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葡萄砧木和土壤微生物的相互作用

發(fā)布時(shí)間:2024-11-13 | 稿件來源:志昌農(nóng)業(yè)
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本文探討了土壤微生物組在葡萄栽培中的關(guān)鍵作用,包括促進(jìn)根系健康、提升果實(shí)風(fēng)味及增強(qiáng)抗逆性。不同砧木品種顯著影響根際微生物群落結(jié)構(gòu),進(jìn)而影響葡萄品質(zhì)。此外,文章介紹了利用生物防治劑如AMF和商業(yè)微生物殺菌劑來提高葡萄對(duì)脅迫的抵抗力,為葡萄栽培的綠色、健康、可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展提供技術(shù)支持。


一、引言

土壤微生物主要分為細(xì)菌、古細(xì)菌、真菌、原生生物和病毒,它們可以對(duì)植物產(chǎn)生有益、中性或致病的作用。微生物組指微生物群及其活動(dòng)場所,包括微生物結(jié)構(gòu)元素,如蛋白質(zhì)、肽、脂質(zhì)、核酸、多糖,以及作為信號(hào)分子、毒素、有機(jī)分子和環(huán)境條件的微生物代謝物。目前,探索土壤微生物組的分類和功能多樣性的主要方法是基于培養(yǎng)基組成和高通量測序的平板法和宏基因組學(xué)。通過這些技術(shù)的使用,已經(jīng)研究表明植物相關(guān)微生物是從土壤微生物群中招募的,因此土壤是豐富植物微生物多樣性的微生物儲(chǔ)存庫。

在葡萄栽培種,土壤微生物組可能影響葡萄果實(shí)的風(fēng)味,并在提高葡萄栽培的適應(yīng)性上具有重要作用,有利于增強(qiáng)植物對(duì)生物及非生物脅迫的抵抗力,從而提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。嫁接是葡萄普遍采用的栽培方式,葡萄砧木品種的選擇對(duì)接穗品種的生長和葡萄果實(shí)的品質(zhì)有重要影響。因此,砧木與土壤微生物群之間的相互作用是葡萄栽培適應(yīng)性的關(guān)鍵,成為當(dāng)前科學(xué)研究的熱點(diǎn)。


二、葡萄根系與土壤微生物的交互

根際被定義為包裹著植物根系的狹窄土壤區(qū)域,是大量微生物的宿主,它們直接或間接地與植物相互作用,被認(rèn)為是地球上最具活力的生態(tài)系統(tǒng)之一。部分根際微生物已被證明能為寄主植物提供更好的適應(yīng)環(huán)境脅迫的能力,可能在植物健康中發(fā)揮不可或缺的作用。根系通過分泌糖、氨基酸、有機(jī)酸、維生素、植物激素、類黃酮和萜烯類化合物等來促進(jìn)根際微生物的富集。葡萄微生物組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)其原核微生物組主要由變形菌門組成,其次是厚壁菌門、放線菌門、酸桿菌門和擬桿菌門;真核微生物組在葡萄植株的地上及地下部由子囊菌門和擔(dān)子菌門組成,在根部由球囊菌門組成。

土壤是植物的微生物儲(chǔ)存庫。葡萄汁和葡萄酒中的微生物主要屬于葡萄漿果的微生物群落,會(huì)影響其香氣和風(fēng)味等特征,許多研究支持這些微生物的主要來源是葡萄園土壤。但目前鮮有研究評(píng)估土壤微生物群落對(duì)漿果成分產(chǎn)生的影響,并且研究主要集中在叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)上。AMF共生體是葡萄最常見的菌根形式,可以向植物根細(xì)胞提供磷素(P)和氮素(N),作為回報(bào),植物為真菌提供光合作用固定的碳。AMF在葡萄栽培中的應(yīng)用促進(jìn)了葡萄植株次生代謝物的合成,進(jìn)而提高了果實(shí)品質(zhì)和抗逆性。

不同砧穗組合對(duì)葡萄根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)有很大影響。有研究分析了4個(gè)接穗品種與4個(gè)砧木品種的16個(gè)砧穗組合的根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu),結(jié)果表明根際細(xì)菌多樣性首先受接穗品種影響,其次受砧木品種基因型影響,但影響程度取決于多樣性指數(shù)。不同砧木的根際樣品均以變形菌門和放線菌門為主,但細(xì)菌屬因砧木而異。在真菌方面,子囊菌門和擔(dān)子菌門在不同砧木間差異較大。特定的屬附屬于不同的砧木品種基因型,如110R砧木的Geopyxis,1103P和140Ru砧木的Clonostachys。


三、微生物的生物防治策略

在葡萄栽培中,使用生物防治劑(Biological control agents,BCAs)可以有效預(yù)防植物病害,通過地下宿主特異性受體,利用有益微生物激發(fā)葡萄的免疫反應(yīng),增強(qiáng)植物抗逆性。除此之外,微生物群可以增強(qiáng)植物非生物脅迫的耐受性。有研究表明,根系微生物組可通過調(diào)節(jié)激素或提高植物抗氧化活性來增強(qiáng)植株對(duì)水分虧缺的耐受性。此外,AMF的外部菌絲體可以提高植株水分利用效率,從而緩解水分短缺脅迫。

基于土壤有益微生物促進(jìn)植物健康和果實(shí)質(zhì)量的特性,在葡萄苗木種植前用特定微生物(如AMF)接種砧木,可能是提高葡萄對(duì)非生物和生物脅迫能力的有效策略。葡萄栽培中最常見的生物防治劑常以噴霧施用,與合成溶液相比,其抵抗白粉病、霜霉病和灰霉病的效果更好。目前,商業(yè)微生物殺菌劑大多來源于細(xì)菌、酵母和多細(xì)胞真菌,如Bacillus subtilis、Trichoderma harzianum、Saccharomyces cerevisiae等,這些微生物在世界各地廣泛分布,并且可以在葡萄園土壤中自然發(fā)現(xiàn),為葡萄園土壤研究中生物防治劑的篩選提供了幫助。


四、總結(jié)

隨著全球?qū)沙掷m(xù)農(nóng)業(yè)和環(huán)境保護(hù)的關(guān)注日益增加,土壤微生物組在葡萄栽培中的作用顯得尤為重要。不同的葡萄砧木和接穗基因型能招募根系附近獨(dú)特但潛在有益的微生物,通過優(yōu)化土壤微生物群落結(jié)構(gòu),不僅可以提高葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì),還能減少化學(xué)肥料和農(nóng)藥的使用,為葡萄栽培的綠色、健康、可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展提供技術(shù)支持。

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