烤煙根結線蟲病發生與土壤酶活性的相關性研究

王啟宇，呂怡穎，楊 敏，方 宇，柯艷果，趙建榮，余 磊，黃飛燕

（1.昆明學院農學與生命科學學院，云南省都市特色農業工程技術研究中心，云南 昆明 650214；2.云南農業大學植物保護學院，云南 昆明 650201）

根結線蟲（Meloidogynespp.）又稱根瘤線蟲，廣泛分布于植物根際土壤和根系周圍，是引起根結線蟲病、限制作物生產的主要病原微生物[1]。根結線蟲可于煙草生長的不同時期侵染根系，在煙株根部形成根結，造成根系畸形、萎縮，從而抑制營養物質吸收和傳輸，導致煙株萎焉、黃化，嚴重時可致整株死亡[2]。隨著烤煙復種指數的增加以及重茬現象的日益嚴重，煙草根結線蟲病在我國多個植煙區呈擴散、蔓延之勢[3]，僅云南省每年發病面積就達 20 000～30 000 hm2，造成煙葉減產 30%～50%，是限制煙草產業可持續發展的主要因素[2]。玉溪、昆明煙區具備得天獨厚的光、溫、雨、熱等自然條件，是高品質煙葉的重要產區，同時也是煙草根結線蟲病易發區及重發區[4-5]。

土壤酶是土壤生態系統的催化劑，是土壤生態功能的重要組成部分[6]，在土壤有機物質礦化分解，礦質營養元素循環遷移，能量轉化，環境質量評價等方面均起到重要作用[7]。因此，土壤酶作為土壤組成中最活躍的有機成分，與土壤微生物息息相關，是觀察微生物群落活動的重要參考[8]，亦是反映土壤環境、有機質含量和其他土壤特性的敏感指標[9]。土壤酶活性變化不僅反應土壤微生物群落結構的改變，更對預防預判根結線蟲病發生，提高病情檢測精準度具有重要意義。現有研究表明，土壤多酚氧化酶及蔗糖酶與黃瓜根結線蟲病發生具有相關關系，其相關系數分別為-0.829 和0.661[10]；左梅等[11]研究發現，土壤脲酶及過氧化氫酶活性與根結線蟲發病等級呈現極顯著負相關。該研究通過測定健康及根結線蟲感病煙株根際土壤蔗糖酶、過氧化氫酶、脲酶、酸性蛋白酶、纖維素酶及酸性磷酸酶活性，了解根結線蟲病與土壤酶活性間的相關關系及變化規律，為綜合防治根結線蟲提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗樣品于2018 年6 月在云南省玉溪市紅塔區高倉街道（103°32′E，24°30′N）和云南省昆明市宜良縣九鄉鄉（103°20′31′′ E，25°1′43′′ N）進行采集。

玉溪市紅塔區年均降雨量為779.5～989.7 mm，年平均氣溫15.6～23.8℃，年無霜期 244～365 d，年平均日照2 115～2 285 h。試驗地海拔高度為1 760 m，土壤類型為紅壤土，灌溉方式為穴灌，前茬作物為小麥，土地相對平坦，排水良好。

昆明市宜良縣年均降雨量為 526.9～898.9 mm，年平均氣溫16.3～21.7℃，年無霜期260 d 左右，年平均日照2 032 h 左右。試驗地海拔高度為1 560 m，土壤類型為紅壤土。

1.2 試驗設計

選取烤煙根結線蟲病發病典型且嚴重的煙田，根際土壤樣品分別命名為九鄉發病土（JX-P）、高倉發病土（GC-P）、九鄉健康土（JX-H）和高倉健康土（GC-H）。在同一植煙地中選取未患根結線蟲病、生長完全正常的煙株和具烤煙根結線蟲病典型癥狀的煙株各 3 株，去除表層土后將煙株整株拔起，抖落較松散的土壤，然后收集附著在根上0～4 mm 間的土壤作為根際土（優先采集健康煙株根際土樣），去除土樣中的雜物、細根后放入自封袋中（各煙株根際土樣單獨保存），采集的土樣分2 份，一份自然風干保存，另外一份于－80℃ 冰箱中保存，待測。

1.3 考察指標及方法

土壤纖維素酶、酸性蛋白酶、脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性均采用蘇州科銘生物技術有限公司生產的相應試劑盒進行檢測。

1.4 數據處理

試驗數據和圖表分別由SPSS 22.0 和Origin 2018處理并制作。

2 結果與分析

2.1 根結線蟲對烤煙根際土壤酸性磷酸酶活性的影響

由圖1 可知，2 個試驗區烤煙根際土壤樣品中酸性磷酸酶活性均因根結線蟲浸染而顯著提高。九鄉及高倉試驗區根結線蟲感病煙株根際土壤酸性磷酸酶活性較健康煙株根際土壤分別提高474.82% 和294.86%，呈顯著性差異（P＜0.05）。此外，九鄉試驗區感病煙株根際土壤酸性磷酸酶活性是高倉試驗區的2.27 倍，差異達顯著水平（P＜0.05）。

圖1 健康和根結線蟲感病煙株根際土壤酸性磷酸酶活性變化及差異性

2.2 根結線蟲對烤煙根際土壤過氧化氫酶活性的影響

由圖2 所示，九鄉和高倉試驗區烤煙根際土壤過氧化氫酶活性均表現為發病土＜健康土。九鄉試驗區根結線蟲感病煙株根際土過氧化氫酶活性較健康土降低了56.02%，高倉試驗區根結線蟲病土過氧化氫酶活性較健康土降低55.93%，2 個試驗區土壤過氧化氫酶活性變化均達顯著性差異水平（P＜0.05）。高倉試驗區健康煙株根際土壤過氧化氫酶活性是九鄉試驗區的1.96 倍，二者存在顯著性差異（P＜0.05）。

圖2 健康和根結線蟲感病煙株根際土壤過氧化氫酶活性變化及差異性

2.3 根結線蟲對烤煙根際土壤脲酶活性的影響

由圖3 所示，九鄉和高倉試驗區烤煙根際土壤脲酶活性均因根結線蟲侵染而出現下降趨勢。九鄉試驗區根結線蟲感病煙株根際土壤脲酶活性較健康土降低了16.58%，高倉試驗區根結線蟲病土脲酶活性較健康土降低了5.50%，但變化均未達到顯著性水平。高倉試驗區根結線蟲病土及健康土脲酶活性分別是九鄉試驗區的1.61 倍和1.42 倍，存在顯著性差異（P＜0.05）。

圖3 健康和根結線蟲感病煙株根際土壤脲酶活性變化及差異性

2.4 根結線蟲對烤煙根際土壤纖維素酶活性的影響

如圖4 所示，九鄉及高倉試驗區烤煙根際土壤纖維素酶活性均表現為健康土＞發病土。九鄉試驗區根結線蟲感病煙株根際土纖維素酶活性較健康土下降24.15%；高倉試驗區根結線蟲病土纖維素酶活性較健康土下降19.85%，且二者差異均達顯著性水平（P＜0.05）。

圖4 健康和根結線蟲感病煙株根際土壤纖維素酶活性變化及差異性

2.5 根結線蟲對烤煙根際土壤酸性蛋白酶活性的影響

如圖5 所示，九鄉及高倉試驗區烤煙根際土壤酸性蛋白酶活性均因根結線蟲侵染而下降。九鄉試驗區根結線蟲感病煙株根際土壤酸性蛋白酶活性較健康土降低36.51%，差異不顯著（P＞0.05）；高倉試驗區根結線蟲病土酸性蛋白酶活性較健康土降低76.02%，差異顯著（P＜0.05）。

圖5 健康和根結線蟲感病煙株根際土壤酸性蛋白酶活性變化及差異性

2.6 根結線蟲對烤煙根際土壤蔗糖酶活性的影響

如圖6 所示，九鄉及高倉試驗區烤煙根際土壤蔗糖酶活性均表現為發病土＜健康土。九鄉試驗區根結線蟲感病煙株根際土壤蔗糖酶活性較健康土下降50.19%；高倉試驗區根結線蟲病土蔗糖酶活性較健康土下降30.62%；二者差異均達顯著性水平（P＜0.05）。高倉試驗區根結線蟲感病煙株及健康煙株根際土壤蔗糖酶活性分別是九鄉試驗區的1.60 和1.15 倍，并存在顯著性差異（P＜0.05）。

圖6 健康和根結線蟲感病煙株根際土壤蔗糖酶活性變化及差異性

3 結論與討論

土壤酶是土壤生態系統的重要組成部分，在維持有機物代謝平衡，保證元素循環等方面發揮重要作用[12-13]。土壤酶活性既包括已積累于土壤中的酶活性，也包含正在增殖的微生物向土壤中釋放的酶活性[10]。因此，植株根系分泌及微生物釋放是土壤酶的2 大重要來源。根不僅是植物從土壤中攝取養分和水分的吸收器官，也是向周圍介質釋放多種化合物的分泌器官[14]，而這些由植株根系自然分泌或根細胞溶解釋放的各種化合物則被統稱為根系分泌物[15]。自外國學者Knudson[16]率先在根分泌物中發現轉化酶后，研究人員又相繼在根系分泌物中發現了磷酸酶、淀粉酶、蛋白酶、DNA 酶、RNA 酶等[10]。

根系是微生物生存的特殊環境，根際酶活性也與根際微生物種群數量、繁殖速率和生命活動過程息息相關，尤其當微生物受環境因素刺激時便不斷向周圍分泌酶，引起根際酶活性的顯著變化[17]。酸性磷酸酶是一種重要的水解酶，在促進土壤和植株體內有機磷分解中起到重要作用，酸性磷酸酶活性是反應土壤有效磷含量的重要指標[18]。有報道稱，酸性磷酸酶活性主要來源于土壤微生物和植物的根系分泌[18]，該研究中酸性磷酸酶活性同根結線蟲發病呈顯著性正相關，這可能是因為根結線蟲種群數量增加導致土壤微生態失衡，有效磷被大量富集，土壤磷營養剩余難以滿足植株生長需求，迫使植株提高根系酸性磷酸酶基因表達，增加土壤酸性磷酸酶活性，從而提高土壤有機磷水解轉化率，調控土壤無機磷水平[18]。土壤過氧化氫酶作為重要的氧化還原酶，可將土壤代謝產生的廢物快速轉化為低毒無害物質，并增加土壤氧含量[19-20]。該研究中烤煙根際土壤過氧化氫酶活性與根結線蟲呈顯著負相關，可能是因為烤煙根系受根結線蟲侵染后，其自身抗氧化系統受損，使植株體內過氧化氫酶釋放水平下降所致，但對于根結線蟲侵染導致植株相關酶分泌能力下降的作用機理還需要進一步研究論證。

該研究中烤煙根際土壤蔗糖酶、纖維素酶及脲酶活性與根結線蟲發病呈負相關關系，除脲酶外，其余酶活性變化均達顯著性水平。該結論與王宏寶等[10]、左梅等[11]的研究保持一致，分析原因可能是根結線蟲感病煙株根際土壤微生態失衡，導致根際酶活性急劇變化，不利于煙株對土壤營養物質的轉化和吸收，阻礙煙株正常生長發育，使其抗病性降低，并最終導致根結線蟲侵染加劇。另一原因可能是根際土壤酶活性越低，土壤微生物豐富度和多樣性也較低，導致土壤微生物活性下降，使其在與根結線蟲競爭土壤營養物質的過程中處于劣勢，進而加劇了根結線蟲的繁殖速度和侵染活力。

酸性蛋白酶是土壤中主要的酶類之一，對標定土壤肥力具有重要意義。高倉試驗區烤煙根際土壤酸性蛋白酶活性因根結線蟲侵染而顯著降低，而九鄉試驗區該酶活性變化不顯著，且土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶、酸性蛋白酶、纖維素酶和過氧化氫酶含量及活性的變化幅度因試驗區不同而存在顯著差異（P＜0.05），分析原因可能是植物在面臨不同的自然條件和生長環境時，會調動體內相關酶基因表達水平，控制根系分泌物組分和含量，以此適應現有生態位，保證植株正常生長，造成不同地域土壤酶含量和活性存在顯著性差異。因此，不同田間管理措施對根結線蟲發病率及土壤酶活性等指標的影響也值得未來進一步研究。