Remediation Effect of Biological Agents on Rhizosphere Soil on Land of Continuously Cropped Panax notoginseng
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摘要: 本研究探讨有益微生物复合菌剂（Effective Micoorganisms，EM）与木霉菌剂（Trichoderma，TRI）对三七连作障碍的消减作用及其作用机理。结果表明：EM和TRI处理的重茬三七出苗率、保苗率、产量均显著提高；EM处理的重茬土壤中的各营养指标均有所提高，TRI处理的重茬土壤中的速效钾等营养指标显著提高；HPLC分析发现，重茬三七根际土壤的酚酸含量未出现累积效应，可见三七连作障碍的发生并非是由化感物质的直接作用造成的，可能与化感物质对根际环境的间接作用有关；变性梯度凝胶电泳（DGGE）、荧光定量PCR（qRT-PCR）原位分析验证结果发现两种菌剂处理均能使连作土壤中的有益菌含量增加，有害菌含量减少，其中TRI的处理效果更为显著。说明这两种菌剂处理均可有效修复三七根际土壤，缓解连作障碍，同时显著提高三七产量，达到了预期效果。Abstract: Two biological agents, EM and TRI, were applied in soil on a continuous cropping field of Panax notoginseng to study the remediating effect on the soil and the mechanism associated with the application. Treatments with the agents were found significantly increased the seedling emergence rate and survival rate as well as the root yield. All nutrients in the soil treated with EM were increased, while the available potassium in the soil treated with TRI significantly improved. The HPLC analysis showed no accumulation of phenolic acids in the rhizosphere soil by these treatments indicating that allelochemicals were not directly, but might indirectly, involved in the detrimental effect on P. notoginseng caused by continuous cropping. The DGGE and qRT-PCR test results showed that both EM and TRI, especially TRI, could increase the population of beneficial, while depressed the harmful, bacteria in the soil. Thereby, the rhizosphere soil was effectively repaired by alleviating the deficiency brought about by the continuous cropping practice, and consequently, the growth and yield of P. notoginseng was significantly recovered or improved.
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图 1 混合酚酸与土样酚酸HPLC出峰
注：1为没食子酸；2为香豆酸；3为丁香酸；4为香兰素；5为阿魏酸；6为苯甲酸。
Figure 1. HPLC on mixed and soil phenolic acids samples
图 2 不同处理下的三七出苗率、保苗率及产量
Figure 2. Seedling emergence and survival rate and root yield of P. notoginseng under treatments
图 3 不同处理下连作三七根际土壤酚酸含量
Figure 3. Phenolic acids in rhizosphere soil of P. notoginseng under monoculture regime
图 4 不同处理三七根际土壤DGGE图谱
注：A为TRI；B为CK；C为NP-DP；D为NP；E为SP；F为EM。
Figure 4. DGGE profile of rhizosphere soil of P. notoginseng under treatment
图 5 DGGE数据主成分分析(PCA)及聚类分析
Figure 5. Principal component and clustering analyses on DGGE data
图 6 不同处理下连作三七根际土壤中部分特异菌群含量的原位qRT-PCR分析
注：①A为Anteholosticha gracilis，B为Scutellospora savannicola，C为Anteholosticha manca，D为Trichoderma harzianum，E为Thermococcus barophilus，F为Monacrosporium janus，G为Paraphaeosphaeria verruculosa，H为Geminibasidium donsium，I为Pleosperales，J为Sphaerobolus iowensis。②图中数据为每克鲜土中的特异菌含量。
Figure 6. In situ qRT-PCR analysis on population of specific microbial flora in rhizosphere soil of monocultured P. notoginseng under different treatments
表 1 不同处理对连作三七根际土壤中营养元素含量的影响
Table 1. Effect of treatments on soil nutrient content in monocultured P. notoginseng rhizosphere soil
处理 全氮/(g·kg-1) 全磷/(g·kg-1) 全钾/(g·kg-1) 碱解氮/(mg·kg-1) 速效磷/(mg·kg-1) 速效钾/(mg·kg-1) pH CK 1.29±0.80a 0.22±0.01c 0.75±0.06e 112.58±4.40a 29.54±0.32b 140.83±2.55b 6.49±0.03b NP 0.66±0.83c 0.22±0.01c 3.66±0.06c 42.58±11.65b 24.84±0.12d 155.87±2.55a 6.72±0.11a NP-DP 1.01±0.89b 0.25±0.02b 0.95±0.09d 109.67±9.95a 34.65±0.11a 125.25±1.67c 6.43±0.05b SP 0.22±0.84d 0.12±0.01d 3.57±0.07c 18.08±1.01d 22.70±0.21f 41.75±1.67f 6.03±0.05c EM 0.29±0.90d 0.14±0.01d 4.07±0.08a 20.42±2.02cd 23.72±0.18e 57.34±0.96e 5.95±0.02c TRI 0.58±0.35c 0.37±0.01a 3.83±0.10b 32.67±9.63bc 26.80±0.64c 109.11±0.96d 6.72±0.15a 注：①CK为空白对照；NP为头茬；NP-DP为头茬发病；SP为重茬未处理；EM为有益微生物处理；TRI为木霉菌剂处理。②同列数据后不同字母表示处理间差异显著(P < 0.05)。表 2同。 
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表 2 不同根际土壤微生物多样性指数
Table 2. Microbial diversity index of rhizosphere soil under treatments
处理 SIMPSON(J) SHANNON(H) 均匀度 BRILLOUIN McIntosh(Dmc) CK 1.0540c 4.313c 0.992a 3.014a 1.131c NP 1.056b 4.407b 0.988b 2.615bc 1.138b NP-DP 1.060a 4.482a 0.990ab 2.740ab 1.149a SP 1.049d 4.221d 0.988b 2.896bc 1.118d EM 1.056bc 4.362b 0.993a 2.699bc 1.136bc TRI 1.042e 4.056e 0.992a 3.010a 1.100e
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表 3 部分特异条带BLAST比对结果
Table 3. BLAST on specific bands
编号 真菌拉丁名 中文名 A1 Anteholosticha gracilis A2 Trichoderma harzianum 哈茨木霉菌 A3 Scutellospora savannicola 盾巨孢囊霉丛枝菌根 A4 Anteholosticha manca A6 Scutellospora savannicola 盾巨孢囊霉丛枝菌根 A9 Pleosperales 格孢腔菌目 B1 Bryum arcticum 极地真藓 B2 Pleosporales 格孢腔菌目 B3 Ignatius tetrasporus 伊格内修斯子囊菌 C1 Anteholosticha gracilis C2 Pleosperales 格孢腔菌目 C4 Bryum arcticum 极地真藓 D1 Bryum arcticum 极地真藓 D2 Scutellospora savannicola 盾巨孢囊霉丛枝菌根 D3 Entrophospora 稀有内养囊霉 E1 Pleosperales 格孢腔菌目 E2 Scutellospora savannicola 盾巨孢囊霉丛枝菌根 E4 Sphaerobolus iowensis 弹球菌属 E5 Ignatius tetrasporus 伊格内修斯子囊菌 F1 Thermococcus barophilus 嗜热球菌属 F2 Monacrosporium janus 两栖单顶孢菌 F3 Ignatius tetrasporus 伊格内修斯子囊菌 F4 Paraphaeosphaeria verruculosa F6 Geminibasidium donsium F7 Scutellospora savannicola 盾巨孢囊霉丛枝菌根 注：每个菌种比对结果同源性均在98%以上。
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