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不同微生物菌肥处理连作土壤对黄瓜生长及防御性酶的影响

谢东锋 王国强 谢荣 朱振家 薛书浩

引用本文:
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不同微生物菌肥处理连作土壤对黄瓜生长及防御性酶的影响

    作者简介: 谢东锋(1981-), 男, 硕士, 副教授, 主要从事园艺技术教学与研究工作(E-mail:xdf311@126.com)
  • 基金项目:

    西藏自治区教育厅高校青年教师创新支持项目(QCZ2016-85)

  • 中图分类号: S642.2

Effects of Microbial Fertilizers on Growth and Defense-related Enzymes of Continuously Cropped Cucumbers

  • 摘要: 为探明微生物菌肥与连作黄瓜生长及相关防御性酶的关系,在黄瓜连作土壤中添加4种不同的微生物菌肥,研究微生物菌肥处理土壤对黄瓜不同时期的生长和其叶片防御性酶活性的影响。结果表明,4种微生物菌肥均能不同程度促进连作黄瓜的生长,黄瓜各个生长时期叶片的过氧化物酶的活性增强,多酚氧化酶和苯丙氨酸解氨酶活性呈现先增后降的趋势,微生物菌肥在一定程度上能够诱导黄瓜的系统抗病性。
  • 图 1  微生物菌剂处理土壤对黄瓜叶片过氧化物酶(POD)活性的影响

    Fig. 1  Effect of microbial fertilizers on POD activity in cucumberleaves

    图 2  微生物菌剂处理土壤对黄瓜叶片多酚氧化酶(PPO)活性的影响

    Fig. 2  Effect of microbial fertilizerson PPO activity in cucumberleaves

    图 3  微生物菌剂处理土壤对黄瓜叶片苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的影响

    Fig. 3  Effect of microbial fertilizerson PAL activity in cucumberleaves

    表 1  4种微生物菌肥参数

    Table 1  Information on four microbial fertilizers

    名称 主要菌群 性状 活菌数
    绿士达生根菌肥 枯草芽孢杆菌、生根放线菌、康氏木霉菌、巨大芽孢杆菌 土黄色粉剂 枯草芽孢杆菌≥2.0亿个·g-1、生根放线菌≥4亿个·g-1、康氏木霉菌≥2.0亿个·g-1、巨大芽孢杆菌≥2.0亿个·g-1
    柏威霉素微生物菌剂 胶质芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、放线菌、枯草芽孢杆菌、圆褐固氮菌 深褐色粉剂 有效活菌数≥2.0亿个·g -1
    绿都菌剂1号解淀粉芽孢杆菌 解淀粉芽孢 黑褐色粉剂 有效活菌数≥100亿个·g -1
    重茬120沃根微生物菌肥 枯草芽孢杆菌、细黄莲霉素 粉红色粉剂 有效活菌数≥2000万个·g -1
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    表 2  不同微生物菌肥处理土壤对黄瓜生长的影响

    Table 2  Effect of microbial fertilizerson growth of cucumbers

    取样时期 处理 株高
    /cm
    径粗
    /mm
    植株总干质量
    /g
    叶面积
    /cm2
    幼苗期 J1 36.1±1.2a 3.56± 0.31a 3.23± 0.07a 177.7± 13.2a
    J2 35.1±1.1a 3.24± 0.52ab 3.07± 0.12a 217.3± 9.3a
    J3 34.1±0.9a 2.96± 0.26b 2.88± 0.09b 159.6± 5.4b
    J4 28.6±1.1b 2.33± 0.43c 2.99± 0.11b 150.0± 7.7bc
    CK1 27.2±1.4b 2.04± 0.28cd 2.06± 0.08c 112.9± 3.6c
    CK2 22.5±0.8c 1.86± 0.41d 2.37± 0.09bc 123.9± 9.7c
    抽蔓期 J1 138.8±1.7ab 5.20± 0.57ab 5.13± 0.11a 368.9± 12.5b
    J2 143.9±1.9a 5.72± 0.32a 5.75± 0.09a 361.8± 18.2b
    J3 128.4±1.8ab 4.78± 0.36b 4.13± 0.14b 419.6± 19.2a
    J4 123.0±2.1b 4.15± 0.29b 4.48± 0.13b 333.4± 15.4bc
    CK1 82.7±1.5c 4.04± 0.33bc 3.47± 0.07c 296.7± 11.7d
    CK2 95.3±1.6c 3.74± 0.41c 3.88± 0.09c 304.6± 9.8c
    开花坐果期 J1 176.9±2.2a 7.54± 0.082a 13.48± 0.15ab 717.3± 26.1a
    J2 161.5±2.3a 7.00± 0.63a 14.43± 0.23a 593.8± 21.3b
    J3 156.7±1.9ab 6.20± 0.19ab 12.60± 0.17b 636.6± 7.4b
    J4 160.1±1.6a 6.58± 0.28a 11.24± 0.14c 683.3± 10.2ab
    CK1 140.4±1.8b 5.68± 0.42b 10.74± 0.09c 576.7± 14.5bc
    CK2 132.1±1.9b 5.16± 0.31b 10.27± 0.10c 529.4± 13.6c
    盛果期 J1 188.5±1.8a 8.37± 0.63a 17.78± 0.32a 797.3± 25.7a
    J2 176.5±2.1a 8.02± 0.45a 16.90± 0.26ab 693.8± 20.3b
    J3 172.1± 2.3a 7.75± 0.59ab 17.45± 0.35a 706.6± 19.6b
    J4 179.9± 2.2a 7.61± 0.62ab 16.28± 0.19b 743.3± 18.7a
    CK1 169.± 2.1ab 6.70± 0.48b 14.34± 0.17c 606.7± 23.1c
    CK2 156.1± 1.9b 7.02± 0.31b 15.75± 0.11b 659.4± 17.2bc
    注:同列数据后不同小写字母表示差异达显著(P < 0.05)水平。
    下载: 导出CSV
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出版历程
    收稿日期: 
  • 初稿:  2018-02-07
  • 修改稿:  2018-05-18

不同微生物菌肥处理连作土壤对黄瓜生长及防御性酶的影响

    作者简介: 谢东锋(1981-), 男, 硕士, 副教授, 主要从事园艺技术教学与研究工作(E-mail:xdf311@126.com)
  • 1. 西藏职业技术学院, 西藏 拉萨 850000
  • 2. 西藏农牧科学院蔬菜研究所, 西藏 拉萨 850032
基金项目:  西藏自治区教育厅高校青年教师创新支持项目 QCZ2016-85

摘要: 为探明微生物菌肥与连作黄瓜生长及相关防御性酶的关系,在黄瓜连作土壤中添加4种不同的微生物菌肥,研究微生物菌肥处理土壤对黄瓜不同时期的生长和其叶片防御性酶活性的影响。结果表明,4种微生物菌肥均能不同程度促进连作黄瓜的生长,黄瓜各个生长时期叶片的过氧化物酶的活性增强,多酚氧化酶和苯丙氨酸解氨酶活性呈现先增后降的趋势,微生物菌肥在一定程度上能够诱导黄瓜的系统抗病性。

English Abstract

  • 黄瓜Cucumis sativus L.是设施蔬菜生产中主要的栽培种类[1],栽培面积大,产量高,经济效益好。拉萨市设施黄瓜栽培面积较大,温室内高强度栽培、超剂量施用农药化肥等现象非常普遍。设施蔬菜生产过程中由于施肥不合理、复种指数过高等问题,导致土壤生物多样性下降、土壤养分失衡及微生态失调、土传病害严重、黄瓜产量和品质下降等连作障碍非常普遍[2]

    众多研究发现:抗病的作物品种或被诱导产生抗性的植物体内POD[3]、PPO[4]和PAL[5]活性会增强,这些酶与植物抗病性存在正相关性。诱导植物抗性是生防菌防治植物病害的主要作用机制之一,丛枝菌根真菌(AMF)可以通过影响作物根系酶活性进而激活植株的防御反应,间接抑制病原菌的侵染[6]。部分微生物可激活植物抗病机制,诱导植物产生系统抗性,因而具有良好的防病效果[7-8]。微生物菌肥是以活性微生物的生命活动使作物得到所需养分的一种新型生物肥料。微生物菌肥含有有益微生物菌群、多种微量元素、活性酶及有机质,具有增加土壤肥力、增强植物对养分的吸收、提高作物的抗病能力等多种功能[9]

    有关微生物菌肥对黄瓜生长、产量、品质、土壤理化性状、微生物活性及相关抗性酶变化的研究已见报道[8-14],但关于高海拔地区微生物菌肥处理土壤后对黄瓜的生长及防御性酶的影响还未见报道。本研究在借鉴国内外有关黄瓜连作障碍研究工作的基础上,采集了拉萨市堆龙德庆区温室多茬种植黄瓜的连作土壤,分别施用不同微生物菌剂处理后,盆栽黄瓜于日光温室中进行试验,研究在连作土壤胁迫条件下,黄瓜的生长指标及3种防御性酶活性的变化,探讨微生物菌肥在缓解黄瓜连作方面的机理,为促进微生物菌肥在改良连作土壤中的应用提供理论依据。

    • 供试黄瓜品种为‘亮剑F1’,由宁阳县农业科学研究所提供。

    • 采自堆龙德庆区岗德林日光温室,此土壤已连作4茬黄瓜,黄瓜枯萎病等土传病害发生严重。2017年4月10日分别在2个日光温室多点采取0~20 cm耕层土样,用编制袋装好带回。供试土壤基础肥力:有机质含量63.72 g·kg-1,全氮2.27 g ·kg-1,碱解氮43.75 mg·kg-1,速效磷235.60 mg·kg-1,速效钾213.0 mg·kg-1,电导率0.217 s·m-1,容重1.47 g·cm-3,pH7.20 (水:土= 5: 1)。

    • 山东寿光绿士达生物工程有限公司的“生根”、“重茬120”,石家庄兴柏生物工程有限公司生产的“柏威霉素微生物菌剂”,杨凌绿都生物科技有限公司生产的“绿都菌剂1号解淀粉芽孢杆菌”均为定型菌肥。菌肥参数见表 1

      表 1  4种微生物菌肥参数

      Table 1.  Information on four microbial fertilizers

      名称 主要菌群 性状 活菌数
      绿士达生根菌肥 枯草芽孢杆菌、生根放线菌、康氏木霉菌、巨大芽孢杆菌 土黄色粉剂 枯草芽孢杆菌≥2.0亿个·g-1、生根放线菌≥4亿个·g-1、康氏木霉菌≥2.0亿个·g-1、巨大芽孢杆菌≥2.0亿个·g-1
      柏威霉素微生物菌剂 胶质芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、放线菌、枯草芽孢杆菌、圆褐固氮菌 深褐色粉剂 有效活菌数≥2.0亿个·g -1
      绿都菌剂1号解淀粉芽孢杆菌 解淀粉芽孢 黑褐色粉剂 有效活菌数≥100亿个·g -1
      重茬120沃根微生物菌肥 枯草芽孢杆菌、细黄莲霉素 粉红色粉剂 有效活菌数≥2000万个·g -1
    • 本试验于2017年3月起在位于拉萨市堆龙德庆区的西藏职业技术学院实训农场日光温室内进行,自然光照。供试材料‘亮剑’F1黄瓜种子经浸种催芽后,3月20日播入54孔黑色塑料穴盘育苗。当幼苗长至约3叶1心时,定植于不同处理的花盆中。

      2017年4月中旬将充分混匀的黄瓜连作土壤装入花盆(规格:上口直径×下口直径×高=25 cm×18 cm×20 cm)中,每盆装土3.0 kg。为增加土壤肥力,每盆施入尿素、过磷酸钙、硫酸钾各0.6 g,充分混匀。4月25日定植,采用盆栽方式,完全随机排列。试验设6个处理,即绿士达生根菌肥0.1 g·盆-1、柏威霉素微生物菌剂4 g·盆-1、解淀粉芽孢杆菌0.1 g·盆-1、重茬120沃根微生物菌肥0.1 g·盆-1(剂量参考产品说明)、温室附近露地土壤为CK1、连作土壤为CK2,分别表示为J1、J2、J3、J4、CK1,CK2。每处理10盆,重复3次,共30盆。定植前将不同微生物菌肥按量施入花盆中并混合均匀,每盆定植黄瓜壮苗1株,黄瓜生长期管理同日光温室常规方法进行,各处理间管理一致。

    • 黄瓜定植后第25 d(幼苗期)、40 d(抽蔓期)、52 d(开花坐果期)、70 d(盛果期)从各处理随机选取植株5株,测定其株高、径粗、植株总干质量、叶面积等。黄瓜株高用钢卷尺(1 mm)测定;茎粗(取茎基部第1节)用游标卡尺(0.02 mm)测定;将植株从花盆中挖出,洗净,蘸除水分,装入纸袋,105℃下杀青15 min后,于80 ℃下烘干48 h,冷却至室温,称取干样质量;叶面积用便携式叶片表面积测量仪测定。

      黄瓜定植后第25 d(幼苗期)、40 d(抽蔓期)、52 d(开花坐果期)、70 d(盛果期)分别采集不同植株中上部叶片若干,用洗瓶装自来水冲洗,双层滤纸夹住叶片吸干表面水分,装入保鲜袋并编号,置于-20℃低温冰箱中待用。

    • 过氧化物酶(POD)活性测定参照张志良等[15]方法,多酚氧化酶(PPO)活性、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性测定参考梁郸娜等[16]方法。POD活力单位为(U·mg-1·min-1),PPO活力单位为(U·mg-1·min-1),PAL活力单位最终表示(U·mg-1·min-1)。

    • 采用软件Excel 2010进行数据整理及图表制作,采用SPSS 12.0软件进行方差分析。文中数据均为3次重复平均值。

    • 表 2可知,J1、J2处理连作土壤显著提高了黄瓜幼苗期的生长,J1、J2、J3、J4处理连作土壤后黄瓜抽蔓期的株高、植株总干质量均较两组对照显著增加,J1、J2处理后黄瓜开花坐果期的株高、径粗、植株总干质量均较两组对照显著增加,J1、J2处理后黄瓜盛果期的径粗、植株总干质量、叶面积均较两组对照显著增加,说明J1和J2处理土壤后黄瓜的生长最好,这2种微生物菌剂对黄瓜在幼苗期、抽蔓期、开花坐果期、盛果期光合产物的迅速合成最有利。如幼苗期,绿士达生根菌肥处理土壤后,黄瓜的株高、茎粗、植株总干质量及叶面积均较温室附近露地土壤CK1显著增加32.7%、74.5%、56.7%、57.3%,较连作未处理土壤CK2显著增加60.4%、91.3%、36.2%、43.4%。幼苗期对照CK1与CK2在株高上存在显著差异,抽蔓期叶面积对照CK1显著低于CK2,盛果期的植株总干质量对照CK1显著低于CK2,其他时期两组对照间CK1与CK2各项生长指标无显著差异。

      表 2  不同微生物菌肥处理土壤对黄瓜生长的影响

      Table 2.  Effect of microbial fertilizerson growth of cucumbers

      取样时期 处理 株高
      /cm
      径粗
      /mm
      植株总干质量
      /g
      叶面积
      /cm2
      幼苗期 J1 36.1±1.2a 3.56± 0.31a 3.23± 0.07a 177.7± 13.2a
      J2 35.1±1.1a 3.24± 0.52ab 3.07± 0.12a 217.3± 9.3a
      J3 34.1±0.9a 2.96± 0.26b 2.88± 0.09b 159.6± 5.4b
      J4 28.6±1.1b 2.33± 0.43c 2.99± 0.11b 150.0± 7.7bc
      CK1 27.2±1.4b 2.04± 0.28cd 2.06± 0.08c 112.9± 3.6c
      CK2 22.5±0.8c 1.86± 0.41d 2.37± 0.09bc 123.9± 9.7c
      抽蔓期 J1 138.8±1.7ab 5.20± 0.57ab 5.13± 0.11a 368.9± 12.5b
      J2 143.9±1.9a 5.72± 0.32a 5.75± 0.09a 361.8± 18.2b
      J3 128.4±1.8ab 4.78± 0.36b 4.13± 0.14b 419.6± 19.2a
      J4 123.0±2.1b 4.15± 0.29b 4.48± 0.13b 333.4± 15.4bc
      CK1 82.7±1.5c 4.04± 0.33bc 3.47± 0.07c 296.7± 11.7d
      CK2 95.3±1.6c 3.74± 0.41c 3.88± 0.09c 304.6± 9.8c
      开花坐果期 J1 176.9±2.2a 7.54± 0.082a 13.48± 0.15ab 717.3± 26.1a
      J2 161.5±2.3a 7.00± 0.63a 14.43± 0.23a 593.8± 21.3b
      J3 156.7±1.9ab 6.20± 0.19ab 12.60± 0.17b 636.6± 7.4b
      J4 160.1±1.6a 6.58± 0.28a 11.24± 0.14c 683.3± 10.2ab
      CK1 140.4±1.8b 5.68± 0.42b 10.74± 0.09c 576.7± 14.5bc
      CK2 132.1±1.9b 5.16± 0.31b 10.27± 0.10c 529.4± 13.6c
      盛果期 J1 188.5±1.8a 8.37± 0.63a 17.78± 0.32a 797.3± 25.7a
      J2 176.5±2.1a 8.02± 0.45a 16.90± 0.26ab 693.8± 20.3b
      J3 172.1± 2.3a 7.75± 0.59ab 17.45± 0.35a 706.6± 19.6b
      J4 179.9± 2.2a 7.61± 0.62ab 16.28± 0.19b 743.3± 18.7a
      CK1 169.± 2.1ab 6.70± 0.48b 14.34± 0.17c 606.7± 23.1c
      CK2 156.1± 1.9b 7.02± 0.31b 15.75± 0.11b 659.4± 17.2bc
      注:同列数据后不同小写字母表示差异达显著(P < 0.05)水平。
    • 图 1可以看出,微生物菌肥处理连作土壤后可显著提高黄瓜不同生长时期植株叶片的POD酶活性,总体趋势为,随着黄瓜的生长POD活性在增强。黄瓜植株叶片POD活性在开花坐果期处理J2达到最大值,盛果期处理J3达到最大值,黄瓜根系受逆境胁迫,经微生物菌肥诱导可产生并积累更多的POD,帮助黄瓜对胁迫产生积极应答。如盛果期时,处理J3过氧化物酶分别比CK1增加41.07%,比CK2增加55.2%,CK1过氧化物酶活性也显著高于CK2

      图  1  微生物菌剂处理土壤对黄瓜叶片过氧化物酶(POD)活性的影响

      Figure 1.  Effect of microbial fertilizers on POD activity in cucumberleaves

      图  2  微生物菌剂处理土壤对黄瓜叶片多酚氧化酶(PPO)活性的影响

      Figure 2.  Effect of microbial fertilizerson PPO activity in cucumberleaves

      图  3  微生物菌剂处理土壤对黄瓜叶片苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的影响

      Figure 3.  Effect of microbial fertilizerson PAL activity in cucumberleaves

    • 图 2可以看出,微生物菌肥处理连作土壤均可提高黄瓜不同生长时期植株叶片的多酚氧化酶活性。随着黄瓜的生长,PPO活性表现出先增后降的趋势。黄瓜植株叶片PPO活性在开花坐果期处理J1和J2达到最大值,黄瓜盛果期时PPO活性呈现出下降趋势。如在开花坐果期,处理J2多酚氧化酶分别比CK1增加30.49%,比CK2增加36.4%。黄瓜生长的4个时期CK1与CK2差异不显著,可能是相邻露地土壤中次生代谢废物较少,病原微生物积累不多,黄瓜根系所受逆境胁迫较小所致。

    • 图 3可以看出,微生物菌肥处理连作土壤显著提高了黄瓜不同生长时期植株叶片的PAL酶活性。随着黄瓜的生长,PAL酶活性表现出先增后降的趋势。其中,J2和J3处理土壤后黄瓜叶片PAL活性最强,PAL活性在开花坐果期时处理J3达到最大值,处理J3苯丙氨酸解氨酶分别比CK1增加58.9%,比CK2增加75.8%。除抽蔓期J1、J4、CK1、CK2之间无显著差异外,黄瓜其他生长时期,4种微生物菌肥处理PAL活性物显著高于对照CK1、CK2

    • 西藏黄瓜生产几乎全为设施栽培,高原充足的光热资源为黄瓜生产提供了良好的自然条件。设施栽培环境密闭独特,随着黄瓜或其他葫芦科蔬菜的连续栽培,连作效应逐渐显现。

      本试验选取了4种微生物菌剂,在和2个对照的对比分析中发现,微生物菌肥可显著缓解连作障碍的发生,对黄瓜的生长促进作用明显。微生物菌肥促进拉萨市连作黄瓜生长的原因可能与王涛等[10]在上海市所做试验相同。微生物菌肥中含有大量有益微生物,可使土壤中的有机物质加速分解,有助于土壤固定养分向有效养分转化。有益微生物可对连作土壤微生物种群结构进行优化,活化土壤酶活性。也可能由于一些特定的微生物会分解次生代谢有毒物,对病原微生物产生抑制作用,进而促进了黄瓜植株的生长。

      本试验结果表明,微生物菌肥处理连作土壤后,黄瓜4个生长阶段中叶片的防御酶活性均不同程度地得到了提升。黄瓜连作土壤中存在大量的有害物质及病原菌积累,黄瓜根系在此逆境胁迫下各项生理机能下降,生长受阻,抗逆反应低下。植物为应对逆境逐渐演化形成了多种次生代谢途径,并生成相应的次生代谢产物以缓解逆境胁迫[17]。过氧化物酶(POD)是植物抗逆反应过程中的关键酶之一,多酚氧化酶可降解土壤中酚类物质,减缓植物间的化感作用[18]。苯丙氨酸解氨酶(PAL)能催化L-苯丙氨酸解氨生成反式肉桂酸,是苯丙烷类次生代谢途径的限速酶和关键酶[19],微生物菌肥处理土壤后,激活了黄瓜相关抗性反应,黄瓜体内防御性酶活性相应得到提升。本试验中4种微生物菌肥处理连作土壤后黄瓜的株高、径粗、植株总干质量、叶面积不同程度地高于两组对照,叶片防御性酶POD、PPO、PAL活性得到提高,这与微生物菌肥在其他作物上的研究结果一致。4种微生物菌肥处理的结果存在差异,虽然均表现为促进黄瓜的生长和提高防御酶的活性,但不同微生物菌肥处理后黄瓜的生长和防御性酶活性的提升效果随微生物菌种及活菌数的不同而表现各异。为更好地缓解温室黄瓜连作障碍,还需进一步试验不同微生物菌种和活菌数的影响。

      当前黄瓜栽培时连作障碍的克服,主要靠增施有机肥、轮作、土壤消毒或嫁接等措施,不仅增加了生产成本,而且费时费力。本试验中4种微生物菌肥均能不同程度地促进连作黄瓜植株的生长,增强黄瓜自身抗性,通过微生物菌肥诱导黄瓜产生抗性来克服连作障碍,或可成为克服黄瓜栽培连作障碍的可行途径之一。

参考文献 (19)

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