全提供有力支撐。″朱荷琴說。