魔芋、玉米間作對根際土壤中微生物的影響初探

陳 娜

（貴州開放大學(xué)，貴州貴陽 550025）

間作系統(tǒng)具有提高作物對養(yǎng)分的吸收量、增加產(chǎn)量、減少病蟲害發(fā)生率等積極作用[1-3]。間作中非寄主作物根系的交互作用能有效控制土傳病害的發(fā)生。有研究表明，土豆與玉米間作能減少土豆晚疫病的發(fā)生，西瓜與水稻間作能減少西瓜枯萎病的發(fā)生[3-4]。魔芋（Amorphaphallus konjacDurieu）是我國西南地區(qū)普遍種植的經(jīng)濟(jì)作物，具有高產(chǎn)和高經(jīng)濟(jì)價值優(yōu)勢，同時，魔芋具有降血壓、降血糖和排毒等功效[5-6]。魔芋軟腐病是由胡蘿卜軟腐歐文氏軟腐亞種（Erwinia carotovorasubsp.carotovora）引起的細(xì)菌性病害，當(dāng)植株基部感病時呈軟腐倒伏狀，嚴(yán)重時葉片黃褐干枯，種芋腐爛[6-7]。常年魔芋連作、魔芋種植過密和排水不良的田塊，以及在8—9月高溫高濕條件下，魔芋軟腐病發(fā)生普遍，其中連作地比非連作地病害發(fā)生率平均高30%[5-7]。

作物根系是吸收營養(yǎng)和水分的主要器官，是接觸土壤微生物群落的重要部分[8]。當(dāng)前，學(xué)術(shù)界鮮有關(guān)于魔芋和玉米間作對魔芋軟腐病防治效果的研究報道。因此，筆者通過在田間設(shè)置試驗(yàn)，研究間作模式對魔芋軟腐病的防治效果，并探索其對根際微生物的多樣性和群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

種植的魔芋品種為雷山魔芋，玉米品種為金福玉。魔芋軟腐病病原菌為田間自然發(fā)病接種，植株發(fā)病后進(jìn)行病原菌分離，鑒定病原菌為胡蘿卜軟腐歐文氏軟腐亞種。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于貴州省畢節(jié)市魔芋種植基地，土壤pH值5.62、有機(jī)質(zhì)含量14.8 g·kg-1、速效氮含量115.5 mg·kg-1、速效磷含量15.6 mg·kg-1、速效鉀含量133.8 mg·kg-1。

1.3 試驗(yàn)方法

大田采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，試驗(yàn)設(shè)置3個處理：魔芋單作、玉米單作、魔芋和玉米間作。各處理株行距均為25 cm，氮肥施用量為300 kg·hm-2，磷肥施用量為150 kg·hm-2。每個試驗(yàn)小區(qū)面積均為48 m2，設(shè)置 3個重復(fù)。魔芋種球和玉米種植時間分別為2021年4月 10日和6月2日，魔芋軟腐病調(diào)查時間為9月18日，按照丁自立等調(diào)查方法統(tǒng)計病情指數(shù)[6-7]。病情分級標(biāo)準(zhǔn)：0級為不出現(xiàn)葉片變黃；1級為葉片輕度變黃；2級為葉片變黃并萎蔫；3級為葉片嚴(yán)重萎蔫或葉柄基部腐爛；4級為植株死亡。

1.4 數(shù)據(jù)測定

1.4.1 土壤微生物測定

1）玉米和魔芋收獲后，每個處理隨機(jī)選取4株進(jìn)行根際土壤收集，部分樣品保存在4 ℃冰箱中，用于測定土壤中軟腐病病原菌的數(shù)量；其余保存在-80 ℃ 冰箱中，通過高通量測序分析軟腐病病原菌的豐富度（Ace指數(shù)和Chao 1指數(shù)）、香農(nóng)指數(shù)（Shannon diversity）及群落結(jié)構(gòu)相對豐度[9]。

2）NA培養(yǎng)基用于測定根際土壤中魔芋軟腐病病原菌的數(shù)量[5]。具體操作為取1 g魔芋根際土壤，用無菌水清洗稀釋至10-6g·mL-1，然后吸取1 mL均勻涂布在LB平板培養(yǎng)基上，37 ℃恒溫培養(yǎng)24 h。選取平板上的單個菌落涂布于NA培養(yǎng)基上，鑒定病原菌為胡蘿卜軟腐歐文氏軟腐亞種，并于顯微鏡下用血球計數(shù)板統(tǒng)計病原菌數(shù)量。

1.4.2 根際抗氧化性測定

魔芋和玉米收獲后，測定魔芋根際土壤中抗氧化物質(zhì)的活性，包括總酚、類黃酮含量及多酚氧化酶（PPO）與苯丙氨酸解氨酶（PAL）酶活性。

1）總酚及類黃酮含量測定。取1 g樣品加入5 mL 含有1% HCl的甲醇溶液提取24 h，然后取0.l mL提取液定容至5 mL。利用分光光度計在波長280 nm處測定總酚的吸光值，在波長325 nm處測定類黃酮的吸光值?？偡?類黃酮含量（mg·g-1）=吸光度值×提取液體積/樣品鮮質(zhì)量。

2）PPO和PAL酶活性測定參考趙秀娟等提出的測定與計算方法[10]。先提取粗酶液，取洗凈后的2 g樣品放入冰浴環(huán)境下的研缽中研磨，加6.0 mL pH值5.8的磷酸緩沖液，而后轉(zhuǎn)移至離心管中10 000 r·min-1冷凍離心20 min，冷凍備用。

PPO酶活性的測定體系包括1.5 mL 0.05 mol·L-1的pH值7.0磷酸緩沖液，1.0 mL 0.05 mol·L-1鄰苯二酚和 0.5 mL酶液，沸水中加熱作為對照。反應(yīng)體系加入酶液后，利用紫外分光光度計在波長410 nm處測定吸光值。

PAL酶活性的測定體系為1.0 mL酶液加入1.0 mL 0.02 mol·L-1苯丙氨酸和2.0 mL蒸餾水，對照不加底物。反應(yīng)液在30 ℃恒溫水浴保溫，0.5 h后利用紫外分光光度計在波長290 nm處測定吸光值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式對魔芋軟腐病發(fā)生的影響

由表1可知，魔芋與玉米間作顯著降低了魔芋軟腐病的病情指數(shù)和根際土壤中的病原菌數(shù)量。魔芋單作處理的病情指數(shù)最高，為73.69%，比魔芋和玉米間作處理高26.32%；魔芋和玉米間作下，其根際土壤中病原菌含量為5.50 log·CFU·g-1，比魔芋單作顯著降低了11.29%，同時由于玉米不是軟腐病病原菌的寄主，其根際土壤中病原菌含量最少。試驗(yàn)結(jié)果表明，魔芋和玉米間作能顯著降低魔芋軟腐病的發(fā)生率，減少根際土壤中軟腐病病原菌數(shù)量。

表1 不同栽培模式對魔芋軟腐病防控的影響

2.2 不同種植模式對魔芋根系抗氧化性的影響

由表2可知，魔芋和玉米間作顯著提高了魔芋根系的抗氧化能力。魔芋和玉米間作處理的總酚和類黃酮含量最高，分別比魔芋單作處理提高了30.35%和53.85%。PPO和PAL酶活性指標(biāo)也呈相同趨勢，魔芋和玉米間作PPO和PAL酶活性分別比魔芋單作提高了22.34%和34.06%。

表2 不同栽培模式對魔芋根系抗氧化性的影響

2.3 不同種植模式對根際土壤中微生物多樣性的影響

由表3可知，在Chao 1指標(biāo)上，魔芋和玉米間作處理的指數(shù)是最高的，比魔芋單作和玉米單作分別顯著提高了12.17%和10.31%，但魔芋單作和玉米單作無顯著差異。Ace指數(shù)和香農(nóng)指數(shù)呈相似趨勢，魔芋和玉米間作的Ace指數(shù)比魔芋單作和玉米單作分別顯著提高了7.79%和7.25%，香農(nóng)指數(shù)分別提高了7.76%、10.15%，而魔芋單作和玉米單作的Ace指數(shù)和香農(nóng)指數(shù)均無顯著差異。這說明魔芋和玉米間作能增加根際土壤中微生物的多樣性。

表3 不同栽培模式對根際土壤中微生物多樣性的影響

2.4 不同種植模式對根際土壤中細(xì)菌在屬分類水平上的影響

由表4可知，土壤根際細(xì)菌在屬分類水平上，相對豐度最高的是鞘氨醇單胞菌屬，其在魔芋和玉米間作、魔芋單作、玉米單作處理中分別占細(xì)菌總種群數(shù)的4.80%、4.39%、4.93%。其次是芽單胞菌屬，其在魔芋和玉米間作、魔芋單作、玉米單作處理中相對豐度分別為1.71%、1.88%、1.92%。同時，魔芋和玉米間作能顯著降低病原菌歐文氏菌屬的相對豐度，其占細(xì)菌總種群數(shù)的1.06%，比魔芋單作低0.59個百分點(diǎn)，表明玉米單作或魔芋與玉米間作均能有效降低土壤中魔芋軟腐病病原菌的相對豐度。

表4 不同栽培模式對根際土壤細(xì)菌在屬分類水平上 相對豐度的影響 單位：%

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，魔芋和玉米間作能有效防治魔芋軟腐病。魔芋與玉米間作時，魔芋軟腐病的病情指數(shù)最低，其根際土壤中病原菌的含量顯著低于魔芋單作處理。分析原因可能是間作的非寄主作物能分泌特定的抑制病原菌活性的物質(zhì)，抑制病原菌的生長和繁殖，從而降低寄主作物病害的發(fā)生程度[3-4]。同時，魔芋和玉米間作提高了與抗病相關(guān)的抗氧化物質(zhì)的含量。由于酚類代謝與植物抗病性密切相關(guān)，當(dāng)作物受到病原物侵染時，可通過提高酚類代謝水平抵抗病原菌侵害，而PPO和PAL酶與細(xì)胞壁的增厚和酚類物質(zhì)的氧化相關(guān)，均能降低病害發(fā)生率[11-12]。

間作不僅能提高作物的單位面積產(chǎn)量和作物對生物脅迫的抵抗能力，還能改變土壤中微生物的數(shù)量及相對豐度，且土傳病害的發(fā)生與根際微生物結(jié)構(gòu)區(qū)系相關(guān)[13-14]。研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)控根際中的微生物群落能有效減少病原菌數(shù)量[14-16]。本研究發(fā)現(xiàn)，魔芋和玉米間作提高了根際土壤微生物的多樣性和有益菌的相對豐度，降低了病原菌在土壤中的相對豐度。通過菌屬分類可知，間作提高了鏈霉菌屬、芽孢桿菌屬和硝化桿菌屬的相對豐度，這些細(xì)菌能有效促進(jìn)作物的生長或抑制植物病害的發(fā)生[17-19]。因此，通過魔芋和玉米間作提高了魔芋根際土壤中微生物的多樣性，減少了病原菌的數(shù)量，降低了病害的發(fā)生率。

魔芋和玉米間作能有效減輕魔芋軟腐病的發(fā)生程度，其根際土壤中病原菌數(shù)量顯著低于魔芋單作處理；同時提高了植株的抗氧化物質(zhì)含量和酶活性；增加了根際土壤中微生物的多樣性和有益菌的相對豐度，降低了歐文氏菌屬病原菌的相對豐度。魔芋和玉米間作在農(nóng)業(yè)上是一種簡單可行的防治魔芋軟腐病的策略。