辣椒不同品種對土壤連作障礙的響應(yīng)效應(yīng)研究

李曉雪，武菊平，李翔宇，杜佳燕，劉文菊，陸秀君，李博文

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/河北省蔬菜產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，河北 保定 071001；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，河北 保定 071001）

辣椒（Capsicum annuumL.）為茄科辣椒屬植株，是世界十大蔬菜之一［1］，是我國重要的蔬菜作物［2］。辣椒的維生素C含量是番茄的5倍、茄子的20倍［3］。目前，我國辣椒年種植面積已超過 180萬公頃，占全國蔬菜總種植面積的8%～10%［4-5］。隨著蔬菜生產(chǎn)的專業(yè)化、集約化和規(guī)?；饺找嫣嵘瑥?fù)種指數(shù)高，品種相對單一，這種模式帶來高效益的同時，更加劇了蔬菜連作障礙的發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，辣椒連作產(chǎn)地，輕者減產(chǎn)30%左右，嚴(yán)重的減產(chǎn)60%以上，甚至絕產(chǎn)［6］。許多集約化種植區(qū)，辣椒連作障礙問題日漸突出。

連作障礙產(chǎn)生的原因復(fù)雜多樣，其原因主要分為三個方面：一是植物自身分泌的自毒物質(zhì)，自毒物質(zhì)來源包括植株根系分泌和植株殘茬腐解［7］；二是連作造成有害微生物積累，隨著連作年限的增加，會導(dǎo)致土壤微生物細(xì)菌和真菌比例失衡，土壤由“細(xì)菌型”土壤轉(zhuǎn)向“真菌型”［8］，某些病原真菌得到富集，從而影響植物的正常生長和生命活動?，F(xiàn)國內(nèi)外報(bào)道的辣椒病害主要包括由茄科勞爾氏菌（Ralstonia solanacearum）引起的細(xì)菌性土傳病害青枯病，由辣椒疫霉（Phytophthora capsica）引起的疫病、由棉黃萎輪枝孢（Verticillium alboatrumReinke&Berthold）侵染引起的黃萎病、由多種真菌侵染引起的苗期猝倒病以及尖孢鐮刀菌（F. oxysporum）引起的枯萎病、茄病鐮刀菌（F.Solani）引起的莖腐病和根腐?。?-10］；三是長期單一種植使土壤養(yǎng)分失衡，土壤物理性質(zhì)遭到破壞；研究表明，同一作物長期連作，必然造成某種元素的虧缺，導(dǎo)致作物生長不良甚至大幅度減產(chǎn)［11-12］。

因此，本研究采用土壤培養(yǎng)試驗(yàn)，探究不同辣椒品種‘航椒8號’和‘航椒5號’，在辣椒連作土壤（CC）以及對照土壤（CK）中的生長狀況和抗氧化酶系統(tǒng)以及微生物區(qū)系的響應(yīng)效應(yīng)，旨在探明辣椒連作土壤障礙發(fā)生的原因，闡明辣椒對連作障礙土壤的響應(yīng)，為解決辣椒土壤連作障礙提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤連作土壤(CC)：采自辣椒國家特色農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)勢區(qū)邯鄲市雞澤縣露地辣椒連作10年種植基地。

非連作土壤(CK)：上述辣椒連作區(qū)附近沒有種植過辣椒的農(nóng)田土壤。

供試?yán)苯菲贩N：‘航椒8號’（HJ 8），‘航椒5號’（HJ 5）購自天水神舟綠鵬農(nóng)業(yè)科技有限公司。

供試土壤的理化生性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 The characteristics of soil in the study

1.2 土壤前處理及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2種供試土壤取回實(shí)驗(yàn)室后在陰涼處風(fēng)干，過5 mm篩，混勻后，裝入培養(yǎng)缽中。每盆裝土1.3 kg，底肥施用量為N：200 mg/kg、P2O5：150 mg/kg、K2O：200 mg/kg。肥料混勻后置于人工氣候室中。每盆澆水500 mL，使土壤保持田間持水量的70%～80%，土壤平衡7 d后播種，期間為保持土壤水分要每2 d補(bǔ)1次水。種子經(jīng)表面消毒后，培養(yǎng)至露白播種，每盆種3顆，待植株長至6葉期間苗，每盆留2株。本試驗(yàn)共分4個處理，12次重復(fù)，共種植48盆。

1.3 樣品的采集與測定

辣椒于2019年7月29日播種，于花期（10月12日）和收獲期（11月4日）進(jìn)行2次取樣。

1.3.1 樣品采集 自苗期每15 d進(jìn)行1次植株生長指標(biāo)調(diào)查，包括株高、莖粗、葉綠素（SPAD）、葉片數(shù)以及花蕾數(shù)。辣椒花期選取一株植株收集辣椒葉片洗凈擦干后用鋁箔紙包住，用液氮迅速冷凍后保存在-80 ℃冰箱用于葉片酶測定。

辣椒花期以及收獲期，沿植株莖基處剪開，將植株地上部與地下部分離，在收獲期，摘下地上部植株果實(shí)，稱重計(jì)果實(shí)鮮重；將培養(yǎng)缽中的土全部倒出，挑出植株根系，清洗后擦干，將地上部、辣椒果實(shí)以及根系放在烘箱中85 ℃殺青15 min，65 ℃烘干至恒重。

在辣椒花期，將培養(yǎng)缽中土壤全部混勻，取一部分鮮土樣品儲存于4 ℃用于土壤微生物活菌計(jì)數(shù)，剩余部分土壤樣品風(fēng)干后研磨過1 mm尼龍篩，混勻后取100 g樣品，再研磨過0.25 mm尼龍篩，分別貯存，用于測定土壤養(yǎng)分指標(biāo)。

1.3.2 樣品測定方法 根據(jù)辣椒長勢，在苗期建立辣椒長勢分級表，比較各處理辣椒生長情況，計(jì)算辣椒健康指數(shù)［13］。健康指數(shù)（%）=100-∑（各級株數(shù)×各級代表值）/（調(diào)查總株樹×最高級別代表值）×100。用天平稱取植株地上部、地下部以及果實(shí)干重。采用試劑盒提取分光光度計(jì)法測定辣椒葉片丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）活性，試劑盒購自蘇州科銘生物技術(shù)有限公司。

表2 辣椒長勢分級表Table 2 Classification of pepper growth

微生物數(shù)量測定采用稀釋平板計(jì)數(shù)法，細(xì)菌用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基；真菌用馬丁孟加拉紅培養(yǎng)基；放線菌用改良高氏一號培養(yǎng)基，并計(jì)算土壤中細(xì)菌和真菌數(shù)量的比值(B/F)［14］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析，數(shù)據(jù)分析用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 連作土壤中不同品種辣椒的生長情況分析

2.1.1 苗期辣椒植株健康指數(shù) 植株長勢分級表根據(jù)辣椒生長過程中出現(xiàn)的葉片卷曲現(xiàn)象確定，按照長勢分級標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算辣椒植株健康指數(shù)。在辣椒苗期，連作情況下‘航椒8號’和‘航椒5號’的植株健康指數(shù)分別比對照低45.81 %（P＜0.05）和40.71 %（圖1）。這說明辣椒連作產(chǎn)生的土壤障礙性因素已嚴(yán)重影響了2個品種植株苗期的正常生長，尤其是‘航椒8號’對連作障礙的響應(yīng)程度更大。

圖1 連作土壤對苗期不同品種辣椒植株健康指數(shù)的影響Fig.1 Effect of continuous cropping soil on the health index of two varieties of chili pepper at the seedling stage

2.2.2 不同生育期辣椒生長情況 在苗期，生長在連作土壤中的‘航椒8號’葉片數(shù)、株高、莖粗分別較對照顯著降低74.62%、25.89%、17.30%（P＜0.05）?！浇?號’只有株高較對照低6.67%（P＜0.05）（表3）。在植株幼苗期，除正常土壤中生長的‘航椒8號’外，其他處理植株葉片會出現(xiàn)不同程度的卷曲現(xiàn)象；連作土壤中生長的‘航椒8號’葉片卷曲、植株生長緩慢的情況最嚴(yán)重。此外，同種土壤環(huán)境不同植株品種比較，在正常土壤中，‘航椒8號’除葉片數(shù)明顯多于‘航椒5號’外，其他的生長指標(biāo)二者沒有差異；在連作土壤中，‘航椒5號’的株高、葉綠素較‘航椒8號’分別高20.96%、9.31%，其他生長指標(biāo)差異不顯著。

表3 連作土壤對苗期不同品種辣椒植株生長情況的影響Table 3 Effects of continuous cropping soil on the growth of two varieties of chili pepper at the seedling stage

在現(xiàn)蕾期，生長在連作土壤中的航椒8號葉片數(shù)、花蕾數(shù)、株高、莖粗以及葉綠素含量分別較對照顯著低41.40%、66.32%、45.85%、33.33%、14.07%（P＜0.05）（表4）；‘航椒5號’只有株高、莖粗分別較對照低20.95%、14.57%（P＜0.05）。此外，同種土壤環(huán)境不同植株品種比較，辣椒2品種長勢規(guī)律與苗期一致。

表4 連作土壤對現(xiàn)蕾期不同品種辣椒植株生長情況的影響Table 4 Effects of continuous cropping soil on the growth of two varieties of chili pepper at the budding stage

花期連作土壤中，‘航椒8號’植株的莖粗、株高、地上部植株干重以及地下部干重分別較對照顯著降低42.59%、22.10%、51.09%、51.38%（P＜0.05）；而‘航椒5號’植株僅株高、地上部植株干重和地下部干重分別較對照低36.35%、49.91%、48.51%（表5），且受抑制的程度較‘航椒8號’小。此外，無論是在正常土壤還是連作土壤，2品種的長勢差異不顯著。

表5 連作土壤對花期不同品種辣椒植株生長情況的影響Table 5 Effects of continuous cropping soil of two varieties of chili pepper at the flowering stage

在收獲期，生長在連作土壤中的‘航椒8號’植株莖粗、株高、地上部植株干重、地下部干重以及果實(shí)干鮮重分別較對照降低的15.89%、29.13%、25.13%、33.17%、67.43%、70.72%（P＜0.05）；‘航椒5’號莖粗、株高以及地上部植株干重分別較對照降低1.90%、26.50%、35.52%（P＜0.05）（表6）。在連作土壤中，‘航椒5號’和‘航椒8號’長勢情況與前期規(guī)律一致，但是連作土壤中生長的‘航椒8號’辣椒果實(shí)均較小，干果重顯著降低，這也說明連作障礙不僅使植株生長緩慢且導(dǎo)致減產(chǎn)。

表6 連作土壤對收獲期不同品種辣椒植株生長情況的影響Table 6 Effects of continuous cropping soil of two varieties of chili pepper at the harvest stage

2.2 不同品種植株抗氧化酶系統(tǒng)酶對連作土壤的響應(yīng)

植株抗氧化酶系統(tǒng)酶活性代表著植株清除活性氧的抗逆境脅迫的能力，在辣椒生長關(guān)鍵時期花期測定了植株葉片內(nèi)MDA含量、POD、SOD以及CAT酶活性（圖2）?！浇?號’植株葉片MDA含量、CAT酶活性較對照高74%、8.82%（圖2a），POD酶、SOD酶活性分別較對照顯著降低40.56%、32.21%均差異顯著（圖2b,2c）。

同種土壤環(huán)境2辣椒品種比較發(fā)現(xiàn)（圖2a,2c）正常土壤中，‘航椒5號’植株葉片MDA含量顯著較‘航椒8號’高23.18%。連作土壤中，‘航椒8號’植株葉片SOD酶活性較‘航椒5號’顯著低28.25%。這說明，在正常土壤里，‘航椒5號’植株膜質(zhì)氧化程度較‘航椒8號’嚴(yán)重；在連作土壤中植株的抗氧化酶系統(tǒng)紊亂，植株受到逆境破壞，‘航椒5號’的抗逆性優(yōu)于‘航椒8號’。

圖2 連作土壤對花期不同品種辣椒植株葉片酶活性、MDA含量的響應(yīng)情況的影響Fig.2 Effect of continuous cropping soil on enzyme activity and MDA content in leaves of two varieties of chili pepper at the flowering stage

2.3 不同品種土壤微生物數(shù)量分析

‘航椒8號’生長的連作土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量分別較正常土壤降低39.63%、40.49%、53.40%，其中土壤放線菌數(shù)量差異顯著；‘航椒5號’土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量分別較對照低19.02%、35.19%、37.88%，但差異不顯著。

表7 連作土壤對花期不同品種辣椒植株土壤微生物數(shù)量情況的影響Table 7 Effect of continuous cropping soil on soil microbial quantity of two varieties of chili pepper at the flowering stage

通過計(jì)算土壤微生物總數(shù)發(fā)現(xiàn)，‘航椒8號’和‘航椒5號’連作土壤中微生物總數(shù)均低于對照土壤分別較對照低39.75%、19.23%。

有研究表明，土壤細(xì)菌/真菌比值（B/F）越高，土壤抑病能力越強(qiáng)。‘航椒8號’和‘航椒5號’的B/F值均低于對照，分別較對照低13.48%、22.59%。這說明連作障礙會使土壤放線菌數(shù)量顯著下降，土壤微生物總數(shù)減少，土壤B/F值下降，土壤由細(xì)菌型向真菌型轉(zhuǎn)化。

3 討論與結(jié)論

近年來, 連作障礙日益加劇，造成蔬菜生長發(fā)育不良，產(chǎn)量品質(zhì)降低，制約了蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［15-16］。在本試驗(yàn)中，連作顯著影響了辣椒植株的正常生長，在辣椒整個生長時期，連作土壤中生長的辣椒植株均不同程度的低于對照，這與周倩等［17-18］連作明顯影響了辣椒的營養(yǎng)生長的結(jié)論一致，植株生長受到連作障礙的影響勢必會導(dǎo)致產(chǎn)量降低［19］。在本研究中，連作土壤中‘航椒8號’產(chǎn)量明顯低于正常生長情況，這說明連作障礙使辣椒植株生長緩慢，植株干物質(zhì)積累量下降，從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降。

抗氧化酶是植株抗逆性保護(hù)機(jī)制的重要部分，通過酶催化清除氧自由基，避免對細(xì)胞膜的傷害。須文［20］研究表明連作6年的辣椒土壤溶液、辣椒植株水浸提液均對辣椒幼苗的正常生長造成不良影響，POD、SOD活性下降，MDA積累增多，膜傷害程度加重。此外，伴生大麥和芥菜會提高土壤CAT、POD酶活性提高辣椒植株抗性［21］。在本試驗(yàn)研究中，連作土壤中，‘航椒8號’葉片POD、SOD酶活性顯著低于對照。這說明連作障礙使植株保護(hù)酶系統(tǒng)紊亂，造成植株抗逆性能力下降。這與王彩云［22］通過連作土壤施入生物炭處理顯著提高黃瓜植株葉片保護(hù)酶活性，提高植物抗性結(jié)果一致。生長在連作土壤中的‘航椒5號’SOD酶活性顯著高于‘航椒8號’，這說明在連作造成的逆境脅迫中，‘航椒5號’辣椒品種自身調(diào)節(jié)清除活性氧能力優(yōu)于‘航椒8號’。在正常土壤中，‘航椒5號’葉片中MDA含量顯著高于‘航椒8號’這說明，‘航椒5號’膜質(zhì)氧化程度較嚴(yán)重，這也是在正常土壤中2辣椒品種長勢出現(xiàn)差異的原因。

隨著連作年限的增加，會導(dǎo)致土壤微生物比例失衡，影響植物的正常生長和生命活動［2,8］。前人研究表明，連作會導(dǎo)致土壤真菌數(shù)量增多，土壤細(xì)菌以及放線菌數(shù)量下降，土壤B/F值下降［23-24］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，連作情況下土壤微生物數(shù)量以及土壤B/F值均低于對照，其中‘航椒8號’土壤放線菌數(shù)量顯著低于對照，放線菌可以產(chǎn)生大量抗生素拮抗病原菌，增加植物對病原菌的抵抗能力，這說明連作導(dǎo)致土壤拮抗病原菌能力下降，這一研究結(jié)果與劉來［12］結(jié)果是一致的。

在實(shí)際生產(chǎn)中，可以篩選抗性品種，增強(qiáng)植株抗性克服連作障礙。在本試驗(yàn)結(jié)果中，對比2個辣椒品種發(fā)現(xiàn)，‘航椒5號’在克服辣椒連作障礙方面優(yōu)于‘航椒8號’，在實(shí)際生產(chǎn)中可以通過種植‘航椒5號’抗性品種克服連作障礙。