黃瓜單砧與雙砧嫁接對根際土壤微生物和酶活性的影響

謝遠峰 田永強，2 李 碩 姚凱騫 馬智明 楊雅婷 高麗紅*

（1 中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學與生物技術學院，北京 100193；2 中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京100193）

連作障礙是制約溫室黃瓜（Cucumis sativusL.）優(yōu)質高產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸（Yao et al.，2006；Tian et al.，2009，2011）。采用嫁接技術可以通過提高植株抗病性、防止土傳病害發(fā)生、減輕化感物質毒害等途徑克服溫室土壤連作障礙問題，進而提高黃瓜產(chǎn)量（Louws et al.，2010）。早期的研究已經(jīng)探明，利用抗性砧木嫁接目標作物可能會影響土壤微生物相關因子（Lockwood et al.，1970；Ginoux & Dauple，1985）。作物的分泌物和死亡的根是微生物豐富的能源物質（Smith& Paul，1991）。由于砧木根系可分泌與接穗根系不同的物質，這些分泌物可能對根際微生物造成不同的影響，進而影響土壤—作物系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)，從而改變作物生長發(fā)育的狀態(tài)。作物根際是土壤微生物與根系分泌物直接作用的最大場所。因此，嫁接砧木給根際微生物帶來的影響必然最為直接。但是，目前有關嫁接對黃瓜根際微生物環(huán)境的影響報道不多（Tian et al.，2009）。特別是不同嫁接方式如何影響根際土壤微生物相關因子的機制并不清楚。

土壤微生物群落是土壤中的活性組分，包括細菌、真菌、放線菌和原生動物、病毒和小型藻類等（Jackson & Ladd，1981）。由于在許多生態(tài)系統(tǒng)中起著至關重要的作用，土壤微生物群落被廣泛認作土壤質量不可分割的一部分（Yao et al.，2000；Schutter & Dick，2001；Tian et al.，2010）。黃奔立等（2007）研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜感病品種的根系分泌物與連作后枯萎病發(fā)病重存在著密切聯(lián)系，隨著連作年限的增加，尖孢鐮刀菌數(shù)量明顯上升。此外，連作黃瓜根系分泌的自毒物質可影響土壤酶活性。采用黑籽南瓜嫁接能夠克服黃瓜生產(chǎn)中的自毒作用（孫瑤，2005），近幾年新推出的褐籽南瓜京欣砧5號有耐低溫弱光、抗枯萎病、促進生長和提高產(chǎn)量的效果（張帆 等，2011）。

本試驗采取自根、單砧和雙砧3種嫁接方式，在盆栽土壤中進行連續(xù)兩茬種植，研究不同嫁接方式對不同茬口黃瓜不同生育時期的根際細菌、真菌、放線菌及黃瓜主要病原菌尖孢鐮刀菌的數(shù)量變化和根際土壤脲酶、中性磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性變化的影響，為嫁接緩解黃瓜連作障礙問題及其推廣應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2011年4～12月在中國農(nóng)業(yè)大學西校區(qū)科學園日光溫室內進行。供試基質由草炭與蛭石以3V∶1V配制而成，草炭容重為0.35 g·cm-3，總孔隙度為81.3%，有機質含量352 g·kg-1，全氮、全磷、全鉀含量分別為12.5、6.9、7.9 g·kg-1，pH值為4.45，EC值為0.67 mS·cm-1。

供試南瓜（Cucurbita moschataDuch.ex Poir）砧木品種為云南黑籽南瓜和褐籽南瓜京欣砧5號，黃瓜品種為中農(nóng)26號。

1.2 試驗方法

設3個處理（表1），種植模式全部為單株盆栽，盆直徑為38 cm，高47 cm。每處理3次重復，每重復種植10株，共30株，隨機區(qū)組排列。

春茬黃瓜4月14日在溫室內播種接穗，4月16日播種云南黑籽南瓜，4月17日播種京欣砧5號，4月19日嫁接，4月26日嫁接苗成活后移入盆內，8月4日拉秧；秋冬茬黃瓜9月15日播種接穗，9月18日播種黑籽南瓜，9月19日播種京欣砧5號，9月23日進行嫁接，9月30日定植，12月27日拉秧。試驗期間，每個小區(qū)肥水管理保持一致。

表1 試驗設計

1.3 測定項目

分別在春、秋兩茬黃瓜的3個不同生育時期進行根際土樣采集，即初瓜期（春茬6月24日、秋茬11月21日），盛瓜期（春茬7月8日、秋茬12月7日）和拉秧期（春茬8月4日、秋茬12月25日）。每次隨機挑選5株，挖出全部根系并抖落大塊土壤，然后將附著于根系的土樣用鑷子挑取至無菌自封袋中，立即帶回實驗室，迅速過2 mm 篩，一部分于4℃冰箱保存，用于分析土壤微生物；另一部分風干，過1 mm 篩，用于測定土壤酶活性。

黃瓜根際土壤微生物數(shù)量測定采用稀釋平板計數(shù)法。細菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨選擇性培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)采用馬丁孟加拉紅—鏈霉素選擇性培養(yǎng)基，放線菌培養(yǎng)采用改良高氏1號培養(yǎng)基（李阜棣 等，1996），尖孢鐮刀菌培養(yǎng)采用PEA 培養(yǎng)基（韓寶坤和杜艷華，2001）。

土壤脲酶活性測定采用苯酚鈉比色法；過氧化氫酶活性測定采用高錳酸鉀滴定法；磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法；蔗糖酶活性測定采用硫代硫酸鈉滴定法（許光輝和鄭洪元，1986）。

黃瓜果實產(chǎn)量測定：于每個栽培茬口下各小區(qū)分別選取生長狀況一致的黃瓜5株，每隔1～2 d 采收1次，測定黃瓜果實產(chǎn)量，取平均值計作每盆的產(chǎn)量。黃瓜采收標準為直徑2.5～3.0 cm，長25～30 cm。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003 和SPSS 19.0 軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同嫁接方式對黃瓜產(chǎn)量的影響

由圖1可以看出，與自根對照相比，單砧嫁接和雙砧嫁接均顯著提高了黃瓜產(chǎn)量。在春茬，單砧嫁接與雙砧嫁接黃瓜產(chǎn)量分別較自根對照提高了11.2%與11.4%；在秋茬，單砧嫁接與雙砧嫁接黃瓜產(chǎn)量分別較自根對照提高了8.8%與10.4%。但在本試驗條件下（盆栽），單砧嫁接與雙砧嫁接之間黃瓜產(chǎn)量在兩個栽培茬口均無顯著差異。這是因為本試驗中單砧嫁接與雙砧嫁接砧木中均用到黑籽南瓜，而黑籽南瓜根系可能對黃瓜產(chǎn)量起著決定性作用；此外，也可能是黑籽南瓜根系與褐籽南瓜根系對黃瓜產(chǎn)量的影響無顯著差異所致。所有處理春茬黃瓜產(chǎn)量均顯著高于秋茬，說明季節(jié)變化（溫度、光照、濕度等）對黃瓜產(chǎn)量的影響大于嫁接處理。

圖1 不同嫁接方式對黃瓜產(chǎn)量的影響

2.2 不同嫁接方式對黃瓜根際土壤微生物的影響

由圖2可知，不同嫁接方式下黃瓜根際微生物數(shù)量隨時間的變化趨勢基本一致，這說明季節(jié)變化（溫度、光照、濕度等）對黃瓜根際微生物的影響大于嫁接處理。在春茬，細菌和真菌數(shù)量均隨黃瓜生長發(fā)育時間的延長而增大，而放線菌數(shù)量先減小后增大。值得注意的是，在兩茬黃瓜末瓜期，多數(shù)測試微生物數(shù)量達到整個生育期最大值，這可能是因為隨著黃瓜的生長發(fā)育，根際累積的分泌物絕對量達到最大值，從而使微生物所能利用的根系代謝物和根部殘體量達到取樣期最大。

隨著處理時間的延長，處理間不同微生物數(shù)量差異逐漸明顯。這說明嫁接方式顯著影響了根際微生物的數(shù)量分布。對于細菌而言（圖2），其數(shù)量在春茬末瓜期（8月4日）達到峰值。在這一時期，單砧嫁接與雙砧嫁接黃瓜根際細菌數(shù)量比自根對照分別增加24.7%與28.7%。在秋茬盛瓜期（12月7日），單砧嫁接與雙砧嫁接黃瓜根際細菌數(shù)量比自根對照分別增加28.1%和40.7%。在整個秋茬取樣時期，細菌數(shù)量一直呈現(xiàn)雙砧嫁接＞單砧嫁接＞自根對照的趨勢，說明嫁接方式對黃瓜根際細菌帶來的影響比較穩(wěn)定。綜合來看，雙砧嫁接更有利于黃瓜根際土壤細菌數(shù)量的增殖。這是因為雙砧嫁接兩個砧木（黑籽南瓜與褐籽南瓜）的根系較單砧嫁接（黑籽南瓜）發(fā)達，根系分泌物多，進而有益于細菌繁殖。

圖2 不同嫁接方式對黃瓜根際土壤微生物數(shù)量的影響

真菌數(shù)量隨時間的變化趨勢與細菌基本一致（圖2）。但是，從春茬末瓜期（8月4日），單砧嫁接與雙砧嫁接黃瓜根際真菌數(shù)量均顯著低于自根對照，分別減少19.0%與22.5%；在秋茬盛瓜期（12月7日），單砧嫁接與雙砧嫁接黃瓜根際真菌數(shù)量比自根對照分別減少21.3%與24.1%，而單砧嫁接與雙砧嫁接處理在所有取樣時期均無顯著差異，這說明南瓜根系相較于黃瓜根系對真菌具有抑制作用。但是，黑籽南瓜根系與褐籽南瓜根系對真菌的影響無明顯差異，這可能與二者為同屬同種有關。

在春茬初瓜期，黃瓜根際放線菌數(shù)量（圖2）單砧嫁接、雙砧嫁接與自根對照相比分別增加103.7%與44.9%；而在春茬盛瓜期和秋茬所有取樣期，單砧嫁接黃瓜根際放線菌數(shù)量均顯著高于對照，而雙砧嫁接與自根對照相比無顯著差異。這可能是因為雙砧嫁接后，黃瓜植株更容易吸收土壤水分，使得土壤水分含量相對（與單砧嫁接相比）較低，從而減少了放線菌數(shù)量（放線菌與土壤水分關系密切）。

尖孢鐮刀菌為黃瓜枯萎病病原菌，是設施黃瓜連作中主要的病原菌之一。3種嫁接處理黃瓜根際尖孢鐮刀菌數(shù)量變化趨勢基本一致（圖2），即尖孢鐮刀菌進行寄生使活菌量一直上升并到春茬末瓜期數(shù)量達到峰值，短暫休閑后進行第2 茬連作，種植初期菌量緩慢下降，初瓜期后又一次上升；在秋茬末瓜期（12月27日），黃瓜根際尖孢鐮刀菌數(shù)量3種嫁接處理間均達到顯著差異水平，其中單砧嫁接與雙砧嫁接比自根對照分別減少32.3%和23.2%，差異達到極顯著水平，且單砧嫁接效果更好。這些結果說明，嫁接砧木根系可顯著抑制黃瓜病原菌擴繁，且黑籽南瓜根系對尖孢鐮刀菌的抑制作用更明顯。

2.3 不同嫁接方式對黃瓜根際土壤酶活性的影響

黃瓜根際土壤酶活性隨時間的變化趨勢見圖3。脲酶的主要功能是促進土壤中尿素分子等含氮有機物的水解，生成植物可吸收利用的氨，其活性常被用來評價土壤的供氮能力。在秋茬末瓜期，各處理間脲酶活性差異達到最大，其活性大小依次為雙砧嫁接＞單砧嫁接＞自根對照。與脲酶相似，在秋茬末瓜期中性磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶的活性各處理間的差異均達到最大，其活性大小依次為雙砧嫁接＞單砧嫁接＞自根對照。這些結果說明單砧嫁接和雙砧嫁接在保持和提高上述4種土壤酶活性方面優(yōu)勢明顯。

圖3 不同嫁接方式對黃瓜根際土壤酶活性的影響

3 結論與討論

本試驗中，不同嫁接方式顯著影響了黃瓜根際土壤微生物數(shù)量。特別是雙砧嫁接比單砧嫁接顯著增加了黃瓜根際土壤細菌的數(shù)量。細菌是土壤中數(shù)量較多的一類原核生物，土壤中有機質的分解和礦化主要靠微生物，特別是細菌的作用，因而土壤中細菌的數(shù)量及活動狀況，在某種意義上講，決定了土壤的肥力（魯素云，1993）。因此，盡管本試驗過程中各處理供肥一致，但嫁接方式仍可造成根際肥力差異。放線菌在土壤中分布廣泛，能分解土壤中較穩(wěn)定的腐殖質等有機化合物（van Bruggen & Semenov，1999；張星杰 等，2008），并且可以提高對有害微生物的拮抗作用。本試驗結果表明，單砧嫁接、雙砧嫁接與自根對照相比均能顯著增加黃瓜根際放線菌的數(shù)量，且單砧嫁接比雙砧嫁接的效果更好。如前所述，雙砧嫁接黃瓜根際放線菌數(shù)量較單砧嫁接數(shù)量低，反映了褐籽南瓜根系更容易吸收土壤水分。黃奔立等（2007）研究表明，黑籽南瓜根系分泌物能有效抑制尖孢鐮刀菌的增殖和黃枯病的發(fā)生。本試驗發(fā)現(xiàn)，單砧嫁接、雙砧嫁接與自根對照相比均能顯著減少黃瓜根際真菌與尖孢鐮刀菌的數(shù)量。單砧嫁接與雙砧嫁接由于供試砧木的不同使其對黃瓜根際土壤微生物產(chǎn)生的影響不同，在秋茬，黑籽南瓜較褐籽南瓜更能抑制真菌的數(shù)量，尤其是尖孢鐮刀菌的數(shù)量。上述試驗結果表明，由于褐籽南瓜與黑籽南瓜雙砧嫁接后根系更發(fā)達，其主要影響黃瓜根系對水分的吸收水平；而黑籽南瓜根系較褐籽南瓜根系更易抑制黃瓜病原菌，其主要影響作物的抗病水平。

不同嫁接方式對黃瓜根際土壤酶活性影響較大。隨著處理時間的延長，4種土壤酶活性各處理間的差異逐漸明顯，其大小依次均為雙砧嫁接＞單砧嫁接＞自根對照。這說明，與土壤微生物相比，土壤酶對嫁接的響應更為敏感，從而更容易區(qū)分各處理間的差異。這可能與這些土壤酶的重要性質相關。土壤中蔗糖酶直接參與土壤碳素循環(huán)，而脲酶直接參與土壤中含氮有機化合物的轉化（李東坡 等，2003；田永強 等，2009；Tian et al.，2010），磷酸酶在土壤磷循環(huán)中起重要作用（周禮愷 等，1983，1987）?？梢?，這些酶表征的不僅僅是嫁接處理間的差異，更多反應的是由不同嫁接方式造成的土壤各種生物—化學過程的動向和強度的差異（Dick，1992；田永強 等，2009）。

綜上所述，單砧嫁接和雙砧嫁接均可通過砧木根系活動適度改善根際微生物和酶環(huán)境，從而增加黃瓜產(chǎn)量。但是，在本試驗中，雖然雙砧嫁接較單砧嫁接提高了平均黃瓜產(chǎn)量，但無顯著差異。這可能與本試驗所采取的栽培方式有關，即盆栽可能限制了雙砧嫁接優(yōu)勢的發(fā)揮。盡管如此，雙砧嫁接在提高作物產(chǎn)量方面仍可能存在潛在優(yōu)勢。儲昭勝等（2010）研究認為雙砧嫁接綜合了兩個砧木的優(yōu)良特性，與單砧嫁接相比更容易促進肥水吸收，提高植株生長勢，進而提高產(chǎn)量。然而，雙砧嫁接對作物產(chǎn)量的影響可能與砧木的類型和組合有關。王鐵臣等（2011）試驗表明與單砧嫁接相比，雙砧嫁接中僅黑籽南瓜與白籽南瓜組合增產(chǎn)顯著，而其他雙砧嫁接處理并未顯著提高產(chǎn)量；特別是，白籽南瓜與褐籽南瓜組合的雙砧嫁接產(chǎn)量低于白籽南瓜單砧嫁接。可見，將來的研究需結合不同砧木的類型和組合對雙砧嫁接進行更加深入的研究。

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