土層置換對(duì)馬鈴薯葉片酶活性及晚疫病的影響

張丁 蒼真名 白雪靜 王秋菊 劉峰 高中超 焦峰 翟瑞常

摘要：研究了土層置換及土壤滅菌措施對(duì)馬鈴薯葉片酶活性的影響。結(jié)果表明，土層置換或土壤滅菌處理提高了馬鈴薯葉片中保護(hù)酶（超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶）的活性，降低了葉片中纖維素酶和蛋白酶的活性，提高了馬鈴薯對(duì)晚疫病的抵抗能力。土層置換和土壤滅菌處理可以消除馬鈴薯由于連作障礙而產(chǎn)生的晚疫病的發(fā)病率，其中增施磷肥15%且置換土壤（T2）與施殺菌靈且不置換土壤（H）處理在消除馬鈴薯由于連作而產(chǎn)生的晚疫病方面效果最佳。而土壤經(jīng)過(guò)土壤置換并加有機(jī)肥處理后（T3處理），馬鈴薯的晚疫病的病情指數(shù)在整個(gè)馬鈴薯的生長(zhǎng)期內(nèi)都顯著高于其他4個(gè)處理，在77 d時(shí)分別比CK、T1（置換土壤）、T2和H 4個(gè)處理高出17.5%、47.1%、60.8%和66.6%，表明在土壤置換后使用有機(jī)肥不利于降低馬鈴薯的晚疫病。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯（Solarium tuberosum L.）；土層置換；酶活性；晚疫病

中圖分類號(hào)：S432.4+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）21-5281-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.019

Effects of Soil Replacement of Potato Leaf Enzyme Activity and Late Blight Disease Index

ZHANG Ding1，CANG Zhen-ming1，BAI Xue-jing1，WANG Qiu-ju2，LIU Feng2，

GAO Zhong-chao2，JIAO Feng1，ZHAI Rui-chang1

（1.Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319，Heilongjiang，China；2. Heilongjiang Agricultural Sciences，Harbin 150086，China）

Abstract： The analysis of the effects of soil displacement and soil sterilization measures on enzyme activity in leaves of potato， and provide the technical support of sciencefor the elimination of potato continuous cropping obstacle was reaseached. The results showed that soil replacement or soil sterilization treatment increased the activity of protective enzyme in potato leaves （superoxide dismutase， peroxidase and catalase）， and reduced the activity of cellulase and protease， which improved the resistance of potato to late blight. Soil replacement and soil sterilization treatment eliminates the potato late blight caused by continuous cropping obstacles incidence，and Phasphate 15% and the replacement of soil（T2） and Application of soil fungicide antiseptic spirit and no replacement of soil（H） treatment in eliminating due to continuous cropping potato late blightbest effect. But the soil through？soil replacement and add organic fertilizer after treatment （T3 treatment）， the disease index of potato late blight of potato during the growing period of the whole inner were significantly higher than the other four treatments，and the replacement of soil（T1），T2 and H treatment was 17.5%，47.1%，60.8% and 66.6% higher than the CK in 77 days respectively，which showed that the use of organic manure was not conducive to the reduction of potato late blight in soil after replacement.

Key words： potato（Solarium tuberosum L）； soil displacement； enzyme activity； late blight

馬鈴薯（Solarium tuberosum L.）又名土豆、地豆、地蛋、番薯、洋芋及荷蘭薯，起源于南美秘魯和智利的安第斯山一帶[1]，是茄科（Solanaceae）茄屬（Solarium）一年生的草本植物，被聯(lián)合國(guó)譽(yù)為“未來(lái)的糧食”[2]，隨著種植面積的不斷增加，已經(jīng)躍居成為全球第四大糧食作物，產(chǎn)量?jī)H次于小麥、水稻和玉米[3]，在保證全球糧食安全方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在中國(guó)，馬鈴薯的主要種植地區(qū)包括東北、華北、西北和西南四大產(chǎn)區(qū)。其鮮薯產(chǎn)量和種植面積占全球的25%，居世界第一位[4-7]。近年來(lái)，馬鈴薯的種植和加工產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了穩(wěn)步提升的經(jīng)濟(jì)效益，保障了國(guó)家的糧食安全生產(chǎn)，增加了農(nóng)民的收入[8-11]。馬鈴薯具有適應(yīng)性廣、產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)種類豐富、經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)[12-15]，屬于忌連作的作物，對(duì)連作十分敏感。馬鈴薯作為重要的蔬菜和糧食兼用作物，其連作越來(lái)越廣泛，長(zhǎng)期的連作會(huì)造成馬鈴薯種植過(guò)程中的連作障礙，導(dǎo)致作物生長(zhǎng)發(fā)育不良，品質(zhì)及產(chǎn)量下降，抗病能力降低。同時(shí)使得種植地土壤生態(tài)平衡遭到破壞，土壤養(yǎng)分失調(diào)，有害菌群增加，馬鈴薯長(zhǎng)勢(shì)減弱，產(chǎn)量和品質(zhì)持續(xù)下降。馬鈴薯的連作障礙問(wèn)題日益突出，制約著馬鈴薯種植業(yè)的健康、持續(xù)發(fā)展[10，16]。

多年來(lái)，關(guān)于設(shè)施作物連作障礙的現(xiàn)象、發(fā)生的機(jī)理及緩解措施研究報(bào)道較多，對(duì)于馬鈴薯連作障礙的研究主要集中在連作障礙的表現(xiàn)和發(fā)生機(jī)理等方面[17，18-23]，但是對(duì)于克服或減少大面積的馬鈴薯連作障礙并沒(méi)有提出合理的措施，主要的抗連作措施不適于大面積的馬鈴薯種植且比較費(fèi)時(shí)，花費(fèi)較大[24，25]。而土層置換技術(shù)在降低大面積連作障礙方面已經(jīng)有突出的效果。

由于葉片中的酶參與馬鈴薯生長(zhǎng)過(guò)程中各種生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，與土壤供應(yīng)養(yǎng)分能力密切相關(guān)，因此本試驗(yàn)研究通過(guò)分析土層置換改良土壤后對(duì)馬鈴薯晚疫病病情指數(shù)及葉片中不同酶活性的影響，從而為克服大面積馬鈴薯連作障礙提供科學(xué)的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)地位于黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院教學(xué)科研基地內(nèi)，屬松遼盆地中央坳陷區(qū)北部、松嫩平原西部，中溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。年平均降雨440 mm。年均蒸發(fā)量1 597 mm，年均氣溫3.4 ℃，無(wú)霜期130 d，≥10 ℃的積溫2 842 ℃，土壤類型為石灰性黑鈣土。

供試馬鈴薯品種為尤金，株型直立，株高60 cm左右，葉深綠色，薯塊橢圓形，黃皮黃肉，芽眼平淺，兩端豐滿，為感病品種，生育期65～70 d，屬糧菜和淀粉加工兼用型品種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

小區(qū)試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，分別為不置換土壤（CK）、置換土壤（T1）、增施磷肥15%且置換土壤（T2）、增施有機(jī)肥且置換土壤（T3）、施殺菌靈且不置換土壤（H）。置換土層是施肥之后將表層0～20 cm土層與20～40 cm土層進(jìn)行位置互換，總作業(yè)深度40 cm。田間試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)內(nèi)第4年馬鈴薯連作，4次重復(fù)。除T2處理外氮磷鉀肥料均采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)用量，分別為N 90 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 45 kg/hm2，T2處理增加P2O5施用量15%，即為P2O5 103.5 kg/hm2。肥料類型為尿素（46%）、磷酸二銨（N18%、P2O546%）和硫酸鉀（50%）。T2處理增施的磷肥為過(guò)磷酸鈣（P2O518%），T3處理增施的有機(jī)肥為市售有機(jī)肥料（玉林豐田生態(tài)有機(jī)肥廠生產(chǎn)，總有機(jī)質(zhì)≥34%），施用量為120 kg/hm2。所有肥料做基肥一次施入，施肥深度15 cm。

試驗(yàn)地6月5日播種，每小區(qū)5行、行長(zhǎng)5 m，株距0.25 m、行距0.66 m，小區(qū)面積16.50 m2，每行20株、共計(jì)100株，田間管理同大田。分別于馬鈴薯播種后35、49、63、77、91 d，即7月10日、7月24日、8月7日、8月21日取植株和土壤樣品，9月6日收獲馬鈴薯。

1.3 馬鈴薯葉片中酶活性的測(cè)定

水解酶類：蛋白酶測(cè)定采用茚三酮比色法；纖維素酶和果聚糖蔗糖酶測(cè)定均采用3，5—二硝基水楊酸法。

氧化酶類：過(guò)氧化氫酶的測(cè)定采用高錳酸鉀滴定法；過(guò)氧化物酶測(cè)定用1%鄰苯三酚溶液比色法；超氧化物歧化酶（SOD）測(cè)定用氮藍(lán)四唑（NBT）光還原法。

2 結(jié)果與分析

2.1 土層置換對(duì)馬鈴薯葉片中超氧化物歧化酶的影響

圖1為不同處理下，馬鈴薯葉片中超氧化物歧化酶隨著生長(zhǎng)期延長(zhǎng)的變化情況。在播種后39 d時(shí)，各處理間酶活性差異不顯著。隨著生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)，與CK相比，T1、T2和T3處理的超氧化物歧化酶活性有了進(jìn)一步的提高。在種植63 d時(shí)，T1、T2和T3處理的超氧化物歧化酶活性分別比CK處理高11.8%、13.3%和11.8%。表明在馬鈴薯生長(zhǎng)的早期階段，土層置換技術(shù)可以提高馬鈴薯葉片中的超氧化物歧化酶的活性。在馬鈴薯生長(zhǎng)期的后期，與CK相比，各處理的超氧化物歧化酶活性有所下降，但是T2和T3處理的超氧化物歧化酶活性在馬鈴薯整個(gè)生長(zhǎng)期能夠維持在較為穩(wěn)定的水平之內(nèi)。

2.2 土層置換對(duì)馬鈴薯葉片中過(guò)氧化氫酶活性的影響

不同處理對(duì)馬鈴薯葉片中過(guò)氧化氫酶活性的影響見(jiàn)圖2。由圖2可知，隨著生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)，不同處理間過(guò)氧化氫酶活性在整個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的變化規(guī)律不明顯。但是整體趨勢(shì)與超氧化物歧化酶活性的變化類似，T1和T2處理的酶活性水平較其他幾個(gè)處理穩(wěn)定。在馬鈴薯的種植初期，除了在49 d時(shí)，T3處理的過(guò)氧化氫酶活性顯著低于CK處理外，T1、T2和H處理的過(guò)氧化氫酶活性與CK處理相當(dāng)。尤其是在馬鈴薯種植63 d時(shí)，T1、T2和T3處理的過(guò)氧化氫酶活性提高最為明顯，分別比CK處理提高了36.7%、56.0%和36.4%。

2.3 土層置換對(duì)馬鈴薯葉片中過(guò)氧化物酶活性的影響

圖3為不同處理下馬鈴薯葉片中過(guò)氧化物酶活性隨著生長(zhǎng)期延長(zhǎng)的變化情況。在馬鈴薯播種后39 d時(shí)，CK處理的過(guò)氧化物酶活性最高。隨著馬鈴薯生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)，T1、T2、T3和H處理的過(guò)氧化物酶活性均出現(xiàn)了不同程度的增長(zhǎng)。在播種后49 d時(shí)，T1、T2和T3處理的過(guò)氧化物酶活性與CK處理相當(dāng)，且H處理高于CK處理。在播種后63 d時(shí)，T1、T2和T3處理的過(guò)氧化物酶活性均高于CK處理。在馬鈴薯生長(zhǎng)的最后階段，T3處理的過(guò)氧化物酶活性最高。試驗(yàn)結(jié)果表明，土層置換并施用部分有機(jī)肥之后對(duì)改善馬鈴薯葉片中的過(guò)氧化物酶活性效果最好。

2.4 土層置換對(duì)馬鈴薯葉片中蛋白酶活性的影響

不同處理馬鈴薯葉片中蛋白酶活性的變化如圖4所示。由圖4可知，各個(gè)處理在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)蛋白酶活性的變化較大。但在馬鈴薯播種后77 d時(shí)，T1、T2、T3和H處理的蛋白酶活性與CK相比均有所下降，分別下降了0.4%、20.0%、10.6%和9.4%。表明T2、T3和H處理對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)后期葉片中蛋白酶活性影響更顯著，其影響由大到小依次為T2、T3、H。

2.5 土層置換對(duì)馬鈴薯葉片中纖維素酶活性的影響

不同處理下馬鈴薯葉片中纖維素酶活性的變化如圖5所示。由圖5可知，T1、T2、T3和H處理馬鈴薯葉片中的纖維素酶活性均不同程度的降低。在馬鈴薯播種后63 d，T2、T3和H處理馬鈴薯葉片中纖維素酶活性分別比CK處理降低了38.5%、15.2%和35.5%。在播種后77 d，T1、T2、T3和H處理的馬鈴薯葉片中纖維素酶活性分別下降了38.5%、15.9%、4.1%和16.1%。試驗(yàn)結(jié)果表明，土層置換和土壤滅菌等處理技術(shù)可以在一定程度上降低馬鈴薯葉片中纖維素酶的活性。

2.6 土層置換對(duì)馬鈴薯葉片中果聚糖蔗糖酶活性的影響

不同處理下馬鈴薯葉片中果聚糖蔗糖酶活性的變化如圖6所示。由圖6可知，在馬鈴薯播種后的初期39 d和49 d，除T1處理在播種后39 d果聚糖蔗糖酶活性明顯低于CK處理外，T2、T3和H處理的果聚糖蔗糖酶均等于或略大于CK處理。而在馬鈴薯生長(zhǎng)的后期，除了T2在播種后63 d馬鈴薯葉片中的果聚糖蔗糖酶活性高于CK處理外，其他處理均低于CK處理。播種后77 d，T1、T2、T3和H處理馬鈴薯葉片中果聚糖蔗糖酶活性比CK處理分別下降了36.8%、13.6%、12.9%和25.1%。結(jié)果表明，土層置換和滅菌技術(shù)最終降低了馬鈴薯葉片中果聚糖蔗糖酶的活性。

2.7 土層置換對(duì)馬鈴薯晚疫病的影響

不同處理下對(duì)馬鈴薯晚疫病的影響如圖7所示。由圖7可知，與CK相比，T1、T2和H處理馬鈴薯晚疫病的病情指數(shù)均下降，其中播種后77 d，T1、T2和H處理的晚疫病病情指數(shù)分別下降了25.2%、36.8%和41.8%，表明土層置換和土壤滅菌處理可以減輕馬鈴薯晚疫病的發(fā)生，其中以T2和H處理效果最佳。而T3處理馬鈴薯晚疫病的病情指數(shù)在整個(gè)馬鈴薯生長(zhǎng)期都顯著高于其他4個(gè)處理，播種后77 d分別比CK、T1、T2和H處理高17.5%、47.1%、60.8%和66.6%，表明在土壤置換后不宜施用有機(jī)肥。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，土層置換或土壤滅菌處理后，馬鈴薯葉片中的相關(guān)保護(hù)酶（超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶和過(guò)氧化物酶）活性出現(xiàn)了不同程度的提高，并且纖維素酶和蛋白酶活性出現(xiàn)了下降。超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶是植物體內(nèi)重要的防御性酶，參與體內(nèi)活性氧的清除及酚類、木質(zhì)素和植保素等與抗病相關(guān)物質(zhì)的合成，能抵御體內(nèi)活性氧及氧自由基對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害，延長(zhǎng)葉片的功能期，增強(qiáng)植物對(duì)病害的抵抗能力[26]。植物細(xì)胞壁的主要構(gòu)架物質(zhì)是纖維素和果膠質(zhì)等，可分別被纖維素酶和果膠酶分解，導(dǎo)致抗性降低[27，28]。本試驗(yàn)結(jié)果還表明，土層置換或土壤滅菌可以提高馬鈴薯對(duì)晚疫病的抵抗能力，T2和H處理的效果最佳。T3處理馬鈴薯晚疫病的病情指數(shù)在整個(gè)馬鈴薯生長(zhǎng)期都顯著高于其他4個(gè)處理，在播種后77 d分別比CK、T1、T2和H處理高17.5%、47.1%、60.8%和66.6%，表明在土壤置換后施用有機(jī)肥不利于降低馬鈴薯晚疫病。

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