黄瓜单砧与双砧嫁接对根际土壤微生物和酶活性的影响

谢远峰 田永强，2 李 硕 姚凯骞 马智明 杨雅婷 高丽红*

（1 中国农业大学农学与生物技术学院，北京 100193；2 中国农业大学资源与环境学院，北京100193）

连作障碍是制约温室黄瓜（Cucumis sativusL.）优质高产和可持续发展的主要瓶颈（Yao et al.，2006；Tian et al.，2009，2011）。采用嫁接技术可以通过提高植株抗病性、防止土传病害发生、减轻化感物质毒害等途径克服温室土壤连作障碍问题，进而提高黄瓜产量（Louws et al.，2010）。早期的研究已经探明，利用抗性砧木嫁接目标作物可能会影响土壤微生物相关因子（Lockwood et al.，1970；Ginoux & Dauple，1985）。作物的分泌物和死亡的根是微生物丰富的能源物质（Smith& Paul，1991）。由于砧木根系可分泌与接穗根系不同的物质，这些分泌物可能对根际微生物造成不同的影响，进而影响土壤—作物系统养分循环，从而改变作物生长发育的状态。作物根际是土壤微生物与根系分泌物直接作用的最大场所。因此，嫁接砧木给根际微生物带来的影响必然最为直接。但是，目前有关嫁接对黄瓜根际微生物环境的影响报道不多（Tian et al.，2009）。特别是不同嫁接方式如何影响根际土壤微生物相关因子的机制并不清楚。

土壤微生物群落是土壤中的活性组分，包括细菌、真菌、放线菌和原生动物、病毒和小型藻类等（Jackson & Ladd，1981）。由于在许多生态系统中起着至关重要的作用，土壤微生物群落被广泛认作土壤质量不可分割的一部分（Yao et al.，2000；Schutter & Dick，2001；Tian et al.，2010）。黄奔立等（2007）研究发现，黄瓜感病品种的根系分泌物与连作后枯萎病发病重存在着密切联系，随着连作年限的增加，尖孢镰刀菌数量明显上升。此外，连作黄瓜根系分泌的自毒物质可影响土壤酶活性。采用黑籽南瓜嫁接能够克服黄瓜生产中的自毒作用（孙瑶，2005），近几年新推出的褐籽南瓜京欣砧5号有耐低温弱光、抗枯萎病、促进生长和提高产量的效果（张帆 等，2011）。

本试验采取自根、单砧和双砧3种嫁接方式，在盆栽土壤中进行连续两茬种植，研究不同嫁接方式对不同茬口黄瓜不同生育时期的根际细菌、真菌、放线菌及黄瓜主要病原菌尖孢镰刀菌的数量变化和根际土壤脲酶、中性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性变化的影响，为嫁接缓解黄瓜连作障碍问题及其推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2011年4～12月在中国农业大学西校区科学园日光温室内进行。供试基质由草炭与蛭石以3V∶1V配制而成，草炭容重为0.35 g·cm-3，总孔隙度为81.3%，有机质含量352 g·kg-1，全氮、全磷、全钾含量分别为12.5、6.9、7.9 g·kg-1，pH值为4.45，EC值为0.67 mS·cm-1。

供试南瓜（Cucurbita moschataDuch.ex Poir）砧木品种为云南黑籽南瓜和褐籽南瓜京欣砧5号，黄瓜品种为中农26号。

1.2 试验方法

设3个处理（表1），种植模式全部为单株盆栽，盆直径为38 cm，高47 cm。每处理3次重复，每重复种植10株，共30株，随机区组排列。

春茬黄瓜4月14日在温室内播种接穗，4月16日播种云南黑籽南瓜，4月17日播种京欣砧5号，4月19日嫁接，4月26日嫁接苗成活后移入盆内，8月4日拉秧；秋冬茬黄瓜9月15日播种接穗，9月18日播种黑籽南瓜，9月19日播种京欣砧5号，9月23日进行嫁接，9月30日定植，12月27日拉秧。试验期间，每个小区肥水管理保持一致。

表1 试验设计

1.3 测定项目

分别在春、秋两茬黄瓜的3个不同生育时期进行根际土样采集，即初瓜期（春茬6月24日、秋茬11月21日），盛瓜期（春茬7月8日、秋茬12月7日）和拉秧期（春茬8月4日、秋茬12月25日）。每次随机挑选5株，挖出全部根系并抖落大块土壤，然后将附着于根系的土样用镊子挑取至无菌自封袋中，立即带回实验室，迅速过2 mm 筛，一部分于4℃冰箱保存，用于分析土壤微生物；另一部分风干，过1 mm 筛，用于测定土壤酶活性。

黄瓜根际土壤微生物数量测定采用稀释平板计数法。细菌培养采用牛肉膏蛋白胨选择性培养基，真菌培养采用马丁孟加拉红—链霉素选择性培养基，放线菌培养采用改良高氏1号培养基（李阜棣 等，1996），尖孢镰刀菌培养采用PEA 培养基（韩宝坤和杜艳华，2001）。

土壤脲酶活性测定采用苯酚钠比色法；过氧化氢酶活性测定采用高锰酸钾滴定法；磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠比色法；蔗糖酶活性测定采用硫代硫酸钠滴定法（许光辉和郑洪元，1986）。

黄瓜果实产量测定：于每个栽培茬口下各小区分别选取生长状况一致的黄瓜5株，每隔1～2 d 采收1次，测定黄瓜果实产量，取平均值计作每盆的产量。黄瓜采收标准为直径2.5～3.0 cm，长25～30 cm。

1.4 数据处理

采用Excel 2003 和SPSS 19.0 软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同嫁接方式对黄瓜产量的影响

由图1可以看出，与自根对照相比，单砧嫁接和双砧嫁接均显著提高了黄瓜产量。在春茬，单砧嫁接与双砧嫁接黄瓜产量分别较自根对照提高了11.2%与11.4%；在秋茬，单砧嫁接与双砧嫁接黄瓜产量分别较自根对照提高了8.8%与10.4%。但在本试验条件下（盆栽），单砧嫁接与双砧嫁接之间黄瓜产量在两个栽培茬口均无显著差异。这是因为本试验中单砧嫁接与双砧嫁接砧木中均用到黑籽南瓜，而黑籽南瓜根系可能对黄瓜产量起着决定性作用；此外，也可能是黑籽南瓜根系与褐籽南瓜根系对黄瓜产量的影响无显著差异所致。所有处理春茬黄瓜产量均显著高于秋茬，说明季节变化（温度、光照、湿度等）对黄瓜产量的影响大于嫁接处理。

图1 不同嫁接方式对黄瓜产量的影响

2.2 不同嫁接方式对黄瓜根际土壤微生物的影响

由图2可知，不同嫁接方式下黄瓜根际微生物数量随时间的变化趋势基本一致，这说明季节变化（温度、光照、湿度等）对黄瓜根际微生物的影响大于嫁接处理。在春茬，细菌和真菌数量均随黄瓜生长发育时间的延长而增大，而放线菌数量先减小后增大。值得注意的是，在两茬黄瓜末瓜期，多数测试微生物数量达到整个生育期最大值，这可能是因为随着黄瓜的生长发育，根际累积的分泌物绝对量达到最大值，从而使微生物所能利用的根系代谢物和根部残体量达到取样期最大。

随着处理时间的延长，处理间不同微生物数量差异逐渐明显。这说明嫁接方式显著影响了根际微生物的数量分布。对于细菌而言（图2），其数量在春茬末瓜期（8月4日）达到峰值。在这一时期，单砧嫁接与双砧嫁接黄瓜根际细菌数量比自根对照分别增加24.7%与28.7%。在秋茬盛瓜期（12月7日），单砧嫁接与双砧嫁接黄瓜根际细菌数量比自根对照分别增加28.1%和40.7%。在整个秋茬取样时期，细菌数量一直呈现双砧嫁接＞单砧嫁接＞自根对照的趋势，说明嫁接方式对黄瓜根际细菌带来的影响比较稳定。综合来看，双砧嫁接更有利于黄瓜根际土壤细菌数量的增殖。这是因为双砧嫁接两个砧木（黑籽南瓜与褐籽南瓜）的根系较单砧嫁接（黑籽南瓜）发达，根系分泌物多，进而有益于细菌繁殖。

图2 不同嫁接方式对黄瓜根际土壤微生物数量的影响

真菌数量随时间的变化趋势与细菌基本一致（图2）。但是，从春茬末瓜期（8月4日），单砧嫁接与双砧嫁接黄瓜根际真菌数量均显著低于自根对照，分别减少19.0%与22.5%；在秋茬盛瓜期（12月7日），单砧嫁接与双砧嫁接黄瓜根际真菌数量比自根对照分别减少21.3%与24.1%，而单砧嫁接与双砧嫁接处理在所有取样时期均无显著差异，这说明南瓜根系相较于黄瓜根系对真菌具有抑制作用。但是，黑籽南瓜根系与褐籽南瓜根系对真菌的影响无明显差异，这可能与二者为同属同种有关。

在春茬初瓜期，黄瓜根际放线菌数量（图2）单砧嫁接、双砧嫁接与自根对照相比分别增加103.7%与44.9%；而在春茬盛瓜期和秋茬所有取样期，单砧嫁接黄瓜根际放线菌数量均显著高于对照，而双砧嫁接与自根对照相比无显著差异。这可能是因为双砧嫁接后，黄瓜植株更容易吸收土壤水分，使得土壤水分含量相对（与单砧嫁接相比）较低，从而减少了放线菌数量（放线菌与土壤水分关系密切）。

尖孢镰刀菌为黄瓜枯萎病病原菌，是设施黄瓜连作中主要的病原菌之一。3种嫁接处理黄瓜根际尖孢镰刀菌数量变化趋势基本一致（图2），即尖孢镰刀菌进行寄生使活菌量一直上升并到春茬末瓜期数量达到峰值，短暂休闲后进行第2 茬连作，种植初期菌量缓慢下降，初瓜期后又一次上升；在秋茬末瓜期（12月27日），黄瓜根际尖孢镰刀菌数量3种嫁接处理间均达到显著差异水平，其中单砧嫁接与双砧嫁接比自根对照分别减少32.3%和23.2%，差异达到极显著水平，且单砧嫁接效果更好。这些结果说明，嫁接砧木根系可显著抑制黄瓜病原菌扩繁，且黑籽南瓜根系对尖孢镰刀菌的抑制作用更明显。

2.3 不同嫁接方式对黄瓜根际土壤酶活性的影响

黄瓜根际土壤酶活性随时间的变化趋势见图3。脲酶的主要功能是促进土壤中尿素分子等含氮有机物的水解，生成植物可吸收利用的氨，其活性常被用来评价土壤的供氮能力。在秋茬末瓜期，各处理间脲酶活性差异达到最大，其活性大小依次为双砧嫁接＞单砧嫁接＞自根对照。与脲酶相似，在秋茬末瓜期中性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶的活性各处理间的差异均达到最大，其活性大小依次为双砧嫁接＞单砧嫁接＞自根对照。这些结果说明单砧嫁接和双砧嫁接在保持和提高上述4种土壤酶活性方面优势明显。

图3 不同嫁接方式对黄瓜根际土壤酶活性的影响

3 结论与讨论

本试验中，不同嫁接方式显著影响了黄瓜根际土壤微生物数量。特别是双砧嫁接比单砧嫁接显著增加了黄瓜根际土壤细菌的数量。细菌是土壤中数量较多的一类原核生物，土壤中有机质的分解和矿化主要靠微生物，特别是细菌的作用，因而土壤中细菌的数量及活动状况，在某种意义上讲，决定了土壤的肥力（鲁素云，1993）。因此，尽管本试验过程中各处理供肥一致，但嫁接方式仍可造成根际肥力差异。放线菌在土壤中分布广泛，能分解土壤中较稳定的腐殖质等有机化合物（van Bruggen & Semenov，1999；张星杰 等，2008），并且可以提高对有害微生物的拮抗作用。本试验结果表明，单砧嫁接、双砧嫁接与自根对照相比均能显著增加黄瓜根际放线菌的数量，且单砧嫁接比双砧嫁接的效果更好。如前所述，双砧嫁接黄瓜根际放线菌数量较单砧嫁接数量低，反映了褐籽南瓜根系更容易吸收土壤水分。黄奔立等（2007）研究表明，黑籽南瓜根系分泌物能有效抑制尖孢镰刀菌的增殖和黄枯病的发生。本试验发现，单砧嫁接、双砧嫁接与自根对照相比均能显著减少黄瓜根际真菌与尖孢镰刀菌的数量。单砧嫁接与双砧嫁接由于供试砧木的不同使其对黄瓜根际土壤微生物产生的影响不同，在秋茬，黑籽南瓜较褐籽南瓜更能抑制真菌的数量，尤其是尖孢镰刀菌的数量。上述试验结果表明，由于褐籽南瓜与黑籽南瓜双砧嫁接后根系更发达，其主要影响黄瓜根系对水分的吸收水平；而黑籽南瓜根系较褐籽南瓜根系更易抑制黄瓜病原菌，其主要影响作物的抗病水平。

不同嫁接方式对黄瓜根际土壤酶活性影响较大。随着处理时间的延长，4种土壤酶活性各处理间的差异逐渐明显，其大小依次均为双砧嫁接＞单砧嫁接＞自根对照。这说明，与土壤微生物相比，土壤酶对嫁接的响应更为敏感，从而更容易区分各处理间的差异。这可能与这些土壤酶的重要性质相关。土壤中蔗糖酶直接参与土壤碳素循环，而脲酶直接参与土壤中含氮有机化合物的转化（李东坡 等，2003；田永强 等，2009；Tian et al.，2010），磷酸酶在土壤磷循环中起重要作用（周礼恺 等，1983，1987）。可见，这些酶表征的不仅仅是嫁接处理间的差异，更多反应的是由不同嫁接方式造成的土壤各种生物—化学过程的动向和强度的差异（Dick，1992；田永强 等，2009）。

综上所述，单砧嫁接和双砧嫁接均可通过砧木根系活动适度改善根际微生物和酶环境，从而增加黄瓜产量。但是，在本试验中，虽然双砧嫁接较单砧嫁接提高了平均黄瓜产量，但无显著差异。这可能与本试验所采取的栽培方式有关，即盆栽可能限制了双砧嫁接优势的发挥。尽管如此，双砧嫁接在提高作物产量方面仍可能存在潜在优势。储昭胜等（2010）研究认为双砧嫁接综合了两个砧木的优良特性，与单砧嫁接相比更容易促进肥水吸收，提高植株生长势，进而提高产量。然而，双砧嫁接对作物产量的影响可能与砧木的类型和组合有关。王铁臣等（2011）试验表明与单砧嫁接相比，双砧嫁接中仅黑籽南瓜与白籽南瓜组合增产显著，而其他双砧嫁接处理并未显著提高产量；特别是，白籽南瓜与褐籽南瓜组合的双砧嫁接产量低于白籽南瓜单砧嫁接。可见，将来的研究需结合不同砧木的类型和组合对双砧嫁接进行更加深入的研究。

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