本文探讨了土壤微生物组在葡萄栽培中的关键作用,包括促进根系健康、提升果实风味及增强抗逆性。不同砧木品种显著影响根际微生物群落结构,进而影响葡萄品质。此外,文章介绍了利用生物防治剂如AMF和商业微生物杀菌剂来提高葡萄对胁迫的抵抗力,为葡萄栽培的绿色、健康、可持续高质量发展提供技术支持。
一、引言
土壤微生物主要分为细菌、古细菌、真菌、原生生物和病毒,它们可以对植物产生有益、中性或致病的作用。微生物组指微生物群及其活动场所,包括微生物结构元素,如蛋白质、肽、脂质、核酸、多糖,以及作为信号分子、毒素、有机分子和环境条件的微生物代谢物。目前,探索土壤微生物组的分类和功能多样性的主要方法是基于培养基组成和高通量测序的平板法和宏基因组学。通过这些技术的使用,已经研究表明植物相关微生物是从土壤微生物群中招募的,因此土壤是丰富植物微生物多样性的微生物储存库。
在葡萄栽培种,土壤微生物组可能影响葡萄果实的风味,并在提高葡萄栽培的适应性上具有重要作用,有利于增强植物对生物及非生物胁迫的抵抗力,从而提高作物的产量和品质。嫁接是葡萄普遍采用的栽培方式,葡萄砧木品种的选择对接穗品种的生长和葡萄果实的品质有重要影响。因此,砧木与土壤微生物群之间的相互作用是葡萄栽培适应性的关键,成为当前科学研究的热点。
二、葡萄根系与土壤微生物的交互
根际被定义为包裹着植物根系的狭窄土壤区域,是大量微生物的宿主,它们直接或间接地与植物相互作用,被认为是地球上最具活力的生态系统之一。部分根际微生物已被证明能为寄主植物提供更好的适应环境胁迫的能力,可能在植物健康中发挥不可或缺的作用。根系通过分泌糖、氨基酸、有机酸、维生素、植物激素、类黄酮和萜烯类化合物等来促进根际微生物的富集。葡萄微生物组学研究发现其原核微生物组主要由变形菌门组成,其次是厚壁菌门、放线菌门、酸杆菌门和拟杆菌门;真核微生物组在葡萄植株的地上及地下部由子囊菌门和担子菌门组成,在根部由球囊菌门组成。
土壤是植物的微生物储存库。葡萄汁和葡萄酒中的微生物主要属于葡萄浆果的微生物群落,会影响其香气和风味等特征,许多研究支持这些微生物的主要来源是葡萄园土壤。但目前鲜有研究评估土壤微生物群落对浆果成分产生的影响,并且研究主要集中在丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)上。AMF共生体是葡萄最常见的菌根形式,可以向植物根细胞提供磷素(P)和氮素(N),作为回报,植物为真菌提供光合作用固定的碳。AMF在葡萄栽培中的应用促进了葡萄植株次生代谢物的合成,进而提高了果实品质和抗逆性。
不同砧穗组合对葡萄根际细菌群落结构有很大影响。有研究分析了4个接穗品种与4个砧木品种的16个砧穗组合的根际细菌群落结构,结果表明根际细菌多样性首先受接穗品种影响,其次受砧木品种基因型影响,但影响程度取决于多样性指数。不同砧木的根际样品均以变形菌门和放线菌门为主,但细菌属因砧木而异。在真菌方面,子囊菌门和担子菌门在不同砧木间差异较大。特定的属附属于不同的砧木品种基因型,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,使用生物防治剂(Biological control agents,BCAs)可以有效预防植物病害,通过地下宿主特异性受体,利用有益微生物激发葡萄的免疫反应,增强植物抗逆性。除此之外,微生物群可以增强植物非生物胁迫的耐受性。有研究表明,根系微生物组可通过调节激素或提高植物抗氧化活性来增强植株对水分亏缺的耐受性。此外,AMF的外部菌丝体可以提高植株水分利用效率,从而缓解水分短缺胁迫。
基于土壤有益微生物促进植物健康和果实质量的特性,在葡萄苗木种植前用特定微生物(如AMF)接种砧木,可能是提高葡萄对非生物和生物胁迫能力的有效策略。葡萄栽培中最常见的生物防治剂常以喷雾施用,与合成溶液相比,其抵抗白粉病、霜霉病和灰霉病的效果更好。目前,商业微生物杀菌剂大多来源于细菌、酵母和多细胞真菌,如Bacillus subtilis、Trichoderma harzianum、Saccharomyces cerevisiae等,这些微生物在世界各地广泛分布,并且可以在葡萄园土壤中自然发现,为葡萄园土壤研究中生物防治剂的筛选提供了帮助。
四、总结
随着全球对可持续农业和环境保护的关注日益增加,土壤微生物组在葡萄栽培中的作用显得尤为重要。不同的葡萄砧木和接穗基因型能招募根系附近独特但潜在有益的微生物,通过优化土壤微生物群落结构,不仅可以提高葡萄的产量和品质,还能减少化学肥料和农药的使用,为葡萄栽培的绿色、健康、可持续高质量发展提供技术支持。
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