不同品種小麥與蠶豆間作對(duì)蠶豆枯萎病發(fā)生、根系分泌物和根際微生物群落功能多樣性的影響

楊智仙， 湯 利， 鄭 毅, 2， 董 坤， 董 艷*

(1 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，昆明 650201; 2 西南林業(yè)大學(xué)，昆明 650224;3 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，昆明 650201)

連續(xù)種植某一作物，即使在正常的栽培管理?xiàng)l件下，也會(huì)出現(xiàn)作物生長(zhǎng)發(fā)育不良、 病害發(fā)生嚴(yán)重、 產(chǎn)量和品質(zhì)下降等連作障礙現(xiàn)象[1]。許多蔬菜[2]、 中藥材[3]、 果樹[4]、 大田作物[5]等單一連續(xù)種植均會(huì)導(dǎo)致土傳病害發(fā)生而使作物減產(chǎn)。因此，連作障礙的形成原因及其克服與消除技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)[1]。盡管引起連作障礙的原因較多，但最根本的原因還是土壤微生物區(qū)系和多樣性失調(diào)，病原微生物富集、 有益微生物減少，使病原菌更容易侵染植物而引發(fā)植物的各種土傳病害，因此調(diào)控微生物的數(shù)量、 活性和群落結(jié)構(gòu)是緩解連作障礙的關(guān)鍵[6]。生物多樣性是植物病害流行的天然屏障，而作物間作不僅能增加地上部的生物多樣性，也可增加地下部土壤微生物多樣性，目前已經(jīng)成為緩解作物連作障礙的安全有效措施之一[7-8]。研究表明，西瓜與旱作水稻間作增加了西瓜根際的微生物數(shù)量，減輕了西瓜枯萎病的發(fā)生并增加了西瓜產(chǎn)量[8]。

蠶豆連作導(dǎo)致土傳枯萎病普遍發(fā)生，嚴(yán)重制約了我國(guó)的蠶豆生產(chǎn)，目前生產(chǎn)中尚無(wú)有效的化學(xué)防治措施[9]。本研究組的前期研究表明，小麥與蠶豆間作增加了蠶豆根際微生物數(shù)量并抑制了蠶豆枯萎病的發(fā)生[10-11]，蠶豆根際微生物群落多樣性的變化影響著蠶豆枯萎病的發(fā)生[12]，在選用的3個(gè)不同品種小麥與蠶豆間作后發(fā)現(xiàn)，在小麥養(yǎng)分吸收利用、 根際速效養(yǎng)分及小麥白粉病的控制效果方面均存在顯著的差異[13-14]。有關(guān)不同品種小麥與蠶豆間作對(duì)蠶豆枯萎病發(fā)生和根際微生物多樣性變化的影響研究還未見(jiàn)報(bào)道。為此本試驗(yàn)選擇不同品種小麥與蠶豆間作，研究不同品種小麥與蠶豆間作對(duì)蠶豆枯萎病發(fā)生及根際微生物多樣性的影響，從微生物多樣性與連作障礙關(guān)系角度闡明間作控制土傳病害的作用機(jī)理，為間作系統(tǒng)選擇種植有益的伴生作物、 進(jìn)行作物品種合理搭配、 控制土傳病害提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 田間試驗(yàn)

田間試驗(yàn)在云南省安寧市祿脿鎮(zhèn)上村進(jìn)行，試驗(yàn)地土壤為紅壤，連作蠶豆8年，土壤有機(jī)質(zhì)含量14.5 g/kg，全氮1.21 g/kg，堿解氮59.8 mg/kg，速效磷 29.9 mg/kg，速效鉀 52.1 mg/kg，pH值6.5。

1.1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)蠶豆單作(B)，云麥42與蠶豆間作(YM42//B)，云麥47與蠶豆間作(YM47//B)及綿陽(yáng)29與蠶豆間作(MY29//B) 4個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，共12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積 32.4 m2。小麥條播，行間距0.2 m; 蠶豆點(diǎn)播，行距0.3 m，株距0.15 m。間作小區(qū)按6行小麥2行蠶豆的方式種植，間作小區(qū)內(nèi)有3個(gè)小麥種植帶，4個(gè)蠶豆種植帶。小麥和蠶豆于2011年10月16日同時(shí)播種，2012年5月3日收獲。種子購(gòu)于云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。

小麥?zhǔn)┑繛?N 112.5 kg/hm2，施磷量為 P2O5112.5 kg/hm2，施鉀量為 K2O 112.5 kg/hm2，不施有機(jī)肥。氮肥50%作底肥，50%作追肥，磷肥和鉀肥作基肥一次性施入。蠶豆氮肥用量為小麥的一半，即56.25 kg/hm2，磷肥和鉀肥用量與小麥相同。

1.1.2 測(cè)定項(xiàng)目和方法

蠶豆枯萎病調(diào)查 于蠶豆鼓莢期進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查時(shí)單作小區(qū)按對(duì)角線法選5點(diǎn)，每點(diǎn)調(diào)查3株，每個(gè)小區(qū)共調(diào)查15株; 間作小區(qū)在兩個(gè)蠶豆帶上選取5點(diǎn)(第一個(gè)帶選2點(diǎn)，第二個(gè)帶選3點(diǎn))，每點(diǎn)調(diào)查3株，每個(gè)小區(qū)共調(diào)查15株。蠶豆枯萎病調(diào)查按5級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[10]。

發(fā)病率(%)=(發(fā)病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù)) ×100

病情指數(shù)(%)=Σ(各級(jí)病株數(shù)×相應(yīng)級(jí)值)/(最高級(jí)值×調(diào)查總株數(shù))×100

土壤樣品的采集 于蠶豆鼓莢期(發(fā)病盛期)進(jìn)行采樣，先將蠶豆植株從土壤中整體挖出，采用抖土法抖掉與根系松散結(jié)合的土體土，然后將與根系緊密結(jié)合的土壤刷下來(lái)作為根際土壤樣品。蠶豆單作處理中，每個(gè)處理的每個(gè)重復(fù)小區(qū)對(duì)角線5點(diǎn)取樣，每點(diǎn)采蠶豆3株，然后將15株蠶豆的根際土壤混合為1個(gè)樣品; 間作處理中，在每個(gè)處理的每個(gè)重復(fù)中選2個(gè)間作帶，每個(gè)間作帶內(nèi)選取蠶豆7株，將2個(gè)間作帶取得的14株蠶豆根際土壤混合為1個(gè)樣品。

土壤微生物代謝功能多樣性分析 土壤微生物代謝功能多樣性采用Biolog方法進(jìn)行分析。 稱取10.0 g 土壤加入90 mL無(wú)菌的0.85% NaC1溶液，在搖床上振蕩30 min，將土壤樣品稀釋至10-3，吸取150 μL稀釋液至ECO板的微孔中，接種好的板置于25℃恒溫培養(yǎng)，每隔24 h 在Biolog EmaxTM自動(dòng)讀盤機(jī)上用 Biolog Reader4.2軟件(Biolog, Hayward, CA, USA)讀取590 nm波長(zhǎng)的光密度值，培養(yǎng)時(shí)間為168 h。采用培養(yǎng)72 h的數(shù)據(jù)進(jìn)行土壤微生物碳源利用分析和主成分分析[15]。

微生物多樣性指數(shù)(H)采用Shannon-Wiener指數(shù)法計(jì)算：

H=-Σ(Pi×lnPi)

式中， Pi=(C-R)/Σ(C-R)。C為每一個(gè)微孔的光密度值，R為ECO板空白微孔的光密度值。

豐富度指數(shù)(S)指微生物群落利用碳源種類的數(shù)目，即顏色變化孔數(shù)。

1.2 盆栽試驗(yàn)

盆栽試驗(yàn)土壤采自田間試驗(yàn)地， 土壤基本養(yǎng)分狀況、 試驗(yàn)設(shè)計(jì)、 施肥量等與田間試驗(yàn)相同。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)4次，共計(jì)16盆。每盆裝土5 kg，裝土前先在盆上套上塑料袋并在塑料袋底部打孔，以便能取出根系收集根系分泌物而盡量減少根的損傷。

測(cè)定時(shí)，從冰箱取出離心管解凍、 過(guò)膜(0.25 μm)。根系分泌物中總糖含量測(cè)定采用蒽酮比色法[17]; 氨基酸的測(cè)定采用氨基酸自動(dòng)分析儀(L8800); 有機(jī)酸的測(cè)定使用高效液相色譜儀，色譜條件為： 250 mm×4.6 mm C18反相柱(Altima C-18)，流動(dòng)相 25 mmol/L KH2PO4(pH 2.25)，流速為1 mL/min，溫度為31℃，測(cè)定波長(zhǎng)214 nm，進(jìn)樣量為20 μL。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SAS9.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和主成分分析(PCA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種小麥與蠶豆間作對(duì)蠶豆枯萎病的影響

從圖1可以看出，云麥42和云麥47與蠶豆間作均顯著降低了蠶豆枯萎病的發(fā)病率和病情指數(shù)。與蠶豆單作(B)相比，YM42//B和YM47//B處理使枯萎病發(fā)病率均降低23.1%， 病情指數(shù)分別降低47.6%和33.3%，而MY29//B處理對(duì)發(fā)病率和病情指數(shù)均無(wú)顯著影響。

2.2 不同品種小麥與蠶豆間作對(duì)根系分泌物含量的影響

表1表明，與蠶豆單作(B)相比，YM42//B和YM47//B處理顯著增加了根系分泌中有機(jī)酸的含量，分別比B增加174.89%和162.61%，而MY29//B處理與B無(wú)顯著差異。YM42//B與 B處理相比顯著降低了根系分泌物中游離氨基酸的含量，降幅為31.15%，而YM47//B和MY29//B處理有降低根系分泌物中游離氨基酸含量的趨勢(shì)，但與B處理無(wú)顯著差異。不同品種小麥與蠶豆間作對(duì)根系分泌物中可溶性總糖含量的影響與間作對(duì)有機(jī)酸的影響相反，即與蠶豆單作(B)相比，YM42//B和YM47//B處理顯著降低了根系分泌物中可溶性總糖的含量，分別比B處理降低了78.78%和72.81%，而MY29//B處理與單作處理間可溶性總糖含量無(wú)顯著差異。

圖1 不同品種小麥與蠶豆間作對(duì)蠶豆枯萎病發(fā)病率和病情指數(shù)的影響Fig.1 Effects of different wheat cultivars intercropped with faba bean on incidence and index of faba bean Fusarium wilt

表1 不同品種小麥與蠶豆間作對(duì)根系分泌物含量的影響

2.3 不同品種小麥與蠶豆間作對(duì)根際微生物碳源利用強(qiáng)度的影響

從圖2可以看出，間作對(duì)碳源利用強(qiáng)度有顯著影響(F=22.95，P<0.01)。YM42//B和YM47//B處理的根際微生物對(duì)碳源利用強(qiáng)度最高，顯著高于蠶豆單作，分別比蠶豆單作高13.9%和11.7%，而MY29//B處理的根際微生物對(duì)碳源的利用強(qiáng)度比蠶豆單作顯著降低18.6%。

蠶豆單作和間作條件下根際微生物對(duì)Biolog ECO板中利用強(qiáng)度較高的碳源是糖類、 氨基酸和羧酸類。間作對(duì)糖類(F=53.14，P<0.01)、 氨基酸(F=78.16，P<0.01)和羧酸類(F=56.06，P<0.01)碳源的利用均有顯著影響(圖3)。

圖2 不同種植模式下蠶豆根際微生物對(duì)Biolog ECO板中六類碳源的利用強(qiáng)度及百分比Fig.2 Percentage of intensely utilized substrates among chemically similar substrate classes of Biolog ECO plate by faba bean rhizosphere microbe in different planting patterns

圖3 間作對(duì)蠶豆根際微生物利用Biolog ECO板中六類碳源的影響Fig.3 Effect of the intercropping on the ability to utilize six types of carbon source of Biolog ECO plate by faba bean rhizosphere microbe

在不同間作處理對(duì)糖類的利用方面，與蠶豆單作相比，YM47//B處理顯著提高了根際微生物對(duì)糖類的利用，提高幅度為23.9%; 而MY29//B處理顯著降低了對(duì)糖類的利用，比蠶豆單作降低27.4%; YM42//B處理與蠶豆單作無(wú)顯著差異。從間作對(duì)氨基酸類和羧酸類碳源的利用來(lái)看，YM42//B和YM47//B處理顯著提高了根際微生物對(duì)氨基酸類和羧酸類碳源的利用，YM42//B和YM47//B處理分別使氨基酸類碳源利用提高39.2%、 18.4%，使羧酸類碳源利用分別提高50.4%和18.7%，MY29//B處理與蠶豆單作無(wú)顯著差異。而間作顯著降低了根際微生物對(duì)聚合物類碳源的利用(F=16.40，P<0.01)。

2.4 不同品種小麥與蠶豆間作對(duì)蠶豆根際土壤微生物多樣性指數(shù)的影響

從圖4可看出，云麥47與蠶豆間作顯著降低了根際微生物的Shannon多樣性指數(shù)，而云麥42和綿陽(yáng)29與蠶豆間作對(duì)Shannon多樣性指數(shù)無(wú)顯著影響。與單作相比，3個(gè)品種小麥與蠶豆間作均顯著提高了蠶豆根際微生物的豐富度指數(shù)，其中YM42//B處理豐富度指數(shù)提高了13.0%，YM47//B處理提高8.7%，而MY29//B處理提高了4.4%。

圖4 間作對(duì)蠶豆根際微生物Shannon多樣性指數(shù)(H)和豐富度(S)的影響Fig.4 Effect of the intercropping on Shannon diversity index (H) and richness (S) of rhizosphere microbe of faba bean

2.5 根際微生物多樣性的主成分分析

應(yīng)用主成分分析(PCA)，從31個(gè)變量中提取2個(gè)主成分因子，第1主成分(PC1)和第2主成分(PC2)分別可以解釋所有變量的44.9%和32.6%， 2個(gè)主成分累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到77.5%，可認(rèn)為前2個(gè)主成分能夠表征原來(lái)31個(gè)變量的特征。因此，取前2個(gè)主成分(PC1和PC2)的得分作圖來(lái)表征微生物群落碳源代謝特征。

從圖5可看出，YM42//B和YM47//B處理與B有較好的分離，其中YM42//B與B在PC1和PC2上均有較好的分離，其中又以在PC1上的分離較大，YM47//B與B也是在PC1和PC2上有較好的分離，但以在PC2上的分離較大，而MY29//B與B的分離較小。表明YM42和YM47與蠶豆間作種植均明顯改變了蠶豆根際微生物的群落功能多樣性，且YM42和YM47與蠶豆間作改變蠶豆根際微生物群落結(jié)構(gòu)是由根際微生物利用不同碳源的差異而引起的。YM42//B處理改變蠶豆根際微生物是由微生物利用與PC1明顯相關(guān)的碳源引起的，而YM47//B處理引起蠶豆根際微生物群落結(jié)構(gòu)的改變主要是由與PC2相關(guān)性較大的碳源利用差異引起的。

圖5 單、間作處理根際微生物碳源利用特征的主成分分析Fig.5 Principal components analysis of carbon utilization profiles in wheat and faba bean rhizosphere microbial community of monocropping and intercropping treatments

為了找到對(duì)PC1和PC2影響較大的碳源種類，進(jìn)一步利用PC1和PC2得分系數(shù)與31種碳源吸光度值進(jìn)行相關(guān)分析得到相關(guān)系數(shù)，相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值越大，表示該碳源對(duì)主成分的影響越大。從表2可看出，與PC1有較高相關(guān)性的碳源有12個(gè)(相關(guān)系數(shù)r>0.8)，主要包括糖類(4個(gè))、 氨基酸類(3個(gè))、 羧酸類(3個(gè))、 聚合物類(1個(gè))和胺類(1個(gè)); 其中達(dá)到顯著差異的碳源分別是糖類中D-半乳糖酸-γ-內(nèi)酯、 N-乙?；?D-葡萄糖胺、 D-甘露醇和D，L-α-甘油磷酸鹽; 氨基酸類中的L-天冬酰胺酸; 羧酸類碳源中的α-丁酮酸和D-蘋果酸; 胺類碳源中的腐胺。而與PC2具有較高相關(guān)性的碳源有7個(gè)，主要包括糖類(3個(gè))、 羧酸類(3個(gè))和聚合物類(1個(gè))。以上分析表明，在PC1和PC2上相關(guān)性較高的碳源主要是糖類、 羧酸類和氨基酸類碳源，這3類碳源是區(qū)分單作和間作處理間差異的敏感碳源。

從表2還可以看出，YM42//B處理對(duì)蠶豆根際微生物群落功能多樣性的改變主要是由利用糖類碳源(D-半乳糖酸-γ-內(nèi)酯、 D-甘露醇、 N-乙酰基-D-葡萄糖胺、 D，L-α-甘油磷酸鹽)、 氨基酸類碳源(L-天冬酰胺酸、 L-絲氨酸、 L-蘇氨酸)、 羧酸類碳源(D-半乳糖醛酸、 α-丁酮酸、 D-蘋果酸)、 聚合物碳源(α-環(huán)糊精)和胺類碳源(腐胺)的差異引起的。而YM47//B處理對(duì)蠶豆根際微生物群落功能多樣性的改變主要是由利用糖類碳源(β-甲基-D-葡萄糖苷、 i-赤蘚糖醇、 α-D-乳糖)、 羧酸類碳源(丙酮酸甲酯、 D-葡萄糖胺酸、 衣康酸)和聚合物碳源(糖原)的差異引起的。

3 討論與結(jié)論

3.1 間作對(duì)根際微生物群落結(jié)構(gòu)和根系分泌物的影響及其與枯萎病的關(guān)系

間作是利用種間互作控制病蟲害發(fā)生和提高糧食產(chǎn)量的傳統(tǒng)農(nóng)作措施，間作控病增產(chǎn)現(xiàn)象已在多種間作體系中得到證實(shí)[18-19]。 研究表明，對(duì)作物土傳病害的抑制在一定程度上是土壤微生物群體的作用，當(dāng)微生物群落結(jié)構(gòu)越豐富、 多樣性越高時(shí)對(duì)抗病原菌的綜合能力就越強(qiáng)[20]。通過(guò)增加系統(tǒng)多樣性的間作栽培防治連作病害尤其是土傳病害是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一[8, 10, 19]。小麥與黃瓜間作提高了黃瓜根際土壤微生物群落多樣性，降低了黃瓜枯萎病的病情指數(shù)[19]。藥用植物套種花生能有效調(diào)節(jié)土壤微生物區(qū)系的定向發(fā)展而緩解花生連作障礙[21]。本研究結(jié)果表明，YM42//B和YM47//B處理明顯改變了蠶豆根際微生物群落，其中又以云麥42的影響大于云麥47，而MY29//B處理對(duì)蠶豆根際微生物群落影響不明顯。YM42//B和YM47//B 處理均顯著提高了蠶豆根際微生物的豐富度指數(shù)。從間作對(duì)蠶豆枯萎病的控制效果來(lái)看，也同樣表現(xiàn)為YM42//B>YM47//B，而MY29//B無(wú)顯著控制效果，表明小麥蠶豆間作顯著增加了蠶豆根際微生物的豐富度并改變其群落結(jié)構(gòu)，最終減輕了蠶豆枯萎病的發(fā)生。但間作改變根際微生物群落結(jié)構(gòu)、 提高豐富度指數(shù)并控制蠶豆枯萎病的發(fā)生受小麥品種的影響，表明間作條件下非寄主作物品種的差異對(duì)間作控病效果具有重要影響。

表2 31 種碳源與PC1、 PC2 的相關(guān)系數(shù)(r)

根系分泌物通過(guò)影響根際微生物活性、 多樣性而對(duì)土傳病害產(chǎn)生影響，因?yàn)楦捣置谖锖械奶穷悺?氨基酸和維生素等物質(zhì)不僅為根際微生物的生存和繁殖提供了所需的營(yíng)養(yǎng)和能源物質(zhì)，而且間作系統(tǒng)中不同作物會(huì)產(chǎn)生不同的特異根系分泌物，并形成與之相適應(yīng)的根際微生物群落，從而提高土壤微生物的整體代謝活性，促進(jìn)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)多樣化的形成，使土壤健康發(fā)展[22]。旱作水稻根系分泌物能改變西瓜根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，從而減輕西瓜枯萎病的發(fā)生[8]。不同品種小麥具有不同程度的化感潛力，品種間的化感潛力存在顯著的差異[23]，根系分泌是植物化感作用的重要途徑之一[24]。本研究中YM42//B和YM47//B處理顯著增加了根系分泌物中有機(jī)酸的含量，為根際微生物的生長(zhǎng)提供了更多的碳源，從而促進(jìn)了根際微生物的增殖，提高了對(duì)蠶豆枯萎病的抗性。根系分泌物也是影響土壤中病原菌生長(zhǎng)繁殖的重要因素，與土傳病害密切相關(guān)[25]。水稻西瓜間作較好地抑制了西瓜枯萎病的危害，原因是西瓜根系分泌物中的可溶性糖含量及游離氨基酸的含量和種類顯著多于水稻根系分泌物，西瓜根系分泌物的高糖和高氨基酸供給，可以為其致病菌提供豐富的營(yíng)養(yǎng)，利于增殖，而與西瓜間作的水稻根系分泌物的低糖和低氨基酸供給不但利于其抑菌化感作用的充分發(fā)揮，更能在一定程度上削弱西瓜對(duì)病原菌的營(yíng)養(yǎng)刺激[26]。本研究中YM42//B和YM47//B處理顯著降低了根系分泌物中可溶性總糖和游離氨基酸的含量，可能降低了對(duì)蠶豆枯萎病菌的刺激而減輕枯萎病的危害。

3.2 間作條件下根際微生物對(duì)Biolog ECO板中碳源利用強(qiáng)度的影響及其與枯萎病的關(guān)系

烤煙接種黑脛病菌降低了感病品種根際微生物對(duì)碳源的總體利用能力[27]。Borrero等[28]研究了不同栽培基質(zhì)條件下番茄根際微生物對(duì)Biolog ECO板中碳源利用與尖孢鐮刀菌侵染引起的番茄枯萎病抗性關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，番茄生長(zhǎng)于對(duì)枯萎病抗性較高的基質(zhì)中時(shí)，根際微生物對(duì)羧酸類、 氨基酸類、 胺類、 酚酸類和聚合物有較高的利用率，而生長(zhǎng)于對(duì)枯萎病抗性較低的基質(zhì)中時(shí)，根際微生物幾乎不能利用上述幾類碳源，反映出根際微生物對(duì)Biolog ECO板碳源利用率較高時(shí)對(duì)番茄枯萎病具有較高的抗性。本研究結(jié)果表明，YM42//B和YM47//B處理均顯著提高了蠶豆根際微生物對(duì)碳源的總利用強(qiáng)度，同時(shí)也顯著提高了蠶豆根際微生物對(duì)氨基酸類碳源及羧酸類碳源的利用強(qiáng)度，而MY29//B處理對(duì)碳源總利用能力和糖類、 氨基酸及羧酸類碳源的利用強(qiáng)度均無(wú)顯著影響。本研究結(jié)果還顯示，YM42//B和YM47//B處理提高了蠶豆根際微生物對(duì)碳源的利用能夠促進(jìn)根際微生物的增殖而抑制病原菌的生長(zhǎng)，從而控制了枯萎病的發(fā)生。這可能是小麥蠶豆間作條件下根際微生物能夠利用多種碳源且利用效率較高，從而使間作系統(tǒng)根際微生物生長(zhǎng)更好，最終減少了對(duì)病原菌供應(yīng)可用的碳源而使病原菌不能大量增殖。

3.3 間作對(duì)根際微生物碳源利用種類的影響及其與枯萎病的關(guān)系

桑樹與大豆間作系統(tǒng)中，Biolog ECO板中糖類、 羧酸類和聚合物類碳源是微生物利用的主要碳源，可作為區(qū)分不同種植模式下微生物碳源利用類型的依據(jù)[29]。本研究中，糖類、 羧酸類和氨基酸類碳源是區(qū)分YM42//B和B處理間的敏感碳源，而區(qū)分YM47//B和B處理間的敏感碳源是糖類和羧酸類。本研究結(jié)果表明， YM47//B和YM42//B處理控制枯萎病的效果差異與糖類、 羧酸類和氨基酸類碳源的利用有關(guān)，尤其是與氨基酸類碳源的利用有密切的關(guān)系。

氨基酸類碳源中的L-天冬酰胺酸、 L-蘇氨酸在PC1上相關(guān)系數(shù)為正值，YM42//B處理位于PC1的正軸方向，表明YM42//B處理提高了根際微生物對(duì)這兩種氨基酸碳源的利用。在西瓜枯萎病研究中，已經(jīng)證實(shí)了天冬酰胺酸、 蘇氨酸能夠促進(jìn)尖孢鐮刀菌孢子萌發(fā)和菌絲生長(zhǎng)[26]，因此YM42//B處理控制蠶豆枯萎病發(fā)生與提高對(duì)L-天冬酰胺酸、 L-蘇氨酸利用有關(guān)。糖類碳源中YM42//B處理提高了對(duì)D-半乳糖酸-γ-內(nèi)酯、 D，L-α-甘油磷酸鹽的利用，YM47//B處理提高了對(duì)β-甲基-D-葡萄糖苷和i-赤蘚糖醇的利用。羧酸類碳源中YM42//B處理提高了對(duì)D-半乳糖醛酸、 α-丁酮酸、 D-蘋果酸的利用; 而YM47//B處理提高了對(duì)D-葡萄糖胺酸、 衣康酸的利用。表明小麥與蠶豆間作通過(guò)對(duì)這些碳源的利用而提高了根際微生物的活性，減少了對(duì)病原菌供應(yīng)有效的糖類和羧酸類碳源，進(jìn)而抑制了鐮刀菌的生長(zhǎng)。但YM42//B和YM47//B高效利用的糖類和羧酸類碳源完全不同，同時(shí)YM42//B處理高效利用的碳源種類明顯多于YM47//B處理。表明YM42//B處理和YM47//B處理根際微生物在碳源利用種類和數(shù)量上的差異導(dǎo)致了抗病效果的差異。

在本研究中，不同品種小麥與蠶豆間作對(duì)蠶豆枯萎病產(chǎn)生不同抗性的原因： 一是YM42//B和YM47//B處理增加了根系分泌物中有機(jī)酸的含量，提高了微生物活性，促進(jìn)了根際微生物對(duì)根際碳源的利用而抑制了根際病原菌對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)，最終抑制了病原菌的增殖; 二是不同品種小麥與蠶豆間作改變了根際微生物群落結(jié)構(gòu)，間作改變的根際微生物通過(guò)利用不同的碳源而影響對(duì)病原菌供應(yīng)不同的營(yíng)養(yǎng)，進(jìn)而對(duì)枯萎病抗性產(chǎn)生不同的影響; 三是不同品種小麥與蠶豆間作還對(duì)能促進(jìn)土傳病原菌增殖的可溶性總糖和游離氨基酸的分泌產(chǎn)生不同的抑制效果，最終減少了對(duì)根際病原菌供應(yīng)氨基酸和可溶性糖，減輕了蠶豆枯萎病的危害。

不同品種小麥與蠶豆間作通過(guò)影響根系分泌物而對(duì)根際微生物產(chǎn)生不同的調(diào)控，根際微生物的改變又影響了其對(duì)根際碳源的利用而影響病原菌的生長(zhǎng)。表明間作系統(tǒng)根系分泌物-根際微生物的互作對(duì)土傳病害控制具有重要的影響。不同品種小麥與蠶豆間作對(duì)糖、 氨基酸和有機(jī)酸不同組分的影響及不同組分對(duì)蠶豆枯萎病菌的作用還需要進(jìn)一步分析。

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