伴生大麥和芥菜對連作辣椒葉片保護酶活性及根際土壤環境的影響

張福建 陳 昱 楊有新 吳超群 范淑英 吳才君

（江西農業大學農學院，江西南昌 330045）

辣椒（Capsicum annuumL.）為茄科辣椒屬一年生或有限多年生植物，在我國南北各地廣泛栽培。據農業部大宗蔬菜體系統計，近年來我國辣椒種植面積為150萬～200萬hm2，占全國蔬菜總種植面積的8%～10%（王立浩 等，2016）。然而，隨著辣椒種植面積的擴大和連作年限的增加，連作障礙日益嚴重，輕者減產30%左右，嚴重的減產60%以上，甚至絕產（胡亮和陳賓，2015）。

大量研究表明，利用植物間的化感作用原理合理安排伴生或間套作不僅可以提高蔬菜產量和品質，而且還可以有效減輕病蟲害，改善土壤生態環境，從而減輕連作障礙的發生（Fu et al.，2016；Gao et al.，2017）。目前常用的伴生作物多為禾本科作物，禾本科作物具有較強的化感作用，其根系分泌物能夠提高土壤微生物多樣性。如伴生小麥可以促進西瓜生長，增加西瓜根際土壤放線菌和細菌數量，降低土壤真菌比例，同時提高微生物生物量（徐偉慧，2016）；伴生禾本科作物，特別是大麥能夠提高番茄根際土壤酶活性，增加土壤微生物數量，降低根結線蟲的發生（楊瑞娟 等，2017）；花生與麥類作物（大麥、燕麥、小麥）混作可以提高花生鐵的含量，改善植株鐵營養（左元梅和張福鎖，2004）；與單作辣椒相比，玉米與辣椒間作緩解了Cd、Pb等重金屬對辣椒的毒害作用，提高了土壤酶活性以及菌落數量（楊晶，2016）。

十字花科蔬菜含有的芥子油被酶水解后生成異硫氰酸類物質，具有抗菌活性，能夠改變土壤微生物結構，抑制病害的發生（Mowlick et al.，2013）。尤其是芥菜中的芥子油甙含量最高，利用其殘茬覆膜熏蒸能夠提高土壤中的異硫氰酸酯，達到殺滅病原菌的目的。同時，芥菜有助于提高土壤細菌多樣性，降低土壤中真菌和尖孢鐮刀菌的數量，改善土壤微生態結構，減輕連作障礙的危害（劉昕昕，2013）。此外，利用蕓薹屬植物殘體進行生物熏蒸能夠調節土壤微生物群落以及減輕辣椒疫病的發生，從而顯著增加辣椒產量（Hansen & Keinath，2013 ；Wang et al.，2014）。

本試驗以大麥和芥菜為伴生作物，通過盆栽試驗探討了伴生芥菜和大麥對連作辣椒葉片保護酶活性及根際土壤環境的影響，旨在為提高辣椒克服連作障礙能力以及生產實踐提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試辣椒品種為線椒辛香8號，芥菜品種為本地芥菜筍，由江西華農種業有限公司饋贈；大麥品種為帶皮大麥，購自鄭州華豐草業科技有限公司。所用肥料為果蔬專用有機肥，購自湖北吉順磷化有限公司。供試土壤取自江西省農業科學院試驗基地辣椒連作5 a的地塊，土壤基本理化性質：pH值為4.52，堿解氮含量80.7 mg·kg-1，有效磷16.7 mg·kg-1，速效鉀 393 mg·kg-1，有機質 36.5 g·kg-1。

1.2 試驗方法

試驗于2017年在江西農業大學生態園蔬菜試驗基地進行，將辣椒連作土壤與有機肥混勻（10 V∶1 V）并均勻裝入盆中（30 cm×25 cm）。設置4個處理，分別為伴生大麥處理、伴生芥菜處理，對照單作辣椒處理（僅種植1株辣椒，CK）、無苗處理（不栽培任何植物的連作土，CW）。辣椒催芽后播種于穴盤中，4葉期定植到盆中，每盆1株；定植5 d后進行伴生處理：在距辣椒植株5 cm處分別撒播30粒大麥種子或5粒芥菜種子，芥菜出苗后留下2株。當大麥和芥菜幼苗長至25 cm左右時留茬5 cm。每處理10盆，3次重復，隨機排列，放置大棚內進行常規管理。試驗期間不使用任何藥劑，人工除草，定量澆水。伴生30 d結束，采集辣椒葉片測定酶活性和生長指標；利用剝落分離法采集辣椒根際土壤，4 ℃下保存土樣用于測定土壤微生物數量，風干土樣用于測定土壤理化性質。

1.3 測定項目

1.3.1 生長指標 株高使用卷尺測量。

1.3.2 葉片指標 H2O2含量采用試劑盒測定，購自南京建成生物工程研究所。

酶提取液的制備：使用天平稱取0.2 g葉片，剪碎后放入預先冷卻好的研缽中，加入2 mL 0.05 mol·L-1磷酸緩沖液（pH值7.8，含0.2 mmol·L-1EDTA，2% PVP）研磨成勻漿，在高速離心機上12 000 r·min-1、4 ℃離心10 min后，低溫保存待用，此上清液用于測定各種酶活性。過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）活性的測定采用Cakmak和Marschner（1992）的方法。CAT活性測定：取上清液0.1 mL，加入25 mmol·L-1PBS（pH 值 為 7.0， 含 0.1 mmol·L-1EDTA）1.7 mL、10 mmol·L-1H2O20.2 mL， 反 應 時 間 50 s， 測定OD240的動力學變化，吸光系數為39.4 mmol·L-1·cm-1；POD活性測定：取上清液0.1 mL，加入25 mmol·L-1磷酸緩沖液（pH值為7.0，含0.1 mmol·L-1EDTA）1.7 mL、20 mmol·L-1H2O20.1 mL、1%愈創木酚0.1 mL，測定OD470，取其中50 s的動力學變化計算酶促反應速率，吸光系數為26.6 mmol·L-1·cm-1。抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性測定參照Nakano和Asada（1981）的方法：取0.1 mL上清液，加入25 mmol·L-1磷酸緩沖液（pH值為 7.0，含 0.1 mmol·L-1EDTA）1.7 mL、20 mmol·L-1H2O20.1 mL、5 mmol·L-1ASA 0.1 mL，測定OD290的動力學變化。

1.3.3 土壤理化指標 土壤電導率和pH分別用電導率儀和pH計測定，其水土比均為5∶1（體積比）；土壤微生物數量采用稀釋平板法計數，放線菌采用高氏1號培養基培養、細菌采用牛肉膏蛋白胨培養基培養、真菌采用馬丁-孟加拉紅培養基培養（阮弈平，2013）；脲酶活性測定采用靛酚比色法，以反應24 h后1 g土壤中NH4+-N的毫克數表示；多酚氧化酶活性測定采用鄰苯三酚比色法，以反應2 h后1 g土壤中生成的紫色沒食子素的毫克數表示；蔗糖酶活性測定采用3,5-二硝基水楊酸比色法，以反應24 h后1 g土壤葡萄糖毫克數表示；酸性磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法，以反應24 h后1 g土壤中釋放出的酚的毫克數表示。（關松蔭，1986）。

1.4 數據處理

試驗數據采用Microsoft Office Excel 2003軟件和SPSS 17.0軟件進行整理和分析，顯著性檢驗采用Duncan法；采用GraphPad軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 伴生大麥和芥菜對連作辣椒株高的影響

伴生芥菜處理的辣椒株高最高，為59.58 cm，比對照單作辣椒處理（54.84 cm）顯著增加了8.64%，但伴生大麥處理的株高（55.18 cm）與對照無顯著差異。

2.2 伴生大麥和芥菜對連作辣椒葉片指標的影響

從表1可以看出，伴生大麥和芥菜處理的辣椒葉片H2O2含量顯著降低，分別比對照下降了32.79%和24.59%。伴生芥菜處理的辣椒葉片POD、CAT和APX活性均顯著高于對照，分別增加了12.61%、90.91%和38.71%；而伴生大麥處理能夠顯著提高辣椒葉片POD活性，但CAT和APX活性與對照無顯著差異。

2.3 伴生大麥和芥菜對連作辣椒根際土壤微生物數量的影響

從表2可以看出，兩種伴生處理的辣椒根際土壤中放線菌、細菌以及總菌數量均高于CK和CW，真菌數量均顯著低于CK和CW；其中伴生大麥處理的土壤放線菌數量顯著高于CK，伴生芥菜處理的根際土壤總菌數量高于其他處理，與CK相比增加了16.59%。

2.4 伴生大麥和芥菜對連作辣椒根際土壤酶活性的影響

從表3可以看出，伴生處理提高了辣椒根際土壤的酶活性。伴生大麥和芥菜處理的根際土壤多酚氧化酶和蔗糖酶活性均顯著高于CK和CW，其中多酚氧化酶活性分別比CK提高了25.14%和35.20%；蔗糖酶活性則分別提高了174.56%和27.77%。從脲酶活性看，伴生芥菜處理的脲酶活性比CK顯著增加了162.86%。兩種伴生處理的辣椒根際土壤酸性磷酸酶活性與對照差異不顯著。

2.5 伴生大麥和芥菜對連作辣椒根際土壤pH及電導率的影響

從表4可以看出，與對照相比，伴生大麥和芥菜處理的辣椒根際土壤pH值有所升高，其中伴生芥菜處理與CK和CW差異顯著。伴生芥菜處理的辣椒根際土壤電導率顯著低于其他處理。

表1 伴生大麥和芥菜對連作辣椒葉片指標的影響

表2 伴生大麥和芥菜對連作辣椒根際土壤微生物數量的影響

表3 伴生大麥和芥菜對連作辣椒根際土壤酶活性的影響

表4 伴生大麥和芥菜對連作辣椒根際土壤pH及電導率的影響

3 結論與討論

蔬菜連作障礙是農業可持續發展的一個重大問題，作物的生長發育、光合作用、酶活性等生理過程都受其影響，解決連作障礙已成為蔬菜可持續發展的棘手問題。伴生可以合理地利用作物間相生相克，調控植物生長發育和改善土壤理化性質，達到生態平衡。黃瓜伴生小麥能夠增加黃瓜株高，在一定程度上促進黃瓜生長（高春琦和吳鳳芝，2014）。本試驗結果表明，辣椒伴生大麥和芥菜均增加了辣椒的株高，其中伴生芥菜處理的辣椒株高與對照差異顯著。

抗氧化酶是植物抗逆性保護機制的一個重要組成部分，在整個植物的抗氧化酶系統中，植物通過POD、CAT等催化降解使H2O2轉化為H2O和O2，避免對細胞膜產生傷害，從而達到保護自身的目的（Deng et al.，2012）。通過伴生，利用植物與植物、植物與微生物間的相互作用，可以提高作物抗性相關的酶活性，進而提高植物抗性（徐偉慧，2016）。黃瓜伴生小麥提高了黃瓜防御酶活性，減緩了黃瓜葉片的衰老（高春琦和吳鳳芝，2014）。本試驗結果也證明了這一點，伴生大麥和芥菜均可提高辣椒POD和CAT活性，顯著降低辣椒葉片H2O2含量，其中伴生芥菜效果最好。這可能是因為伴生處理后，大麥和芥菜根系分泌物誘導了辣椒葉片POD和CAT活性的增加，從而清除了植株體內的H2O2。APX是植物活性代謝中重要的抗氧化酶之一，在植物抗逆反應中發揮著重要作用。本試驗結果表明，伴生芥菜能夠顯著提高APX活性，說明伴生芥菜有助于提高辣椒抵抗逆境的能力。

植物根系分泌物與根際微生物間具有密切的相互作用關系。根系分泌物含有多種物質，能夠為根際微生物的生長繁殖提供必要的營養。作物通過間作或伴生可以產生不同的分泌物，這些物質可以促進微生物代謝，進而形成土壤微生物群落結構的多樣性（楊智仙 等，2014）。間作小麥和毛苕子能夠提高黃瓜產量，增加根際土壤微生物群落多樣性以及降低病害的發生率（吳鳳芝和周新剛，2009）。本試驗結果表明，伴生大麥和芥菜增加了辣椒根際土壤細菌、放線菌和總菌數量，顯著降低了真菌數量。這可能是由于在芥菜和大麥根系分泌物介導下，辣椒根際某些有益微生物大量繁殖，同時抑制其他有害微生物（病原菌）的生長，進而改善植物根際土壤環境，促進植株生長發育。這與楊瑞娟等（2017）得到的伴生禾本科作物可以提高番茄根際土壤微生物數量的結論相似。研究發現，根系分泌物對土壤pH以及電導率具有顯著影響（Materechera et al.，1992），而適宜的土壤pH和較低的電導率有利于植物生長發育。本試驗中，伴生芥菜顯著提高了辣椒根際土壤pH，降低了電導率，原因可能是芥菜根系分泌的有機物質被土壤有益微生物利用，進而改善了根際土壤環境。

土壤酶活性是評價生態環境質量優劣的重要指標，土壤酶活性提高能夠改善土壤環境和養分的轉化，從而促進作物對養分的吸收（宮歡歡 等，2017）。本試驗結果顯示，兩種伴生處理均提高了土壤中多酚氧化酶、脲酶和蔗糖酶的活性，說明伴生大麥和芥菜具有刺激土壤酶活性的提高，促進土壤有機成分的轉化，改善辣椒連作土壤生物學環境的作用，其中以伴生芥菜效果最好。類似的結果在其他作物的研究中得到了證實，伴生小麥提高了西瓜根區土壤多酚氧化酶和蔗糖酶的活性（徐偉慧，2016）；麥類與棉花套作能夠增加土壤中脲酶和蔗糖酶活性（孟亞利 等，2005）。本試驗中，兩種處理對辣椒根際土壤酸性磷酸酶活性影響不顯著，與吳瑕等（2015）的研究結果類似，可能與植株生理代謝和養分吸收有關，有待進一步研究。

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