连作马铃薯根系分泌物鉴定及其对尖孢镰孢菌（Fusariumoxysporum）的作用

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00001

摘要/Abstract

摘要：

为了揭示马铃薯连作化感物质与枯萎病之间的关系，通过水培和田间长期定位试验相结合方法，收集不同连作年限马铃薯根系分泌物，采用GC-TOF-MS进行分离鉴定。结果表明：在检测到的马铃薯根系分泌的48种物质中有机酸占30种。比较轮作、连作5年和连作10年马铃薯根系分泌物中有机酸的相对含量，发现苹果酸和棕榈酸的差异比较大。马铃薯连作条件下根系分泌物能显著增强尖孢镰孢菌（Fusariumoxysporum）的发育并加重枯萎病发生。通过外源添加法研究苹果酸和棕榈酸对尖孢镰孢菌的化感作用，苹果酸和棕榈酸浓度分别在0.10—0.50 mmol·L^-1和0.05—0.10 mmol·L^-1对尖孢镰孢菌生长起到显著的促进作用。盆栽试验表明，浓度0.05—0.50 mmol·L^-1苹果酸和棕榈酸对马铃薯枯萎病有显著的促进作用。这说明苹果酸和棕榈酸是马铃薯根系分泌的化感自毒物质，对尖孢镰孢菌生长起促进作用是连作马铃薯枯萎病发病主要原因。

关键词: 马铃薯, 根系分泌物, 苹果酸, 棕榈酸, 化感效应, 尖孢镰孢菌（Fusariumoxysporum）, 枯萎病

Abstract:

In order to reveal the relationship between Fusarium wilt and allelochemicals of potato continuous cropping. The root exudates of continuous cropping potato were collected by hydroponics and long-term field experiments. The results showed that 30 kinds of organic acids were detected in 48 compounds secreted by potato roots. Comparing the relative organic acids contents of rotation， 5 years continuous cropping and 10 years continuous cropping， it was found that there was significant difference between malic acid and palmitic acid. The allelopathic effects of malic acid and palmitic acid on Fusarium oxysporum were studied by exogenous addition method. The results showed that malic acid and palmitic acid promoted the growth of F. oxysporum in the concentration range of 0.10-0.50 and 0.05-0.10 mmol·L^-1， respectively.The results from the pot experiment showed that malic acid and palmitic acid could significantly promote potato Fusarium wilt in the concentration range of 0.05-0.50 mmol·L^-1. The results showed that malic acid and palmitic acid were allelochemicals secreted by potato roots， and the promoting effect of malic acid and palmitic acid on F. oxysporum was the main cause of potato Fusarium wilt.

Key words: potato, root exudates, malic acid, palmitic acid, allelopathy, Fusarium oxysporum, Fusarium wilt

中图分类号:

Q945.79

谢奎忠, 邱慧珍, 胡新元, 罗爱花. 连作马铃薯根系分泌物鉴定及其对尖孢镰孢菌（Fusariumoxysporum）的作用[J]. 中国沙漠, 2021, 41(3): 7-15.

Kuizhong Xie, Huizhen Qiu, Xinyuan Hu, Aihua Luo. Identification of root exudates from continuous cropping potato in dry land and their allelopathy to Fusarium oxysporum[J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(3): 7-15.

图/表 9

参考文献 25

1	牛秀群，李金花，张俊莲，等.甘肃省干旱灌区连作马铃薯根际土壤中镰刀菌的变化［J］.草业学报，2011，20（4）：236-243.
2	沈宝云，刘星，王蒂，等.甘肃省中部沿黄灌区连作对马铃薯植株生理生态特性的影响［J］.中国生态农业学报，2013，21（4）：689-699.
3	谢奎忠，陆立银，罗爱花.不同栽培措施对连作马铃薯土壤真菌、真菌性病害和产量的影响［J］.中国蔬菜，2013（2）：70-75.
4	庄敬华，杨长城，高增贵，等.连作对甜瓜化感作用的模拟试验［J］.植物保护，2008，34（5）：137-139.
5	谢奎忠，陆立银，罗爱花，等.长期连作对马铃薯土传病害和产量的影响［J］.中国种业，2018（2）：65-67.
6	安小敏，胡俊，武建华，等.马铃薯枯萎病病原菌研究概述［J］.中国马铃薯，2017，31（5）：302-306.
7	程莹，白寿发，庄敬华，等.甜瓜残茬腐解物对镰孢枯萎病的助长作用［J］.中国农学通报，2011，27（8）：217-221.
8	杨瑞秀，高增贵，姚远，等.甜瓜根系分泌物中酚酸物质对尖孢镰孢菌的化感效应［J］.应用生态学报，2014，25（8）：2355-2360.
9	Lara-Nunez A，Romero-Romero T，Ventura J L，et al.Allelochemical stress causes inhibition of growth and oxi-dative damage in Lycopersicon esculentum Mill［J］. Plant，Cell and Environment，2006，29：2009-2016.
10	Siegrid S，Roswitha M，Horst V.Germination of Fusarium oxysporum in root exudates from tomato plants challenged with different Fusarium oxysporum strains［J］.European Journal of Plant Pathology，2008，122（3）：395-401.
11	Wu H S，Liu D Y，Linga N，et al.Influence of root exudates of watermelon on Fusarium oxysporum f. sp. niveum［J］.Soil Science Society of America Journal，2009，73（4）：1150-1156.
12	Mol L，Riessen H W V.Effect of plant roots on the germination of microsclerotia of Verticillium dahliae use of root observation boxes to assess differences among crops［J］.European Journal of Plant Pathology，1995，101（6）：673-678.
13	Pantelides L S，Tjamos S E，Striglis L A，et al.Mode of action of a non-pathogenic Fusarium oxysporum strain against Verticillium dahliae using real time QPCR analysis and biomarker transformation［J］.Biological Control，2009，50（1）：30-36.
14	Xie K Z，Yue Y，Qiu H Z，et al.Complete mitochondrial genome sequence of potato pathogenic fungus，Fusarium oxysporum f. sp. KGSJ26F3［J］.Mitochondrial DNA Part B Resources，2020，5（3）：2408-2409.
15	陈维林，马莹，龚德勇，等.烤烟托盘浅水密播育苗及其配套移栽技术研究［J］.农业现代化研究，2014（5）：9-13.
16	Asrar Z，Mozafari H，Rezanejad F，et al.Calcium and L-histidine effects on ascorbate glutathione cycle components under nickel-induced oxidative stress in tomato plants［J］.Biologia Plantarum，2014，58（4）：709-716.
17	Li A，Zhang Q，Chen J，et al.Adsorption of phenolic compounds on Amberlite XAD-4 and its acetylated derivative MX-4［J］.Reactive and Functional Polymers，2001，49（3）：225-233.
18	张文明，邱慧珍，张春红，等.不同连作年限马铃薯根系分泌物的成分鉴定及其生物效应［J］.中国生态农业学报，2018，26（12）：1811-1818.
19	Kind T，Wohlgemuth G，Lee D Y，et al.FiehnLib： mass spectral and retention index libraries for metabolomics based on quadrupole and time-of-flight gas chromatography/mass spectrometry［J］.Analytical Chemistry，2009，81（24）：10038-10048.
20	Dunn W B，Broadhurst D，Begley P，et al.Procedures for large-scale metabolic profiling of serum and plasma using gas chromatography and liquid chromatography coupled to mass spectrometry［J］.Nat Protoc，2011，6（7）：1060-1083.
21	Williamson G B，Richardson D.Bioassays for allelopathy： measuring treatment responses with independent controls［J］.Journal of Chemical Ecology，1988，14（1）：181-187.
22	Blum U.Relationships between phenolic acid concentrations，transpiration，water utilization，leaf area expansion，and uptake of phenolic acid：nutrient culture studies［J］.Journal of Chemical Ecology，2005，31：1907-1932.
23	Bais H P，Weir T L，Perry L G，et al.The role of root exudates in rhizosphere interactions with plants and other organisms［J］.Annual Review of Plant Biology，2006，57：233-266.
24	李敏，闫兴富，马丽，等.酚酸类化感自毒物质对枸杞种子萌发的抑制作用［J］.生态学报，2020，40（ 6）：2072-2079.
25	张文明，邱慧珍，张春红，等.马铃薯根系分泌物成分鉴别及其对立枯丝核菌的影响［J］.应用生态学报，2015，26（3）：859-866.

峰	停留时间/min	化合物	相对丰度/%	峰	停留时间/min	化合物	相对丰度/%
1	7.31	丙酮酸	0.04	25	15.86	阿拉伯糖醇	0.05
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21	15.01	苯丙氨酸	0.21	45	24.40	二十二酸	0.01
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23	15.37	核糖	0.13	47	25.11	海藻糖	0.06
24	15.49	天冬酰胺	0.09	48	25.64	龙胆二糖	0.04

峰	停留时间/min	化合物	相对丰度/%	峰	停留时间/min	化合物	相对丰度/%
1	7.31	丙酮酸	0.04	25	15.86	阿拉伯糖醇	0.05
2	7.46	乳酸	1.23	26	15.99	岩藻糖	0.08
3	7.68	乙醇酸	0.06	27	17.00	莽草酸	0.02
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6	9.05	NG-甲基-L-精氨酸	0.05	30	17.75	果糖	13.06
7	9.67	缬氨酸	3.22	31	17.79	甘露糖	0.08
8	10.39	乙醇胺	0.76	32	17.92	无水葡萄糖	38.38
9	10.76	异亮氨酸	2.32	33	18.11	半乳糖	1.32
10	10.84	脯氨酸	8.07	34	18.23	甘露醇	0.02
11	10.94	甘氨酸	0.36	35	18.26	山梨醇	9.73
12	11.04	丁二酸	0.15	36	18.37	L-酪氨酸	1.17
13	11.23	甘油酸	0.01	37	19.22	棕榈油酸	0.03
14	11.36	尿嘧啶	0.03	38	19.43	棕榈酸	2.43
15	11.54	富马酸	0.06	39	19.80	肌醇	0.77
16	11.65	丝氨酸	0.44	40	20.94	亚油酸	0.60
17	11.99	别苏氨酸	0.28	41	20.94	L-色氨酸	1.45
18	13.31	苹果酸	1.27	42	20.99	反油酸	0.03
19	13.75	焦谷氨酸	2.52	43	21.22	硬脂酸	1.76
20	13.85	4-氨基丁酸	0.46	44	24.32	蔗糖	0.02
21	15.01	苯丙氨酸	0.21	45	24.40	二十二酸	0.01
22	15.29	五碳醛糖	0.12	46	24.82	纤维二糖	0.05
23	15.37	核糖	0.13	47	25.11	海藻糖	0.06
24	15.49	天冬酰胺	0.09	48	25.64	龙胆二糖	0.04

峰	停留时间 /min	化合物	相对丰度/%			峰	停留时间 /min	化合物	相对丰度/%
峰	停留时间 /min	化合物	轮作	连作 5年	连作 10年	峰	停留时间 /min	化合物	轮作	连作 5年	连作 10年
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峰	停留时间 /min	化合物	相对丰度/%			峰	停留时间 /min	化合物	相对丰度/%
峰	停留时间 /min	化合物	轮作	连作 5年	连作 10年	峰	停留时间 /min	化合物	轮作	连作 5年	连作 10年
1	7.2	2-羟基吡啶	1.50	1.51	1.12	27	15.99	岩藻糖	0.08	0.11	0.15
2	7.31	丙酮酸	0.02	0.05	0.52	28	17.00	莽草酸	2.13	1.14	0.03
3	7.46	乳酸	1.61	1.63	1.91	29	17.10	柠檬酸	2.69	3.22	4.75
4	7.68	乙醇酸	2.98	2.18	0.08	30	17.51	右旋奎宁酸	0.01	0.02	0.03
5	8.07	丙氨酸	1.68	1.70	1.28	31	17.75	果糖	17.40	16.22	15.23
6	8.66	3-羟丙酸	0.28	0.01	0.02	32	17.79	甘露糖	0.07	0.11	0.13
7	9.05	NG-甲基-L-精氨酸	0.04	0.07	0.08	33	17.92	无水葡萄糖	12.64	16.51	21.53
8	9.67	缬氨酸	4.26	4.06	3.76	34	18.11	半乳糖	1.73	1.75	1.55
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11	10.84	脯氨酸	5.42	5.40	2.45	37	18.37	L-酪氨酸	1.53	1.55	1.38
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处理	培养时间/d						菌丝鲜质量 /g
	3		5		7
	菌落直径/mm	化感指数RI	菌落直径/mm	化感指数RI	菌落直径/mm	化感指数RI
对照	32.02^c	—	49.09^c	—	63.08^c	—	0.0096^d
轮作	33.61^b	0.047^c	50.72^b	0.032^c	65.89^b	0.043^c	0.0183^c
连作5年	34.58^ab	0.074^b	52.96^ab	0.073^b	68.92^ab	0.085^b	0.0362^b
连作10年	35.62^a	0.101^a	54.93^a	0.106^a	71.38^a	0.116^a	0.0568^a