連作番茄根區(qū)病土對(duì)番茄生長及土壤線蟲與微生物的影響*

馬媛媛, 李玉龍, 來航線, 郭 俏, 薛泉宏**

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連作番茄根區(qū)病土對(duì)番茄生長及土壤線蟲與微生物的影響*

馬媛媛, 李玉龍, 來航線, 郭 俏, 薛泉宏**

(西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 楊凌 712100)

探索連作番茄根區(qū)病土對(duì)番茄根結(jié)線蟲病的誘導(dǎo)效果及引起連作障礙的微生態(tài)機(jī)制, 可為深入了解番茄連作障礙發(fā)生機(jī)理及探究番茄連作障礙防治方法提供科學(xué)依據(jù)。本研究利用盆栽試驗(yàn), 測定了番茄在健康土壤及接種病土土壤中生物學(xué)特性變化及根結(jié)線蟲侵染狀況, 并分析鑒定了土壤中微生物及線蟲的種類與數(shù)量。結(jié)果表明, 接種連作番茄根結(jié)線蟲病株根區(qū)病土?xí)?duì)番茄生長及根結(jié)線蟲侵染產(chǎn)生影響: 1)番茄苗期根系根結(jié)數(shù)達(dá)9個(gè)×株-1, 健康土壤無根結(jié); 土壤線蟲數(shù)量較健康土壤增加390.4%; 收獲期番茄根結(jié)線蟲侵染率達(dá)62.7%, 病情指數(shù)為80.0%。2)番茄生長受到抑制, 葉片防御酶活性降低, 收獲期莖葉及根系鮮質(zhì)量較健康土壤分別減少50.2%及33.1%, 苗期番茄葉片PPO活性較健康土壤降低15.8%, POD活性較健康土壤增加24.0%, 差異均達(dá)顯著水平(<0.05)。3)番茄根系更易感染有害菌, 根系內(nèi)病原菌甘藍(lán)假單胞菌數(shù)量較健康土壤增加463倍, 根區(qū)土壤細(xì)菌、真菌及放線菌總數(shù)分別增加46.3%、94.5%及134.0%。4)食細(xì)菌線蟲、食真菌線蟲及植物寄生性線蟲數(shù)量分別為健康根區(qū)土壤的3.3倍、1.6倍及7.3倍, 其中的植物寄生線蟲95.6%為根結(jié)線蟲。綜上所述, 接入連作番茄根結(jié)線蟲病株根區(qū)病土不僅導(dǎo)致番茄遭受根結(jié)線蟲侵染, 而且會(huì)導(dǎo)致土壤線蟲總量及植物寄生線蟲所占比例大幅增加, 并使番茄根系內(nèi)有害細(xì)菌數(shù)量顯著增加, 對(duì)番茄生長造成顯著抑制作用, 同時(shí)影響番茄的生理生化特性, 受線蟲侵染番茄防御性酶活性降低, 使其更易被根結(jié)線蟲及病原菌侵染, 番茄根區(qū)土壤線蟲、微生物及根系內(nèi)優(yōu)勢細(xì)菌的種類與數(shù)量及其之間的作用發(fā)生改變。

番茄; 連作; 根結(jié)線蟲; 微生物; 防御酶; 病原菌

番茄(Mill.)是全世界普遍栽培的蔬菜種類之一。在中國北方日光溫室, 番茄連作現(xiàn)象普遍, 導(dǎo)致連作障礙日益突出, 造成土壤質(zhì)量下降, 土壤微生物種群結(jié)構(gòu)失衡, 番茄產(chǎn)量和品質(zhì)下降[1-2], 嚴(yán)重制約了設(shè)施番茄生產(chǎn)。研究表明, 土壤養(yǎng)分消耗不均衡, 土壤物理性質(zhì)惡化, 植物分泌毒素的積累, 土壤化學(xué)性質(zhì)的異常變化, 土壤微生物區(qū)系異常及微生態(tài)失衡是連作障礙發(fā)生的主要原因[3-4]。土壤微生物數(shù)量、活性和群落結(jié)構(gòu)及其變化, 直接影響植物對(duì)水分、養(yǎng)分吸收及對(duì)惡劣環(huán)境的抵抗能力[5]。Nayyar等[6]研究表明, 黃瓜(L.)連作根際土壤微生物區(qū)系發(fā)生明顯改變, 土壤微生物群落的多樣性指數(shù)及豐富度也隨著種植年限的增加而降低。孫艷艷等[7]及許華等[8]研究表明, 加工番茄連作栽培使土壤細(xì)菌/真菌比例顯著降低, 土壤中微生物區(qū)系從細(xì)菌主導(dǎo)型轉(zhuǎn)向真菌主導(dǎo)型。

土壤生物群落結(jié)構(gòu)的變化可作為土壤變化的早期預(yù)警生態(tài)指標(biāo)[9]。線蟲群落包括植物寄生線蟲、食細(xì)菌線蟲、食真菌線蟲、捕食性和雜食性線蟲等不同營養(yǎng)類群, 是土壤動(dòng)物中數(shù)量最多、功能最豐富的一類[10], 影響著土壤有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)以及作物生長, 是土壤健康狀況的敏感性指示生物[11]。土壤線蟲以食微生物線蟲為主要營養(yǎng)功能類群。研究表明, 食微線蟲通過捕食土壤微生物釋放固持于微生物生物量中的養(yǎng)分, 進(jìn)而影響土壤生態(tài)過程和植物生長[12]; 食細(xì)菌線蟲具有促進(jìn)植物生長的作用[13]。目前關(guān)于連作土壤中線蟲的研究主要集中在連作年限對(duì)土壤線蟲數(shù)量[14]和群落結(jié)構(gòu)的影響[15-16]。研究發(fā)現(xiàn), 連作使原本以食細(xì)菌線蟲和食真菌線蟲為優(yōu)勢屬的土壤線蟲群落變?yōu)橐灾参锛纳€蟲為優(yōu)勢屬的土壤線蟲群落, 嚴(yán)重破壞其寄主植物[17-18]。土壤中食微線蟲主要通過線蟲的取食作用改變土壤微生物的數(shù)量和活性[19]。微生物數(shù)量對(duì)土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)亦十分明顯[20]。

土壤線蟲、土壤微生物及植物均與連作引起的植物根結(jié)線蟲病害有關(guān), 但是關(guān)于三者之間相互關(guān)系的研究很少, 更少見番茄連作病土對(duì)三者關(guān)系的影響研究報(bào)道。連作病土對(duì)連作番茄的危害現(xiàn)象普遍存在, 但對(duì)連作番茄的危害程度及對(duì)土壤微生物與土壤線蟲的影響程度缺乏系統(tǒng)研究。本研究重點(diǎn)考察連作番茄根結(jié)線蟲染病植株根區(qū)病土對(duì)番茄根結(jié)線蟲侵染及番茄生長的影響, 并對(duì)接種病土后番茄根區(qū)土壤中線蟲與微生物及根系內(nèi)微生物進(jìn)行了系統(tǒng)研究, 旨在探索連作番茄根區(qū)病土對(duì)“番茄植株-番茄根區(qū)土壤微生物-根內(nèi)微生物-土壤線蟲”微生態(tài)系統(tǒng)的影響及對(duì)番茄根結(jié)線蟲病的誘導(dǎo)效果, 為深入了解番茄連作障礙發(fā)生的微生態(tài)機(jī)制及探究番茄連作障礙修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試番茄品種為‘白果強(qiáng)豐’, 武漢市武昌區(qū)神牛種苗商行生產(chǎn), 適用于保護(hù)地及露地栽培。

供試病土于2014年9月采自陜西省楊陵區(qū)孟家寨農(nóng)戶連作4年以上的日光溫室染病番茄根區(qū)。在番茄盛果期, 挑選根結(jié)線蟲侵害嚴(yán)重的番茄, 拔出病株后用取樣鏟將表層5 cm左右的浮土除去, 采集根系分布區(qū)5~20 cm土壤裝入塑料自封袋內(nèi)充分混勻, 作為溫室盆栽試驗(yàn)的病土接種材料。經(jīng)貝爾曼淺盤法測定, 病土中的線蟲密度為80萬條?kg-1。

盆栽土壤為采集相同類型的非連作健康土壤0~20 cm耕層土壤, 風(fēng)干, 破碎過10 mm篩混勻。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 盆栽試驗(yàn)

2014年10月—2015年5月在西北農(nóng)林科技大學(xué)南校區(qū)科研溫室中進(jìn)行。設(shè)2個(gè)處理: (1)健康土壤(CK): 每盆裝健康耕層土為6 kg。(2)健康土壤+病土: 每盆裝健康耕層土4 kg, 接種帶線蟲的番茄根區(qū)病土2 kg, 充分混勻。每處理重復(fù)3盆, 每盆播種30粒番茄種子, 待出苗后保留10株番茄幼苗。試驗(yàn)于2014年10月10日播種, 2015年5月20日收獲。試驗(yàn)期間追施復(fù)合肥(N-P2O5-K2O為15-15-15)3次, 每次均為1 g?盆-1, 溶于水中澆入。

1.2.2 番茄根結(jié)調(diào)查及生物學(xué)性狀測定

按每盆6株采集番茄苗測定番茄苗期生物學(xué)性狀、根結(jié)數(shù)量及葉片生化指標(biāo); 同時(shí)采集番茄根系上抖落的土壤樣品用于土壤中線蟲數(shù)量測定。每盆保留4株發(fā)育良好的番茄至開花結(jié)果, 用于測定相關(guān)生物學(xué)性狀及根結(jié)線蟲的侵染程度。

苗期: 在生長至40 d時(shí)(2015年2月1日)進(jìn)行, 澆適量水后待土壤濕潤疏松時(shí)從每盆土中連根完整挖出6株番茄, 抖落根上附著的土壤并小心用水沖洗根系數(shù)次至無土, 用吸水紙吸盡根系表面水分, 統(tǒng)計(jì)每株須根條數(shù)及根結(jié)數(shù); 用百分之一天平分別測定莖葉和根系鮮質(zhì)量。

成熟期: 2015年5月20日進(jìn)行, 澆適量水待土壤濕潤疏松, 先將地上部用剪刀在根莖分界處剪斷, 根、莖分別編號(hào), 莖、葉和果實(shí)裝袋。將整盆土傾倒于干凈塑料薄膜上并使之分散, 將根系從土壤中小心挖出, 盡可能保持根系完整無損及根系上附著土壤不脫落, 將帶土根系置于無菌自封袋內(nèi), 抖落并收集根上附著的土壤, 用于根區(qū)土壤微生物及線蟲分析; 小心洗凈根系, 用苗期同樣方法處理根系并測定根系鮮質(zhì)量。地上部分分別測定莖葉鮮質(zhì)量、總果實(shí)數(shù)及果實(shí)鮮質(zhì)量。

1.2.3 根結(jié)線蟲病情指數(shù)測定

從1.2.2獲得的根系中每處理選擇5個(gè)具有代表性的根系, 計(jì)數(shù)每個(gè)根系中一級(jí)側(cè)根總條數(shù)及有根結(jié)的一級(jí)側(cè)根條數(shù), 并將有根結(jié)側(cè)根條數(shù)與側(cè)根總條數(shù)之比定義為侵染率(), 用式(1)計(jì)算; 再按值確定每個(gè)根系的病情級(jí)數(shù): 0級(jí),=0%; 1級(jí),1%~25%; 2級(jí),26%~50%; 3級(jí),51%~75%; 4級(jí),76%~100%。用式(2)計(jì)算各處理番茄的根系病情指數(shù)。

(2)

1.2.4 苗期番茄葉片防御性酶活性測定

采集由1.2.2所獲苗期番茄植株自上而下第3~5側(cè)枝上面積最大的葉片, CK、處理各30片。多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)和丙二醛(MDA)測定參照高俊鳳[21]的方法; POD測定采用愈創(chuàng)木酚比色法[22]。

1.2.5 微生物區(qū)系分析

根區(qū)土壤樣品采集: 在1.2.2采集成熟期根系時(shí), 將根系上附著的土壤抖落收集到自封袋中, 該土壤即為根區(qū)土壤。該土壤來自根系密集分布區(qū), 其中的微生物、線蟲種類及數(shù)量與根系生物學(xué)及生理生化特性關(guān)系密切, 能真實(shí)反映番茄收獲時(shí)根系周圍土壤的微生物及線蟲現(xiàn)狀。

根系與根結(jié)采集: 將1.2.2中測完生物量的根系中具有代表性且有吸收功能的根系剪下, 將有根結(jié)與無根結(jié)的根系分開, 剪下根結(jié), 分別用1 g?L-1升汞消毒30 s, 無菌水清洗根結(jié)與無根結(jié)根系5次, 將表面消毒過的根結(jié)與根系分別用無菌研缽研磨, 加無菌水適度稀釋, 進(jìn)行根結(jié)及根系內(nèi)微生物分析[23]。

土壤及根系微生物分離計(jì)數(shù): 采用稀釋平皿涂抹法進(jìn)行[24]。細(xì)菌用牛肉膏蛋白胨瓊脂, 真菌用PDA, 放線菌用高氏1號(hào)瓊脂。將優(yōu)勢細(xì)菌、真菌及放線菌純化后斜面保藏, 用于進(jìn)一步鑒定。

1.2.6 優(yōu)勢菌鑒定

優(yōu)勢菌指平皿內(nèi)數(shù)量較多、在皿內(nèi)菌落總數(shù)中所占比例較高的微生物。挑取優(yōu)勢菌種的典型菌落, 純化后采用rDNA-ITS序列分析技術(shù), 參照Pryce等[25]的方法鑒定優(yōu)勢真菌; 采用16S rRNA序列分析技術(shù), 參照徐麗華等[26-27]的方法進(jìn)行優(yōu)勢細(xì)菌和優(yōu)勢放線菌鑒定。

1.2.7 土壤線蟲分離、計(jì)數(shù)及鑒定

供試病土中線蟲總數(shù)測定: 稱取接種用連作番茄根結(jié)線蟲病株根區(qū)病土100 g, 用貝爾曼淺盤法分離并收集土壤線蟲, 用線蟲計(jì)數(shù)板測數(shù)。

根區(qū)土壤線蟲測數(shù)及鑒定: 稱取1.2.2獲得的番茄根區(qū)土100 g, 用貝曼淺盤法分離土壤線蟲, 48 h后收集線蟲并用4 mL 4%福爾馬林溶液固定, 用Seinhorst[28]及Sohlenius等[29]的方法進(jìn)行線蟲種類鑒定并計(jì)數(shù)。

1.2.8 數(shù)據(jù)處理

將每100條須根上的根結(jié)數(shù)量稱為根結(jié)密度, 按式(3)計(jì)算; 將健康土壤+病土處理的線蟲數(shù)量與健康土壤的差異稱為病土效應(yīng)(ΔCK, %), 按式(4)計(jì)算; 樣品中某種優(yōu)勢細(xì)菌占該樣品細(xì)菌總數(shù)的比例(%)按式(5)計(jì)算; 某種優(yōu)勢真菌所占比例計(jì)算與細(xì)菌相同。采用Duncan’s法進(jìn)行差異顯著性分析。

(4)

(5)

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)番茄根結(jié)線蟲病及番茄生長的影響

2.1.1 番茄根結(jié)病害

從表1看出, 在苗期, 病土處理番茄須根上出現(xiàn)根結(jié), 根結(jié)密度為21個(gè)·(百條)-1; 須根條數(shù)較健康土壤增加44.4%, 土壤線蟲數(shù)量較健康土壤增加390.4%, 差異顯著(<0.05)。在收獲期, 病土處理番茄根結(jié)侵染率達(dá)到62.7%, 病情指數(shù)為80%。圖1顯示CK苗期番茄根系沒有根結(jié), 接入病土處理苗期番茄根系出現(xiàn)較多根結(jié); 收獲期接入病土處理番茄根系生長差, 并出現(xiàn)較多根結(jié)。

表1 不同土壤處理番茄苗期根區(qū)土線蟲數(shù)量與根結(jié)密度及收獲期根結(jié)病情指數(shù)

同列不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)。Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at 0.05 level.

2.1.2 番茄生物學(xué)特性

從表2看出, 接入病土對(duì)苗期番茄莖葉、根系鮮重?zé)o顯著影響, 但對(duì)收獲期番茄莖葉及根系生長有顯著抑制作用。收獲期病土處理番茄莖葉、根系和果實(shí)鮮重及果實(shí)數(shù)量分別比對(duì)照減少50.2%、33.1%、68.2%和59.7%, 差異均達(dá)顯著水平(<0.05)。

從表3看出, 健康土壤+病土處理番茄在3月20日、3月30日的開花數(shù)及3月30日的結(jié)果數(shù)分別較對(duì)照減少80.7%、23.9%及62.3%, 差異均達(dá)顯著水平(<0.05)。

2.2 對(duì)番茄葉片防御性酶活性及MDA的影響

從表4看出, 病土處理苗期番茄葉片PPO活性較對(duì)照降低15.8%, POD活性增加24.0%(<0.05), 但PAL及MDA與對(duì)照相比, 均無顯著差異(>0.05)。

2.3 連作番茄根區(qū)土壤線蟲種類及數(shù)量

由表5看出, 番茄根區(qū)土壤中的食真菌線蟲有3種, 主要為, 其次為。食細(xì)菌線蟲11種, 出現(xiàn)頻率高的有6種, 其中數(shù)量最多。植物寄生線蟲及雜食性線蟲分別有4種及1種。在接入病土的番茄根區(qū)土壤中, 線蟲總量為29 680條×(100 g)-1, 與接入量26 700條×(100 g)-1基本一致。其中食細(xì)菌及食真菌線蟲分別占線蟲總數(shù)的49.3%及23.2%, 植物寄生及雜食性線蟲分別占27.4%及0.7%; 在健康土壤上生長的番茄根區(qū)土壤中, 食細(xì)菌及食真菌線蟲分別占線蟲總數(shù)的44.8%及44.0%, 植物寄生線蟲占11.2%, 接入病土使食細(xì)菌及植物寄生線蟲占線蟲總數(shù)的比例分別較健康土壤增加10.0%及144.6%,食真菌線蟲比例較健康土壤減少48.6%。表明接入病土可影響番茄根區(qū)土壤中線蟲組成比例, 植物寄生線蟲增幅較大。

圖1 不同土壤處理下番茄苗期(A, B)和收獲期(C, D)的根系形態(tài)

表2 不同土壤處理番茄苗期和收獲期的生物量

同列不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)。Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at 0.05 level.

表3 不同土壤處理番茄單株開花與結(jié)果數(shù)及其不同時(shí)間(月-日)的動(dòng)態(tài)變化

同列不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)。Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at 0.05 level.

表4 不同土壤處理苗期番茄葉片防御性酶活性及MDA含量

同列不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)。Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at 0.05 level.

表5 不同土壤處理收獲期番茄根區(qū)土壤中線蟲種類及數(shù)量

∑A、∑B對(duì)應(yīng)的重復(fù)1、2、3的單位為條?(100 g)-1(土壤)和條?(300 g)-1(土壤), ∑B對(duì)應(yīng)的∑A的單位為條?(900 g)-1(土壤)。The units of replicates corresponding to ∑A and ∑B are nematode numbers in 100 g and 300 g soil, respectively. The unit of ∑A related to ∑B is nematode number in 900 g soil.

2.4 番茄根系及根區(qū)土壤中的微生物

從番茄根系內(nèi)及根區(qū)土壤中共分離獲得5株優(yōu)勢菌, 其中優(yōu)勢細(xì)菌2株, 優(yōu)勢真菌3株。采用16S rRNA和rDNA-ITS序列分析技術(shù)分別對(duì)優(yōu)勢細(xì)菌和優(yōu)勢真菌進(jìn)行分類鑒定, 結(jié)果如表6所示。

2.4.1 番茄根區(qū)土壤中的微生物

從表7可知, 在健康土壤及健康土壤+病土處理番茄根區(qū)土壤中, 細(xì)菌總數(shù)分別為60.06×108(CFU)×g-1及106.4×108(CFU)×g-1, 優(yōu)勢細(xì)菌均為嗜麥芽窄食單胞菌(); 真菌總數(shù)分別為13.07×105(CFU)×g-1及25.42×105(CFU)×g-1, 根區(qū)土壤的優(yōu)勢真菌共3種, 其中, 產(chǎn)黃青霉()和厚垣鐮孢菌()的數(shù)量在健康土壤與健康土壤+病土間無顯著性差異(>0.05), 但健康土壤中的雅致放射毛霉()數(shù)量約為病土的3.2倍, 差異顯著(<0.05); 放線菌總數(shù)分別為9.77×105(CFU)×g-1及22.86×105(CFU)×g-1, 健康土壤+病土較健康土壤增加134.0%。

2.4.2 根系內(nèi)細(xì)菌

從表7可知, 在健康土壤及健康土壤+病土處理番茄根系內(nèi), 細(xì)菌總數(shù)量分別為2.73×105(CFU)×g-1及1.44×108(CFU)×g-1, 其中的優(yōu)勢細(xì)菌均為甘藍(lán)假單胞菌, 其數(shù)量分別占健康土壤及健康土壤+病土處理番茄根系內(nèi)細(xì)菌總數(shù)的100%及87.7%, 但在健康土壤與健康土壤+病土上生長的番茄根系內(nèi), 植物病原菌數(shù)量差異巨大: 在病土上生長的番茄根系內(nèi),數(shù)量為健康土壤的463倍。

表6 番茄根系內(nèi)及根區(qū)土壤中的優(yōu)勢微生物

表7 不同土壤處理番茄根區(qū)土壤中與根系內(nèi)的微生物數(shù)量及優(yōu)勢細(xì)菌和真菌

同行不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)。Different lowercase letters in the same row indicate significant differences at 0.05 level.

3 討論

本研究表明, 向健康土壤中加入1/3質(zhì)量比的連作番茄根結(jié)線蟲染病植株根區(qū)土壤, 對(duì)番茄根區(qū)土壤微生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了復(fù)雜的影響, 進(jìn)而抑制番茄生長。“番茄根區(qū)土壤微生物-根內(nèi)微生物-土壤線蟲- 番茄植株”微生態(tài)系統(tǒng)對(duì)病土加入后的復(fù)雜響應(yīng)表現(xiàn)為: 加入病土后, 番茄根系內(nèi)細(xì)菌總數(shù)及植物病原細(xì)菌數(shù)量分別增加至健康土壤番茄的527倍及463倍; 病土番茄根區(qū)土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌總數(shù)分別增加至健康番茄根區(qū)土壤的1.8倍、2.3倍及2.6倍, 進(jìn)而導(dǎo)致食細(xì)菌線蟲、食真菌線蟲及植物寄生性線蟲數(shù)量分別增加至健康根區(qū)土壤的3.3倍、1.6倍及7.3倍, 其中的植物寄生線蟲95.6%為根結(jié)線蟲; 根結(jié)線蟲侵染導(dǎo)致番茄根系上的根結(jié)數(shù)量顯著增加, 收獲期根結(jié)線蟲侵染率及病情指數(shù)提高。此外, 番茄對(duì)病土加入的響應(yīng)還表現(xiàn)在番茄莖葉與根系鮮質(zhì)量、開花數(shù)及果實(shí)數(shù)量均顯著下降, 番茄葉片防御性酶活性降低, 抗病抗逆能力下降(圖2)。

從收獲期番茄根區(qū)土壤中3種食真菌線蟲、11種食細(xì)菌線蟲、5種植物寄生線蟲及數(shù)量很少的雜食性線蟲的種類及數(shù)量看, 接入病土使收獲期番茄根區(qū)土壤線蟲總量較健康土壤顯著增加, 連作年限增加也有類似效應(yīng)[14]; 植物寄生線蟲種類增多, 數(shù)量大幅增加, 其中根結(jié)線蟲占植物寄生線蟲總數(shù)的95.6%, 加入連作病土使原本以食細(xì)菌和食真菌線蟲為優(yōu)勢的土壤線蟲群落變?yōu)橐愿Y(jié)線蟲為主的植物寄生線蟲群落, 這與已有研究結(jié)果類似[17]。植物寄生線蟲成為優(yōu)勢種群后會(huì)嚴(yán)重破壞其寄主植物[18],根結(jié)線蟲侵染番茄根系使其根結(jié)病情加劇。

本研究發(fā)現(xiàn), 加入病土使番茄根區(qū)土中微生物數(shù)量大幅增加, 細(xì)菌/真菌比例下降, 許華等[8]及孫艷艷等[7]所得結(jié)果與本文類似。但Nayyar等[6]及孫艷艷等[7]的研究表明, 連作后土壤微生物總量降低。已有研究發(fā)現(xiàn), 食細(xì)菌線蟲對(duì)細(xì)菌的捕食會(huì)造成細(xì)菌生物量及活性增加[13]。本研究中病土處理食細(xì)菌線蟲總數(shù)與細(xì)菌總數(shù)同步顯著增加, 線蟲的增加可能與線蟲食物充足有關(guān), 而細(xì)菌數(shù)量的增加是否是對(duì)線蟲捕食細(xì)菌的正反饋尚不清楚。甘藍(lán)假單胞菌為植物病原菌[30], 可引發(fā)番茄細(xì)菌性髓部壞死[35]。接入病土使番茄根系內(nèi)甘藍(lán)假單胞菌數(shù)量大幅度增加, 成為優(yōu)勢細(xì)菌, 導(dǎo)致番茄根系更易被有害菌侵染。嗜麥芽窄食單胞菌可寄生線蟲體表抑制線蟲生長、降低線蟲致病性[31], 產(chǎn)黃青霉有利于番茄植株抵御爪哇根結(jié)線蟲侵害[32], 但病土對(duì)這兩種菌及厚垣鐮孢菌數(shù)量無顯著影響, 卻能降低番茄根區(qū)土壤中優(yōu)勢真菌雅致放射毛霉的數(shù)量。

本研究發(fā)現(xiàn), 接種病土對(duì)番茄的生化特性也有一定影響: 接入病土后, 番茄葉片PPO活性顯著降低, POD活性顯著增高, MDA含量增高, 表明連作病土可降低番茄防御性酶活性及其抗壓抗衰老能力?？祦嘄埖萚36]也有類似報(bào)道。PPO廣泛存在于植物中, 可促進(jìn)酚類物質(zhì)氧化, 形成咖啡酸及綠原酸等抗病物質(zhì), 還可將根皮苷配基氧化形成毒性更強(qiáng)的化合物, 殺死病原菌[37]。PPO的活性降低可能使番茄更易被根結(jié)線蟲及病原菌侵染。POD的作用具有保護(hù)和傷害雙重效應(yīng); 可在逆境或衰老初期表達(dá)而清除H2O2,表現(xiàn)為活性氧保護(hù)酶系統(tǒng)成員; 可在逆境或衰老后期表達(dá), 參與活性氧的產(chǎn)生和葉綠素的降解, 并能引發(fā)膜脂過氧化作用, 表現(xiàn)出破壞作用, 甚至可作為衰老指標(biāo)[38]。MDA是組織或器官膜脂質(zhì)發(fā)生過氧化反應(yīng)而產(chǎn)生的, MDA含量與植物衰老及逆境傷害有密切關(guān)系[36]。病土對(duì)番茄生化特性的負(fù)效應(yīng)導(dǎo)致對(duì)番茄生長的顯著抑制作用, 表現(xiàn)為收獲期的莖葉及根系鮮重較健康土壤顯著降低, 番茄開花時(shí)間延遲, 數(shù)量減少, 結(jié)果數(shù)及果實(shí)重量均顯著降低。

4 結(jié)論

向健康土壤中接入連作番茄根結(jié)線蟲病株根區(qū)病土對(duì)番茄根區(qū)土壤微生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了復(fù)雜的影響, 通過對(duì)根區(qū)土壤微生物、根系內(nèi)細(xì)菌種類數(shù)量、土壤線蟲的種類與數(shù)量及番茄生化代謝的影響抑制番茄生長, 加重根結(jié)線蟲病害。病土中攜帶的根結(jié)線蟲完全改變了健康土壤原有的線蟲群落結(jié)構(gòu), 使其成為植物寄生線蟲的主體; 病土接入使植物病原細(xì)菌甘藍(lán)假單胞菌成為番茄根系內(nèi)的優(yōu)勢菌。有害線蟲及微生物的大量繁殖降低了番茄的防御性酶活性及抗逆性, 加重了根結(jié)線蟲病害, 嚴(yán)重抑制番茄生長及開花結(jié)果。連作病土對(duì)番茄生長的負(fù)作用是通過對(duì)“番茄根區(qū)土壤微生物-根內(nèi)微生物-土壤線蟲-番茄植株”微生態(tài)系統(tǒng)的整體影響及系統(tǒng)內(nèi)各要素相互作用實(shí)現(xiàn)的。病土引起的化感抑制作用亦應(yīng)在后續(xù)研究中加以重視。

致謝 本文中土壤及番茄根結(jié)線蟲鑒定、土壤線蟲測數(shù)等與線蟲相關(guān)的工作均由比利時(shí)根特大學(xué)理學(xué)院線蟲研究室在讀博士薛清完成, 在此謹(jǐn)致謝意。

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Effect of sick rhizosphere soil under tomato continuous cropping on soil nematodes,microbes and tomato growth*

MA Yuanyuan, LI Yulong, LAI Hangxian, GUO Qiao, XUE Quanhong**

(College of Natural Resources & Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

Continuous cropping of tomato is a widespread practice that severely restricts sustainable tomato production. The interaction between soil nematodes, soil microbes and plants may be related with root-knot nematode disease due to continuous cropping. However, a little attention has been paid to the interrelatedness of these factors or the effect of continuous cropping on the relationship among soil and other 3 factors. Thus, this study explored the effects of sick soil (root-knot nematode infecting soil) on tomato root-knot disease, mechanism of micro-ecological obstacles and plant growth of continuously cropped tomato with a pot experiment. The abundances and communities of microbes and nematodes in root-zone soils and the activities of defensive enzymes in seedling leaves of tomato were analyzed todetermine what pathogenic mechanism existed in such cropping systems. Compared with healthy soil, sick soil caused the following changes: (1) at seedling stage, root-knot nematodes began to infect roots and therefore root-knots appeared on tomato roots. Compared with the healthy soil, silk soil increased the abundance of soil nematode by 390.4%. At maturity, the infection rate of root-knot nematode was 62.7% and the related disease index was 80.0%. (2) The growth of tomato was restrained and the activities of defense enzymes reduced. The dates of blossoming and fruiting delayed too. Fresh biomass of shoot and root at maturity significantly (< 0.05) decreased by up to 50.2% and 33.1%, respectively. Also the quantity and fresh mass of fruit significantly (< 0.05) decreased by up to 59.7% and 68.2%, respectively. While compared with healthy soil, PPO activity of seedling leaves significantly (< 0.05) decreased (by 15.8%), and POD activity significantly (< 0.05) increased (by 24.0%) for silk soil. (3) Tomato roots became easily infected by harmful bacteria (). The number of pathogenic bacteriain tomato roots in sick soils was 463 times greater than that in healthy soils. The total number of bacteria, fungi and actinomycetes in rhizosphere soils increased by 46.3%, 94.5% and 134.0%, respectively. (4) The abundance of soil nematodes increased nearly 3 times, among which the abundance of fungi-feeding nematodes, bacteria-feeding nematodes and plant-parasitic nematodes increased by 1.6, 3.3 and 7.3 times, respectively. The abundance and diversity of plant-parasitic nematodes greatly increased, of which root-knot nematode accounted for 95.6%. In conclusion, the inoculation of sick soils from the root-zone under continuous tomato cropping had complex effects on root-zone soil ecology. It inhibited tomato growth and increased the incidence of root-knot nematode disease by influencing the abundance and diversity of microbes and nematodes in root-zone soils and also by influencing biochemical metabolism of tomato. Mass propagation of plant parasitic nematodes and plant pathogenic bacteria decreased defensive enzyme activity and stress resistant ability of tomato, which in turn led to more severe root-knot nematode infection with significant inhibitory effect on tomato production. The negative effects of continuous cropping on tomato growth were caused by the interactions among root-zone soil microbes, root endophytes and soil nematodes.

Tomato; Continuous cropping; Root-knot nematode; Soil microbe; Defensive enzyme; Pathogenic bacteria

S154.36; S154.38+6

A

1671-3990(2017)05-0730-10

10.13930/j.cnki.cjea.160792

* “十二五”國家科技支撐計(jì)劃課題(2012BAD14B11)及陜西省2016年科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃(2016KTZDNY03-03-02)資助

**通訊作者:薛泉宏, 主要研究方向?yàn)槲⑸锷鷳B(tài)與資源利用。E-mail: xuequanhong@163.com

馬媛媛, 主要研究方向?yàn)橥寥郎锿嘶c微生物修復(fù)。E-mail: 13363921675@163.com

2016-09-03

2016-12-28

* This work was supported by the National Key Technology R&D Program of China (2012BAD14B11), and the Sci. & Tech. Innovation Project of Shaanxi Province, China (2016KTZDNY03-03-02).

** Corresponding author, E-mail: xuequanhong@163.com

Sep. 3, 2016; accepted Dec. 28, 2016

馬媛媛, 李玉龍, 來航線, 郭俏, 薛泉宏. 連作番茄根區(qū)病土對(duì)番茄生長及土壤線蟲與微生物的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 25(5): 730-739

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