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西瓜枯萎病是危害西瓜[Citrulluslanatus(Thunb.)MansfeldandNakai]生产的主要土传病害之一。西瓜在连续种植多年后会导致枯萎病病害加重，严重影响西瓜产量和品质。因此，寻找一种合理有效的方法来缓解西瓜枯萎病是目前急需解决的问题。前期研究发现添加小麦秸秆可减轻西瓜枯萎病，但其机理尚未清楚。本研究以小麦秸秆和枯萎病敏感型西瓜为研究试材，调查了添加小麦秸秆后对西瓜枯萎病的影响；探讨了小麦秸秆土壤腐解物浸提液对西瓜专化型尖孢镰刀菌[Fusariumoxysporumf.spniveum(E. F. Smith)Snyder&Hansen](简称FON)的影响；并采用RNA-Seq测序技术和生理生化手段探索了添加小麦秸秆土壤腐解物浸提液后西瓜对致病菌胁迫的抗性生理响应，初步揭示添加小麦秸秆土壤腐解物浸提液减轻西瓜枯萎病病害的生理生化和分子机制；同时运用Miseq高通量测序技术研究添加小麦秸秆后对西瓜根际土壤中细菌和真菌群落的影响，从土壤微生态方面初步揭示小麦秸秆缓解连作西瓜枯萎病的机理，为推动禾本科作物秸秆的生态利用及菜田土壤的修复提供重要理论依据和技术支撑。
主要研究结果如下：
(1)从玉米、水稻和小麦三种禾本科作物秸秆中验证小麦秸秆缓解连作西瓜枯萎病发病效果最好。近一步验证小麦-X01对缓解连作西瓜枯萎病发病效果优于其它两个品种(X00和X03)。将小麦X01秸秆分别按1%和2%的重量比添加到连作西瓜土壤后，均显著降低了西瓜枯萎病的发病率，促进了西瓜植株的生长，但这两个浓度之间无显著差异，确认了不同禾本科作物秸秆对缓解西瓜枯萎病的效果不同，且同种作物不同品种之间存在差异。
(2)利用水溶液浸提法收集小麦秸秆土壤腐解物的浸提液，并进行体外抑菌试验。研究结果表明，小麦秸秆土壤腐解物浸提液对FON的生长和孢子萌发均无显著影响。但添加小麦秸秆土壤腐解物浸提液能显著降低西瓜枯萎病的发病率，说明小麦秸秆土壤腐解物浸提液缓解西瓜枯萎病不是通过直接抑制病原菌而起作用。
(3)利用RNA-Seq分析小麦秸秆土壤腐解物浸提液调控西瓜对病原菌侵染的基因表达响应。结果表明，添加连作西瓜土壤浸提液(FCK)与添加1%小麦秸秆土壤腐解物浸提液(FT1)和添加2%小麦秸秆土壤腐解物浸提液(FT2)间分别有2892个和2262个差异表达基因(DEGs)，而FT1和FT2两个处理间仅有204个DEGs。对这些DEGs进行GO功能分析表明具有“催化活性”和“结合活性”的基因显著富集并上调表达。KEGG分析表明参与“淀粉和蔗糖合成代谢途径”、“苯丙烷合成途径”、“植物激素信号传导途径”、“葡萄糖醛酸转换途径”、“氨基糖和核苷酸糖代谢途径”、“内质网中的蛋白质加工途径”、“植物-病原体相互作用途径”、“碳代谢途径”、“氨基酸生物合成途径”、“内吞作用”等生物代谢过程的基因显著富集并上调表达，其中参与“苯丙烷合成途径”的基因占总DEGs的9.81%。而这些DEGs中有29个基因与木质素合成相关，且均上调表达，说明小麦秸秆土壤腐解物浸提液提高了西瓜对病原菌的抗性，对缓解西瓜枯萎病具有一定作用。
(4)研究了添加小麦秸秆土壤腐解物浸提液后西瓜对病原菌侵染的生理响应。接菌后，FT1和FT2处理的西瓜根系积累了大量的木质素，在根系中的皮质细胞和维管束的细胞壁上有较多的木质素分布。同时，FT1和FT2处理的西瓜根系中的防御酶(Phenylalanineammonialyase、Polyphenoloxidase、Peroxidase和Superoxidedismutase)和病程相关蛋白(几丁质酶和β-1,3葡聚糖酶)的活性均显著高于FCK。
(5)研究了添加小麦秸秆(按重量比1%)对土壤化学性质的影响。结果表明，添加1%小麦秸秆后在西瓜开花期显著降低了连作西瓜土壤的EC值、有效磷和有机质的含量，而对土壤的pH、全氮、全钾、全磷和速效钾均无显著影响。在西瓜坐果期，添加1%小麦秸秆显著降低了土壤的EC值，而对其它指标无显著影响。
(6)运用Miseq高通量测序分析了添加小麦秸秆(按重量比1%)后在西瓜开花期和坐果期对土壤细菌和真菌群落结构的影响。结果表明，添加小麦秸秆对西瓜根际土壤细菌和真菌群落的影响不同：对细菌群落的α-多样性无显著影响，而增加了真菌群落的α-多样性。添加小麦秸秆对西瓜根际土壤细菌和真菌相对丰度的影响：在西瓜开花期，添加小麦秸秆的西瓜根际土壤中放线菌属和Flavobacterium的相对丰度显著增加。西瓜坐果期，添加小麦秸秆的西瓜根际土壤中放线菌属、Dongia、Rhizobium和Dokdonella的相对丰度显著增加。对于真菌：在西瓜开花期，添加小麦秸秆的西瓜根际土壤的优势菌属Entoloma和Preussia均为抑病菌，而未添加小麦秸秆的西瓜根际土壤的优势菌属Fusarium、Scopulariopsis和Thanatephorus为致病菌。在西瓜坐果期，未添加小麦秸秆的西瓜根际土壤中的优势菌属Cladosporium和Scopulariopsis为致病菌。添加小麦秸秆的西瓜根际土壤中仅有1个优势菌属Schizothecium。添加小麦秸秆对西瓜根际土壤细菌和真菌绝对丰度的影响：在西瓜开花期，添加小麦秸秆显著降低了尖孢镰刀菌和FON1的绝对丰度，而对总细菌、真菌、放线菌和芽孢杆菌无显著影响；在西瓜坐果期，添加小麦秸秆显著增加了总细菌和放线菌的绝对丰度，显著降低了真菌和FON1的绝对丰度，而对尖孢镰刀菌和芽孢杆菌的绝对丰度无显著影响。
(7)对土壤微生物网络结构的研究发现，在西瓜开花期，添加小麦秸秆对连作西瓜根际细菌群落结构无显著影响，而增加了坐果期的根际细菌网络结构的稳定性。真菌网络中，添加小麦秸秆增加了连作西瓜土壤真菌网络结构的复杂度，物种之间的距离更紧密。
综上所述，本研究发现小麦秸秆土壤腐解物浸提液能有效缓解西瓜枯萎病的发病，但对FON无直接抑制作用，而是通过调控西瓜抗病相关基因的表达，增强相关防御酶的活性，增加抗病物质的积累，从而增强西瓜对枯萎菌的抗性；另一方面，添加小麦秸秆后增加了连作西瓜土壤中有益菌的相对丰度和数量，降低了致病菌的相对丰度和数量，增加了真菌网络的种间相互作用。因此，添加小麦秸秆缓解连作西瓜枯萎病，一方面通过小麦秸秆土壤腐解物浸提液增加西瓜的抗病性；另一方面通过小麦秸秆影响连作西瓜土壤微生物群落的变化，降低致病菌的数量，减少对西瓜的侵染，进而缓解西瓜枯萎病的发生。
主要研究结果如下：
(1)从玉米、水稻和小麦三种禾本科作物秸秆中验证小麦秸秆缓解连作西瓜枯萎病发病效果最好。近一步验证小麦-X01对缓解连作西瓜枯萎病发病效果优于其它两个品种(X00和X03)。将小麦X01秸秆分别按1%和2%的重量比添加到连作西瓜土壤后，均显著降低了西瓜枯萎病的发病率，促进了西瓜植株的生长，但这两个浓度之间无显著差异，确认了不同禾本科作物秸秆对缓解西瓜枯萎病的效果不同，且同种作物不同品种之间存在差异。
(2)利用水溶液浸提法收集小麦秸秆土壤腐解物的浸提液，并进行体外抑菌试验。研究结果表明，小麦秸秆土壤腐解物浸提液对FON的生长和孢子萌发均无显著影响。但添加小麦秸秆土壤腐解物浸提液能显著降低西瓜枯萎病的发病率，说明小麦秸秆土壤腐解物浸提液缓解西瓜枯萎病不是通过直接抑制病原菌而起作用。
(3)利用RNA-Seq分析小麦秸秆土壤腐解物浸提液调控西瓜对病原菌侵染的基因表达响应。结果表明，添加连作西瓜土壤浸提液(FCK)与添加1%小麦秸秆土壤腐解物浸提液(FT1)和添加2%小麦秸秆土壤腐解物浸提液(FT2)间分别有2892个和2262个差异表达基因(DEGs)，而FT1和FT2两个处理间仅有204个DEGs。对这些DEGs进行GO功能分析表明具有“催化活性”和“结合活性”的基因显著富集并上调表达。KEGG分析表明参与“淀粉和蔗糖合成代谢途径”、“苯丙烷合成途径”、“植物激素信号传导途径”、“葡萄糖醛酸转换途径”、“氨基糖和核苷酸糖代谢途径”、“内质网中的蛋白质加工途径”、“植物-病原体相互作用途径”、“碳代谢途径”、“氨基酸生物合成途径”、“内吞作用”等生物代谢过程的基因显著富集并上调表达，其中参与“苯丙烷合成途径”的基因占总DEGs的9.81%。而这些DEGs中有29个基因与木质素合成相关，且均上调表达，说明小麦秸秆土壤腐解物浸提液提高了西瓜对病原菌的抗性，对缓解西瓜枯萎病具有一定作用。
(4)研究了添加小麦秸秆土壤腐解物浸提液后西瓜对病原菌侵染的生理响应。接菌后，FT1和FT2处理的西瓜根系积累了大量的木质素，在根系中的皮质细胞和维管束的细胞壁上有较多的木质素分布。同时，FT1和FT2处理的西瓜根系中的防御酶(Phenylalanineammonialyase、Polyphenoloxidase、Peroxidase和Superoxidedismutase)和病程相关蛋白(几丁质酶和β-1,3葡聚糖酶)的活性均显著高于FCK。
(5)研究了添加小麦秸秆(按重量比1%)对土壤化学性质的影响。结果表明，添加1%小麦秸秆后在西瓜开花期显著降低了连作西瓜土壤的EC值、有效磷和有机质的含量，而对土壤的pH、全氮、全钾、全磷和速效钾均无显著影响。在西瓜坐果期，添加1%小麦秸秆显著降低了土壤的EC值，而对其它指标无显著影响。
(6)运用Miseq高通量测序分析了添加小麦秸秆(按重量比1%)后在西瓜开花期和坐果期对土壤细菌和真菌群落结构的影响。结果表明，添加小麦秸秆对西瓜根际土壤细菌和真菌群落的影响不同：对细菌群落的α-多样性无显著影响，而增加了真菌群落的α-多样性。添加小麦秸秆对西瓜根际土壤细菌和真菌相对丰度的影响：在西瓜开花期，添加小麦秸秆的西瓜根际土壤中放线菌属和Flavobacterium的相对丰度显著增加。西瓜坐果期，添加小麦秸秆的西瓜根际土壤中放线菌属、Dongia、Rhizobium和Dokdonella的相对丰度显著增加。对于真菌：在西瓜开花期，添加小麦秸秆的西瓜根际土壤的优势菌属Entoloma和Preussia均为抑病菌，而未添加小麦秸秆的西瓜根际土壤的优势菌属Fusarium、Scopulariopsis和Thanatephorus为致病菌。在西瓜坐果期，未添加小麦秸秆的西瓜根际土壤中的优势菌属Cladosporium和Scopulariopsis为致病菌。添加小麦秸秆的西瓜根际土壤中仅有1个优势菌属Schizothecium。添加小麦秸秆对西瓜根际土壤细菌和真菌绝对丰度的影响：在西瓜开花期，添加小麦秸秆显著降低了尖孢镰刀菌和FON1的绝对丰度，而对总细菌、真菌、放线菌和芽孢杆菌无显著影响；在西瓜坐果期，添加小麦秸秆显著增加了总细菌和放线菌的绝对丰度，显著降低了真菌和FON1的绝对丰度，而对尖孢镰刀菌和芽孢杆菌的绝对丰度无显著影响。
(7)对土壤微生物网络结构的研究发现，在西瓜开花期，添加小麦秸秆对连作西瓜根际细菌群落结构无显著影响，而增加了坐果期的根际细菌网络结构的稳定性。真菌网络中，添加小麦秸秆增加了连作西瓜土壤真菌网络结构的复杂度，物种之间的距离更紧密。
综上所述，本研究发现小麦秸秆土壤腐解物浸提液能有效缓解西瓜枯萎病的发病，但对FON无直接抑制作用，而是通过调控西瓜抗病相关基因的表达，增强相关防御酶的活性，增加抗病物质的积累，从而增强西瓜对枯萎菌的抗性；另一方面，添加小麦秸秆后增加了连作西瓜土壤中有益菌的相对丰度和数量，降低了致病菌的相对丰度和数量，增加了真菌网络的种间相互作用。因此，添加小麦秸秆缓解连作西瓜枯萎病，一方面通过小麦秸秆土壤腐解物浸提液增加西瓜的抗病性；另一方面通过小麦秸秆影响连作西瓜土壤微生物群落的变化，降低致病菌的数量，减少对西瓜的侵染，进而缓解西瓜枯萎病的发生。