利用植物间互作效应减轻蔬菜连作障碍技术的推广与应用

• 收藏
• 分享

获奖名称：

神农中华农业科技奖科学研究类成果

获奖区域：

中国农学会

获奖等级：

二等奖

主要完成人：

吴凤芝; 周新刚; 潘凯; 刘守伟; 蒋欣梅; 李大龙; 李文慧

关键词：

小麦;  黄瓜;  连作障碍;  植物;  发现;  番茄;  根际;  栽培模式;  蔬菜;  互作效应; 

第一完成单位：

东北农业大学

获奖时间：

2018-2019

项目名称：

联系人：

联系电话：

电子邮件：

邮编：

地址：

合作完成单位：

东北农业大学

单位电话：

传真：

网址：

推荐单位(专家)：

来源网站：

中国农学会

来源网址：

http://www.caass.org.cn/

摘要：

设施蔬菜是从传统农业向现代农业转变、保障蔬菜周年供应、实现农业增效、农民增收的重要途径。我国设施蔬菜约占蔬菜总供应量的40%，但连作障碍是制约设施蔬菜健康可持续生产的瓶颈问题。生产上盲目采用“大肥大药”，但防治效果差、产品农残高、环境污染严重。因此，探索减肥、减药、增效的环境友好型连作障碍防控措施已成为设施蔬菜生产中亟待解决的一大难题。本项目首先从植物-土壤微生物、植物-植物互作角度解析了设施主栽蔬菜作物连作障碍发生的根际生物学机理；然后，利用植物间互作效应和化感效应，发明了“伴生”、“填闲”等生态栽培模式，并进行了推广应用；最后，明确了菜田多样性种植(如轮作、间套作、填闲)提高作物生产力的机理，为设施蔬菜安全可持续生产提供了保障。主要科研成果如下：1. 黄瓜连作障碍发生的根际生物学机理研究。明确了连作黄瓜根际微生物菌群演替规律，发现黄瓜连作障碍与根际微生物群落结构变化、土传病原菌丰度增加相关。从黄瓜根际土壤中检测到了6种酚类自毒物质，其浓度在连作系统中保持稳定；外源添加该浓度的自毒物质抑制了黄瓜幼苗生长、改变了根际微生物菌群；自毒物质诱导的根际微生物菌群变化对黄瓜生长产生了负反馈作用。2. 小麦伴生瓜类蔬菜栽培模式的建立及控病增产机理研究。(1) 分析了40份小麦材料根系浸提液的化感作用，筛选出了对黄瓜、西瓜具有控病促生作用的小麦材料。田间伴生小麦促进了黄瓜生长、延缓了叶片衰老、减轻了黄瓜病害发生。(2) 发现小麦根系分泌物对西瓜枯萎病菌具有抑制作用，分离鉴定了其中的抑菌物质。发现伴生小麦提高了西瓜根系抗病基因表达。明确了伴生小麦及小麦根系分泌物对土壤微生物菌群的影响，发现伴生小麦诱导的土壤微生物变化抑制了西瓜枯萎病发生。3. 分蘖洋葱伴生番茄栽培模式的建立及控病增产机理研究。(1) 筛选出了对黄瓜、番茄化感潜力不同的分蘖洋葱种质资源。明确了不同分蘖洋葱品种的差异表达基因和蛋白，并克隆了化感作用相关基因。(2) 发现分蘖洋葱伴生减轻了番茄黄萎病、根结线虫等病害。阐明了分蘖洋葱伴生对番茄基因和蛋白表达的影响；发现接种黄萎病菌后，分蘖洋葱伴生提高了番茄抗病基因表达，硫在分蘖洋葱-番茄-黄萎病菌互作中发挥了重要作用。(3) 发现分蘖洋葱伴生促进了番茄生长，提高了番茄磷吸收，增加了有益微生物的丰度。证明了丛枝菌根真菌网络介导的物质转移在分蘖洋葱促进番茄生长、提高了磷吸收中发挥了作用。4. 小麦填闲模式的建立及促生机理研究。(1) 研究了小麦、黑麦、罗勒、苏丹草、鼠尾草、青葱、不结球白菜、大豆等植物填闲缓解黄瓜连作障碍的效果。发现小麦对促进黄瓜生长、修复连作土壤具有较好作用。(2) 发现小麦可以通过释放次生物质、调控土壤微生物促进黄瓜生长。5. 蔬菜作物合理种间互作栽培模式的建立与推广。建立了分蘖洋葱伴生番茄、黄瓜、菜豆，小麦伴生黄瓜、西瓜、甜瓜和小麦填闲等生态栽培模式7套，破解了设施生产中轮作难的问题。推广至黑龙江、吉林、辽宁、青海、河南、山东等10余个地区，累计推广面积35.3万亩，创社会经济效益1.89亿元。6. 本项目获得的主要学术成果。获得授权专利8项、建立地方标准2项；在国内外重要刊物发表论文164篇，其中SCI收录78篇(累计影响因子110，单篇最高引用105次，3篇ESI高被引论文)，有2篇论文获中国精品科技期刊顶尖学术论文；出版蔬菜作物连作障碍及调控相关专著4部；分别获得2016年黑龙江省科技进步一等奖、2007年黑龙江省自然科学二等奖、2010年黑龙江省自然科学二等奖、和2018年中国园艺学会“华耐园艺科技奖”。总之，该成果历时10余年，主持完成4项国家基金，在蔬菜作物连作障碍发生及通过植物间互作效应控病增产的根际生物学机理方面进行了创新，建立了7套生态栽培模式，破解了设施蔬菜轮作中难的问题，获发明专利5项，发表论文164篇，推广面积35.3万亩，创社会经济效益1.89亿元，查新结果为“在国内外，具有本项目上述特征的利用植物间互作效应减轻蔬菜连作障碍技术的推广与应用研究未见报道”。