大蔥輪作對溫室黃瓜根際土壤微生物多樣性的影響

時偉　申太榮　魏珉等

摘要： 采用大蔥/黃瓜輪作和黃瓜/黃瓜連作兩種栽培模式，比較研究了黃瓜根際土壤微生物多樣性的差異，在此基礎上，進一步探討了大蔥根系分泌物對黃瓜根際土壤微生物多樣性的影響。結果表明：與連作相比，大蔥輪作提高了黃瓜根際土壤中細菌、放線菌的多樣性及均勻度指數，降低了真菌的多樣性與均勻度指數；大蔥根系分泌物處理可提高黃瓜根際土壤中細菌和真菌的多樣性和均勻度指數，但對放線菌的作用不明顯；較高濃度的大蔥根系分泌物可引起黃瓜根際土壤中部分細菌和真菌聚集。

關鍵詞：大蔥；輪作；根系分泌物；微生物多樣性；PCR-DGGE

中圖分類號：S154.3文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2014）07-0072-07

AbstractThe differences of microbial diversity in rhizosphere soil of cucumber in greenhouse were studied under welsh onion-cucumber rotation and continuous cucumber cropping modes. On this basis， the influences of welsh onion root exudates on soil microbial diversity were further discussed. The results showed that， compared with continuous cropping， welsh onion rotation increased the diversity and evenness indexes of bacteria and actinomyces and reduced those of fungi in cucumber rhizosphere soil. The welsh onion root exudates treatment could increase the diversity and evenness indexes of bacteria and fungi in cucumber rhizosphere soil， but the effect on actinomyces was not obvious. High levels of welsh onion root exudates could cause aggregation of some bacteria and fungi in cucumber rhizosphere soil.

Key wordsWelsh onion； Rotation； Root exudates； Microbial diversity； PCR-DGGE

連作障礙嚴重制約設施蔬菜高產高效與可持續發展。連作會引起土壤微生物結構變化，細菌和放線菌種類與數量減少，有害微生物種類與數量增加[1]，根際微生物平衡遭到破壞，微生物種群多樣性降低[2]。合理輪、間（套）作是減輕或克服土壤連作障礙的有效措施[3]，能夠增加細菌和放線菌等有益微生物的種類與數量，提高土壤微生物多樣性，改善土壤生態環境，促進作物生長[2～4]。

土壤中微生物種類很多，但采用傳統方法只能培養其中0.1%～10%的微生物[5]，不能完全反映土壤中微生物群落的狀況。PCR-DGGE作為一種現代分子生物學研究手段，能夠較好地從DNA水平上反映微生物群落的變化及其多樣性，彌補了傳統微生物培養方法的缺陷[6]。

黃瓜是設施主栽蔬菜，對連作反應敏感[7]。各作物與黃瓜輪作的研究發現，大蔥/黃瓜輪作對連作土壤的改良作用及對黃瓜生育的影響更為明顯[8]。研究表明，大蔥輪作可顯著改善黃瓜連作土壤的理化和生物學特性，增加細菌和放線菌數量，減少真菌數量，抑制枯萎病病原菌繁殖，促進生長，提高產量[9，10]，但其內在機制尚未完全明確。

為此，本試驗采用PCR-DGGE技術，比較研究了大蔥/黃瓜輪作和黃瓜/黃瓜連作條件下根際土壤微生物多樣性的變化，并進一步探討了大蔥根系分泌物對黃瓜根際土壤微生物群落結構的影響，旨在從一個側面揭示大蔥輪作緩解黃瓜連作障害的原因，為制定合理栽培制度提供理論依據。

1材料與方法

1.1供試材料

供試土壤取自山東省泰安市岱岳區房村鎮北滕村，為連續種植15年黃瓜的日光溫室耕層土壤。土壤類型為棕壤，土壤理化性狀為pH 6.19，EC 825 μS/cm，堿解氮238.0 mg/kg，有效磷151.2 mg/kg，速效鉀131.2 mg/kg。

供試黃瓜（Cucumis sativus L.）品種‘新津11號，大蔥（Allium fistulosum L.）品種‘元藏大蔥。Amberlite XAD-4吸附樹脂購于Sigma公司。

1.2 試驗設計及處理

1.2.1輪作和連作對黃瓜根際土壤微生物多樣性的影響試驗于2011年8月至2012年6月在山東農業大學園藝試驗站日光溫室內進行，設2個處理：大蔥/黃瓜輪作（T），黃瓜/黃瓜連作（CK）。每處理10盆，重復3次，隨機排放。花盆直徑30 cm，高25 cm，內裝連作土壤10 kg。黃瓜、大蔥分期播種育苗，2011年8月29日同時定植，黃瓜每盆1株，大蔥每盆5株。后茬于2012年4月25日全部定植黃瓜，常規方法管理，于5月15日、5月25日、6月5日取土樣。

1.2.2大蔥根系分泌物處理對黃瓜根際土壤微生物多樣性的影響用連續根系分泌物收集系統（Continuous Root Exudates Trapping System，CRETS）收集大蔥根系分泌物[11]。按占新華等[12]方法測定溶液中總有機碳濃度，并用去離子水配制總有機碳濃度105、210、420 mg/L的大蔥根系分泌物溶液，置4℃冰箱中備用。

試驗于2012年11月至2013年1月在山東農業大學北校區玻璃溫室進行。將催芽的黃瓜種播于裝280 g風干連作土的塑料缽（8 cm×8 cm）中，自幼苗子葉展平開始，采用上述濃度的大蔥根系分泌物溶液，以等量去離子水作對照（CK）進行處理，每盆均勻澆灌50 mL，每2天處理一次，視天氣情況補澆同等量的水。重復3次，每重復4株，完全隨機排列。從初次灌溉處理起，共30天。處理完后的第3天取土樣。

1.3測定項目與方法

1.3.1根際土壤采集按雷娟利等[13]方法獲取根際土樣，混勻，放-70℃冰箱保存，進行微生物群落結構PCR-DGGE測定。

3討論

土壤微生物在植物殘體降解、養分轉化循環等過程中扮演重要角色[16]，影響植物生長的根際土壤微生態環境。土壤微生物群落結構會影響植株生長發育[17]，提高微生物多樣性，有效改善土壤微生態環境，促進作物生長，提高產量[2]。本試驗結果表明，與連作相比，大蔥輪作可明顯改善黃瓜根際微生物群落結構，提高細菌與放線菌群落的多樣性和均勻度指數，降低真菌群落多樣性和均勻度指數。吳鳳芝等[2]研究也發現，與連作相比，輪作更有利于提高黃瓜土壤微生物多樣性和穩定性。改善作物根際土壤的微生物環境為其正常生長和提高產量奠定了基礎。

根系分泌物是影響土壤微生物的重要因子之一[18]。不同栽培制度造成土壤微生物數量及種群結構的變異，與作物殘體和根系分泌物在土壤中的積累有關[19]。本試驗中，與對照相比，大蔥根系分泌物處理改變了黃瓜根際土壤的微生物群落結構，顯著提高了細菌和真菌群落的多樣性及均勻度指數，進而提高了土壤中微生物多樣性，與前人研究結果相似[19]。但大蔥根系分泌物處理和大蔥輪作的效果存在著差異，可能與兩種條件下實際進入土壤中的根系分泌物成分及含量不同有關。不同作物根系分泌物成分及含量存在差異，對土壤微生物的影響也不同。趙大君等[20]發現，鳳眼蓮根系分泌物的氨基酸組成對根際細菌趨化作用產生明顯的影響。Zhou等[21]發現，對羥基苯甲酸可降低細菌群落的Shannon-Weaver指數及均勻度指數，但提高真菌群落的Shannon-Weaver指數及均勻度指數。也有研究發現，根系分泌物中的糖、氨基酸等種類和含量與病原菌孢子萌發及菌絲生長有關[22]。大蔥根系分泌物處理和大蔥輪作對黃瓜根際微生物群落結構的影響差異原因值得進一步探討。

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