張福建 陳 昱 楊有新 吳超群 范淑英 吳才君

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)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(guó)南北各地廣泛栽培。據(jù)農(nóng)業(yè)部大宗蔬菜體系統(tǒng)計(jì)，近年來我國(guó)辣椒種植面積為150萬～200萬hm2，占全國(guó)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(kuò)大和連作年限的增加，連作障礙日益嚴(yán)重，輕者減產(chǎn)30%左右，嚴(yán)重的減產(chǎn)60%以上，甚至絕產(chǎn)（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(chǎn)量和品質(zhì)，而且還可以有效減輕病蟲害，改善土壤生態(tài)環(huán)境，從而減輕連作障礙的發(fā)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(qiáng)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(jìn)西瓜生長(zhǎng)，增加西瓜根際土壤放線菌和細(xì)菌數(shù)量，降低土壤真菌比例，同時(shí)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(shù)量，降低根結(jié)線蟲的發(fā)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(yíng)養(yǎng)（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(duì)辣椒的毒害作用，提高了土壤酶活性以及菌落數(shù)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(zhì)，具有抗菌活性，能夠改變土壤微生物結(jié)構(gòu)，抑制病害的發(fā)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(dá)到殺滅病原菌的目的。同時(shí)，芥菜有助于提高土壤細(xì)菌多樣性，降低土壤中真菌和尖孢鐮刀菌的數(shù)量，改善土壤微生態(tài)結(jié)構(gòu)，減輕連作障礙的危害（劉昕昕，2013）。此外，利用蕓薹屬植物殘?bào)w進(jìn)行生物熏蒸能夠調(diào)節(jié)土壤微生物群落以及減輕辣椒疫病的發(fā)生，從而顯著增加辣椒產(chǎn)量（Hansen & Keinath，2013 ；Wang et al.，2014）。

本試驗(yàn)以大麥和芥菜為伴生作物，通過盆栽試驗(yàn)探討了伴生芥菜和大麥對(duì)連作辣椒葉片保護(hù)酶活性及根際土壤環(huán)境的影響，旨在為提高辣椒克服連作障礙能力以及生產(chǎn)實(shí)踐提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試?yán)苯菲贩N為線椒辛香8號(hào)，芥菜品種為本地芥菜筍，由江西華農(nóng)種業(yè)有限公司饋贈(zèng)；大麥品種為帶皮大麥，購(gòu)自鄭州華豐草業(yè)科技有限公司。所用肥料為果蔬專用有機(jī)肥，購(gòu)自湖北吉順磷化有限公司。供試土壤取自江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地辣椒連作5 a的地塊，土壤基本理化性質(zhì)：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(jī)質(zhì) 36.5 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2017年在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)園蔬菜試驗(yàn)基地進(jìn)行，將辣椒連作土壤與有機(jī)肥混勻（10 V∶1 V）并均勻裝入盆中（30 cm×25 cm）。設(shè)置4個(gè)處理，分別為伴生大麥處理、伴生芥菜處理，對(duì)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(jìn)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(dāng)大麥和芥菜幼苗長(zhǎng)至25 cm左右時(shí)留茬5 cm。每處理10盆，3次重復(fù)，隨機(jī)排列，放置大棚內(nèi)進(jìn)行常規(guī)管理。試驗(yàn)期間不使用任何藥劑，人工除草，定量澆水。伴生30 d結(jié)束，采集辣椒葉片測(cè)定酶活性和生長(zhǎng)指標(biāo)；利用剝落分離法采集辣椒根際土壤，4 ℃下保存土樣用于測(cè)定土壤微生物數(shù)量，風(fēng)干土樣用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo) 株高使用卷尺測(cè)量。

1.3.2 葉片指標(biāo) H2O2含量采用試劑盒測(cè)定，購(gòu)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(yù)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(jī)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(cè)定各種酶活性。過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）活性的測(cè)定采用Cakmak和Marschner（1992）的方法。CAT活性測(cè)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(yīng) 時(shí) 間 50 s， 測(cè)定OD240的動(dòng)力學(xué)變化，吸光系數(shù)為39.4 mmol·L-1·cm-1；POD活性測(cè)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(chuàng)木酚0.1 mL，測(cè)定OD470，取其中50 s的動(dòng)力學(xué)變化計(jì)算酶促反應(yīng)速率，吸光系數(shù)為26.6 mmol·L-1·cm-1?？箟难徇^氧化物酶（APX）活性測(cè)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(cè)定OD290的動(dòng)力學(xué)變化。

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

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2003軟件和SPSS 17.0軟件進(jìn)行整理和分析，顯著性檢驗(yàn)采用Duncan法；采用GraphPad軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 伴生大麥和芥菜對(duì)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(duì)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(duì)照無顯著差異。

2.2 伴生大麥和芥菜對(duì)連作辣椒葉片指標(biāo)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(duì)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(duì)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(duì)照無顯著差異。

2.3 伴生大麥和芥菜對(duì)連作辣椒根際土壤微生物數(shù)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(xì)菌以及總菌數(shù)量均高于CK和CW，真菌數(shù)量均顯著低于CK和CW；其中伴生大麥處理的土壤放線菌數(shù)量顯著高于CK，伴生芥菜處理的根際土壤總菌數(shù)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(duì)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(duì)照差異不顯著。

2.5 伴生大麥和芥菜對(duì)連作辣椒根際土壤pH及電導(dǎo)率的影響

從表4可以看出，與對(duì)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(dǎo)率顯著低于其他處理。

表1 伴生大麥和芥菜對(duì)連作辣椒葉片指標(biāo)的影響

表2 伴生大麥和芥菜對(duì)連作辣椒根際土壤微生物數(shù)量的影響

表3 伴生大麥和芥菜對(duì)連作辣椒根際土壤酶活性的影響

表4 伴生大麥和芥菜對(duì)連作辣椒根際土壤pH及電導(dǎo)率的影響

3 結(jié)論與討論

蔬菜連作障礙是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重大問題，作物的生長(zhǎng)發(fā)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(xù)發(fā)展的棘手問題。伴生可以合理地利用作物間相生相克，調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育和改善土壤理化性質(zhì)，達(dá)到生態(tài)平衡。黃瓜伴生小麥能夠增加黃瓜株高，在一定程度上促進(jìn)黃瓜生長(zhǎng)（高春琦和吳鳳芝，2014）。本試驗(yàn)結(jié)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(duì)照差異顯著。

抗氧化酶是植物抗逆性保護(hù)機(jī)制的一個(gè)重要組成部分，在整個(gè)植物的抗氧化酶系統(tǒng)中，植物通過POD、CAT等催化降解使H2O2轉(zhuǎn)化為H2O和O2，避免對(duì)細(xì)胞膜產(chǎn)生傷害，從而達(dá)到保護(hù)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(guān)的酶活性，進(jìn)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(yàn)結(jié)果也證明了這一點(diǎn)，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?yàn)榘樯幚砗?，大麥和芥菜根系分泌物誘導(dǎo)了辣椒葉片POD和CAT活性的增加，從而清除了植株體內(nèi)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(yīng)中發(fā)揮著重要作用。本試驗(yàn)結(jié)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(guān)系。根系分泌物含有多種物質(zhì)，能夠?yàn)楦H微生物的生長(zhǎng)繁殖提供必要的營(yíng)養(yǎng)。作物通過間作或伴生可以產(chǎn)生不同的分泌物，這些物質(zhì)可以促進(jìn)微生物代謝，進(jìn)而形成土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的多樣性（楊智仙 等，2014）。間作小麥和毛苕子能夠提高黃瓜產(chǎn)量，增加根際土壤微生物群落多樣性以及降低病害的發(fā)生率（吳鳳芝和周新剛，2009）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，伴生大麥和芥菜增加了辣椒根際土壤細(xì)菌、放線菌和總菌數(shù)量，顯著降低了真菌數(shù)量。這可能是由于在芥菜和大麥根系分泌物介導(dǎo)下，辣椒根際某些有益微生物大量繁殖，同時(shí)抑制其他有害微生物（病原菌）的生長(zhǎng)，進(jìn)而改善植物根際土壤環(huán)境，促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)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(shù)量的結(jié)論相似。研究發(fā)現(xiàn)，根系分泌物對(duì)土壤pH以及電導(dǎo)率具有顯著影響（Materechera et al.，1992），而適宜的土壤pH和較低的電導(dǎo)率有利于植物生長(zhǎng)發(fā)育。本試驗(yàn)中，伴生芥菜顯著提高了辣椒根際土壤pH，降低了電導(dǎo)率，原因可能是芥菜根系分泌的有機(jī)物質(zhì)被土壤有益微生物利用，進(jìn)而改善了根際土壤環(huán)境。

土壤酶活性是評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)，土壤酶活性提高能夠改善土壤環(huán)境和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收（宮歡歡 等，2017）。本試驗(yàn)結(jié)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(jìn)土壤有機(jī)成分的轉(zhuǎn)化，改善辣椒連作土壤生物學(xué)環(huán)境的作用，其中以伴生芥菜效果最好。類似的結(jié)果在其他作物的研究中得到了證實(shí)，伴生小麥提高了西瓜根區(qū)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(yàn)中，兩種處理對(duì)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(jié)果類似，可能與植株生理代謝和養(yǎng)分吸收有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

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