崔汝菲， 路正禹， 耿 貴， 於麗華， 王宇光（黑龍江大學(xué) 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院，哈爾濱150080）

0 引 言

連作（Continuous cropping）指在同一塊土地上連續(xù)種植同種作物的農(nóng)藝措施［1］。連作障礙，又稱再植病害（Replant disease）［2］，指實際生產(chǎn)過程中因連作而造成的作物生長不良、病蟲害加劇以及產(chǎn)量下降的現(xiàn)象。連作障礙是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，也是影響農(nóng)作物生產(chǎn)的關(guān)鍵性因素［3］。連作制度下，土壤養(yǎng)分匱缺、微生物群落失衡以及自毒物質(zhì)積累均會影響植物的正常生長［4］。在中國，超過20%的土地遭受連作障礙所帶來的影響［5］。Yasir等發(fā)現(xiàn)連作下棉花、花生、小麥以及茶樹的病害發(fā)病率增加［6］。因此，如何緩解連作障礙已成為當(dāng)下的研究熱點。

甜菜（Beta vulgaris L.）是藜科甜菜屬雙子葉植物，作為世界第二大糖料作物［7］，其約占全球糖料作物種植面積的三分之一［8］，且提供世界30%的糖產(chǎn)量。此外，甜菜也是生物乙醇和動物飼料的來源［9］。隨著近幾年甜菜種植面積的增加，甜菜重茬連作經(jīng)常發(fā)生，給甜菜的實際生產(chǎn)帶來嚴重影響。林柏森等試驗表明，連作多粒種甜菜較單作減產(chǎn)22 429 kg·hm-2，平均含糖降低2.58度［10］。本文通過研究重茬土下不同抗重茬藥劑處理對甜菜幼苗生長指標及生理指標的影響，以期探尋重茬連作下甜菜苗期立枯病的有效防治措施，為保證生產(chǎn)實踐中甜菜幼苗健康、延長生育期及提高甜菜產(chǎn)量等提供理論研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗基本情況

供試藥劑為噁霉靈、再植病防治液、灃潤源菌劑和中國農(nóng)大重茬劑，供試甜菜種子為“KWS1176”。

供試土壤為黑龍江大學(xué)呼蘭校區(qū)（東經(jīng)126°38′，北緯46°0′）二年重茬土，試驗于黑龍江省哈爾濱市黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院光照培養(yǎng)室中進行。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)置1個空白處理和4個藥劑處理：CK（空白對照）、T1（再植病防治液1∶200）、T2（灃潤源菌劑1∶120）、T3（中國農(nóng)大重茬劑1∶50）、T4（噁霉靈98%1∶1 000），每組處理8個重復(fù)，具體信息如表1所示。將黑龍江大學(xué)呼蘭校區(qū)采集的重茬土壤按照表1的施用方法處理后，每盆放500 g，均勻放置20粒甜菜品種“KWS1176”種子，覆重茬土100 g。各處理每天定時澆等量的水，使土壤濕度保持一致，并定時調(diào)換各處理的位置使其光照保持一致。

表1 試驗處理及藥劑用量Table 1 Experimental treatments and dosage

1.2.2 測定項目與方法

記錄播種后不同處理甜菜的發(fā)芽數(shù)和發(fā)病數(shù)，參考盧明艷的方法［11］計算甜菜幼苗的發(fā)芽率和發(fā)病率。計算公式如下：

將收獲的5組不同處理的甜菜幼苗葉片選取一部分進行干、鮮重稱重，每處理選取5株幼苗，采用游標卡尺測定株高；甜菜鮮重用分析天平稱取，然后在烘箱105℃殺青20 min，80℃烘干至質(zhì)量恒重，測其干重。將其他甜菜幼苗葉片剪碎，并按0.5 g一份準確稱量，以便后續(xù)試驗。參照李合生的方法［12］測定甜菜葉片的丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性、相對電導(dǎo)率和葉綠素含量；參考侯占山的方法［13］測定脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量。使用CI-340手持式光合作用測量系統(tǒng)對光照培養(yǎng)室種植的植物進行光合作用測量［14］，在晴天8∶30～11∶30選取不同處理的植株，測定植株最頂端葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr），上述測定每個指標重復(fù)3次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 26軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析；采用單因素方差分析（ANOVA）和最小顯著性差異（LSD）方法，以P＜0.05為顯著性水平評價效果；采用Pearson方法進行相關(guān)性分析；采用Microsoft Excel 2019軟件進行數(shù)據(jù)整理和繪圖。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括：主/備歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、主/備實時監(jiān)測服務(wù)器、主/備隔離裝置、主/備WEB服務(wù)器、主/備通信服務(wù)器、主/備數(shù)據(jù)服務(wù)器、交換機、集控中心工作中、各電站側(cè)測點數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 重茬條件下不同抗重茬藥劑對甜菜幼苗生長狀況的影響

植物生長表型能反映其適應(yīng)重茬環(huán)境的能力［15］。如圖1（a）所示，重茬條件下不同抗重茬藥劑對甜菜株高促進效果明顯，藥劑處理組表型與CK相比差異明顯，各組株高均高于CK。從抗重茬藥劑處理甜菜幼苗的生長表現(xiàn)來看，T2株形高大，根系發(fā)達，且已經(jīng)長出第二對真葉（圖1）。T3甜菜生長狀況僅次于T2，子葉下軸生長良好，葉片翠綠。T1植株與T2、T3相比長勢稍弱，T4長勢較弱，葉片發(fā)黃偏小，但根部基本沒有病變。CK立枯病發(fā)病癥狀明顯，莖呈淡褐色，在基部有赤色霉狀物，莖葉變黃呈凋萎狀，子葉下軸至幼根干枯變黑。

圖1 重茬條件下施用不同抗重茬藥劑時甜菜幼苗生長情況表型（a）和單株（b）對比Fig.1 Effects of different anti-recropping agents on growth of phenotype（a）and single plant（b）of sugar beet seedlings under continuous cropping conditions

從表2可以看出，不同抗重茬藥劑處理下，各組發(fā)芽率無顯著差異。各處理株高均大于CK，較CK分別增加了16.50%、47.54%、29.31%和17.73%。從發(fā)病情況來看，各組甜菜立枯病發(fā)病率均顯著低于對照組（P＜0.05），T4株高較其他組稍低，但發(fā)病率最低，盆栽中幾乎無立枯病的發(fā)生。T2株高最高，其發(fā)病率僅次于T4，該藥劑能夠明顯促進其生長。以上結(jié)果表明，藥劑處理有助于植物生長，降低發(fā)病率。

表2 重茬條件下不同抗重茬藥劑對甜菜種子發(fā)芽率和幼苗發(fā)病率的影響Table 2 Effects of different anti-recropping agents on the germination rate and seedling incidence rate of sugar beet seeds under continuous cropping conditions

由圖2可知，4組處理的干重、鮮重均大于對照組，其中T1、T2、T3與對照組均具有顯著性差異（P＜0.05）。甜菜幼苗干、鮮重與株高一致，各組鮮重較CK分別增加了55.71%、148.82%、104.72%和39.57%，各組干重較CK分別增加了70.17%、128.72%、125.28%和55.11%，其中T2的干、鮮重增長最多。以上結(jié)果表明，藥劑處理可以促進甜菜的物質(zhì)積累。

圖2 重茬條件下不同抗重茬藥劑對甜菜幼苗鮮重（a）和干重（b）的影響Fig.2 Effects of different anti-recropping agents on fresh weight（a）and dry weight（b）of sugar beet seedlings under continuous cropping conditions

2.2 重茬條件下不同抗重茬藥劑對甜菜幼苗細胞膜透性的影響

MDA作為膜脂過氧化產(chǎn)物，能夠直觀反映植物膜脂的過氧化程度；相對電導(dǎo)率是衡量植物遭受外界脅迫時細胞膜損傷程度的生理指標［16］。如圖3（a）所示，對照組甜菜幼苗葉片細胞內(nèi)的MDA含量最高，各處理組較CK分別減小了8.06%、1.46%、17.35%和11.53%，其中T1、T3和T4與CK具有顯著性差異（P＜0.05），T3組MDA含量最小。試驗結(jié)果表明，重茬障礙下甜菜葉片細胞內(nèi)的MDA含量明顯下降，以中國農(nóng)大重茬劑處理變化最為明顯。

圖3 重茬條件下不同抗重茬藥劑對甜菜幼苗葉片相對電導(dǎo)率（a）和MDA（b）的影響Fig.3 Effects of different anti-recropping agents on relative conductivity（a）and MDA（b）of sugar beet seedling leaves under continuous cropping conditions

由圖3（b）可知，對照組的甜菜葉片相對電導(dǎo)率最高，平均為25.76%左右。當(dāng)甜菜幼苗在重茬土條件下施用不同抗重茬藥劑處理后，各處理葉片相對電導(dǎo)率均有下降，T2與CK比較變化不顯著，較CK下降了3.37%，T1、T3和T4較CK分別降低25.88%、49.64%和17.8%。以上表明，四組抗重茬藥劑處理的相對電導(dǎo)率和MDA均較CK下降，藥劑處理能夠降低甜菜葉片的MDA和相對電導(dǎo)率，從而減輕植物膜脂過氧化和細胞膜損傷。

2.3 重茬條件下不同抗重茬藥劑對甜菜幼苗抗氧化酶系活性的影響

在外界脅迫條件下，植物的需氧細胞會產(chǎn)生活性氧簇（ROS），造成膜脂過氧化，使細胞膜流動性和通透性發(fā)生改變，導(dǎo)致植物發(fā)生生理紊亂。在植物的活性氧清除系統(tǒng)中，SOD、POD、CAT和APX起著關(guān)鍵性作用，這些酶能夠保護細胞免受活性氧毒害。在不同抗重茬藥劑處理下，各處理POD、CAT均較CK下降，SOD除T2外均小于CK。

從圖4（a）可以看出，不同抗重茬藥劑處理下，甜菜葉片的POD活性與CK呈差異顯著性（P＜0.05），較CK分別下降了28.33%、26.67%、40.00%和25.00%。各處理以T3組POD活性最低，T4最高。由圖4（b）可知，各處理SOD活性均與CK存在顯著差異性（P＜0.05），除T2外，其他處理均小于CK，分別較CK降低了16.60%、25.06%和12.85%。T2高于CK，較CK上升了11.73%。

圖4 重茬條件下不同抗重茬藥劑對甜菜幼苗葉片POD活性（a）和SOD活性（b）的影響Fig.4 Effects of different anti-recropping agents on POD activity（a）and SOD activity（b）of sugar beet seedling leaves under continuous cropping conditions

由圖5（a）可以得出，各組CAT活性均較CK出現(xiàn)不同幅度的下降，較CK分別降低了5.33%、6.21%、11.14%和2.07%，其中T3下降幅度最大，與CK呈差異顯著性（P＜0.05）。由圖5（b）可以看出，各組APX活性與CK無明顯差異，T2和T4的APX活性均大于CK，兩組較CK分別上升了16.44%和15.07%。T1和T3的APX活性均小于CK，較CK分別降低了13.69%和6.85%。

圖5 重茬條件下不同抗重茬藥劑對甜菜幼苗葉片CAT活性（a）和APX活性（b）的影響Fig.5 Effects of different anti-recropping agents on CAT activity（a）and APX activity（b）of sugar beet seedling leaves under continuous cropping conditions

由上述分析可知，不同抗重茬藥劑處理后，甜菜幼苗的各抗氧化酶活性較CK發(fā)生變化，其中T1、T3的葉片POD、SOD、CAT和APX活性均小于CK，而T2處理下，POD和CAT活性小于CK，SOD和APX均大于CK。T4處理除APX高于CK活性，其他酶活性均小于CK。

圖6 重茬條件下不同抗重茬藥劑對甜菜幼苗葉片脯氨酸的影響Fig.6 Effects of different anti-recropping agents on proline of sugar beet seedling leaves under continuous cropping conditions

2.4 重茬條件下不同抗重茬藥劑對甜菜幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

從圖6可以看出，在藥劑的作用下，甜菜幼苗的脯氨酸含量發(fā)生變化，其中T2、T3與CK之間呈顯著差異性（P＜0.05），分別升高了102.46%、73.24%。T1、T3與CK無明顯差異，T1較CK下降了4.82%，T3較CK升高了7.17%。不同抗重茬藥劑處理能夠改變甜菜葉片中脯氨酸含量，從而維持細胞滲透壓平衡。

不同抗重茬藥劑處理下甜菜幼苗的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖和可溶性蛋白的含量如圖7所示，各處理除T2外均大于CK。由圖7（a）可見，T1、T3和T4甜菜幼苗葉片內(nèi)可溶性糖含量較CK相比均有不同程度上升，T1上升程度最為顯著（P＜0.05），可溶性糖含量較CK增長92.67%，T3和T4較CK分別升高了67.97%和24.27%，且T3與CK呈差異顯著性（P＜0.05），而T2較CK下降16.23%。由圖7（b）可見，不同處理下甜菜葉片中可溶性蛋白含量比CK分別升高了12.78%、10.75%、11.95%和4.31%，T2的可溶性蛋白含量最高。不同藥劑處理后，除T2組可溶性糖含量下降，其他組甜菜葉片的可溶性蛋白和可溶性糖均升高，從而降低細胞的滲透勢和水勢，促進細胞吸水，抵御外界不良影響。

圖7 重茬條件下不同抗重茬藥劑對甜菜幼苗葉片可溶性糖（a）和可溶性蛋白（b）的影響Fig.7 Effects of different anti-recropping agents on soluble sugar（a）and soluble protein（b）of sugar beet seedling leaves under continuous cropping conditions

2.5 重茬條件下不同抗重茬藥劑對甜菜幼苗葉片光合作用相關(guān)參數(shù)的影響

從圖8可以看出，在不同抗重茬藥劑處理下，甜菜幼苗葉片的葉綠素含量和Pn趨勢基本一致，各組處理均大于CK。由圖8（a）可知，各處理的甜菜幼苗葉綠素含量與CK相比分別上升了39.50%、19.17%、34.20%和7.84%，其中T1、T2和T3與對照組呈現(xiàn)差異顯著性（P＜0.05），且T1的葉片葉綠素含量最多。從圖8（b）可以看出，各組Pn較CK分別增加了33.05%、51.97%、148.60%和0.80%，其中T3、T2與CK呈現(xiàn)差異顯著性（P＜0.05），且T3的Pn最高，該藥劑對植株P(guān)n有明顯促進作用。

從圖9可以看出，在不同抗重茬藥劑處理下，甜菜幼苗葉片的Gs和Tr趨勢基本一致，各組處理均大于CK。由圖9（a）可知，各處理的甜菜幼苗Gs與CK相比分別上升了13.74%、53.79%、30.18%和0.12%，其中T2葉片氣孔導(dǎo)度最高，T4最低。從圖7（b）可以看出，各處理葉片Tr與CK呈差異顯著性（P＜0.05），較CK分別增加了19.05%、51.86%、127.51%和13.76%。T3的Tr最高，與CK存在極顯著差異（P＜0.05）。

圖8 重茬條件下不同抗重茬藥劑對甜菜幼苗葉片葉綠素（a）和凈光合速率（b）的影響Fig.8 Effects of different anti-recropping agents on chlorophyll（a）and net photosynthetic rate（b）of sugar beet seedling leaves under continuous cropping conditions

圖9 重茬條件下不同抗重茬藥劑對甜菜幼苗葉片氣孔導(dǎo)度（a）和蒸騰速率（b）的影響Fig.9 Effects of different anti-recropping agents on stomatal conductance（a）and transpiration rate（b）of sugar beet seedling leaves under continuous cropping conditions

2.6 重茬條件下不同抗重茬藥劑下甜菜幼苗各指標相關(guān)性分析

計算甜菜幼苗種子發(fā)芽率、幼苗發(fā)病率、生長和生理指標之間的相關(guān)性，結(jié)果如表3所示。

表3 重茬條件下不同抗重茬藥劑下甜菜幼苗各指標相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis of different anti-recropping agents on sugar beet seedling indexes under continuous cropping conditions

續(xù)表

甜菜幼苗發(fā)病率與干重、鮮重、株高、相對電導(dǎo)率、抗氧化酶系和脯氨酸基本呈負相關(guān)關(guān)系，且與脯氨酸和APX呈顯著負相關(guān)，表明發(fā)病率與植物生長指標、細胞膜透性、抗氧化酶系和脯氨酸有負相關(guān)關(guān)系。甜菜幼苗干重、鮮重、株高存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，且干重、鮮重均與Pn、Tr和Gs存在顯著正相關(guān)關(guān)系，與相對電導(dǎo)率存在顯著負相關(guān)關(guān)系，表明植物生長指標與光合作用有極顯著正相關(guān)關(guān)系，而與細胞膜透性存在負相關(guān)關(guān)系?？扇苄蕴恰⒖扇苄缘鞍缀透彼崛呔鶠闈B透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可溶性糖、可溶性蛋白存在極顯著正相關(guān)，且兩者均與脯氨酸呈顯著負相關(guān)。此外，四種抗氧化酶活性中POD與CAT呈極顯著相關(guān)性，SOD與APX呈顯著相關(guān)性。

3 討 論

在實際生產(chǎn)中，甜菜的重茬連作現(xiàn)象屢見不鮮，且病害日益加重［17］。甜菜立枯病是甜菜苗期主要土傳病害，重茬連作條件下立枯病發(fā)病率升高，影響甜菜的產(chǎn)量和質(zhì)量。在正常情況下，植株體內(nèi)的活性氧處于動態(tài)平衡狀態(tài)，連作障礙使甜菜體內(nèi)的活性氧平衡被破壞，植物體內(nèi)的H2O2和MDA含量可以反映植物的活性氧水平。植株在活性氧誘導(dǎo)下產(chǎn)生SOD，SOD催化超氧自由基生成H2O2，然后產(chǎn)生CAT、APX［18］和POD，以減少H2O2，而植株MDA含量則依靠SOD和POD來降解，以保持ROS的動態(tài)平衡［19］。試驗表明，不同藥劑處理下相對電導(dǎo)率和MDA含量均小于CK，由此推測藥劑處理能夠減少環(huán)境脅迫對植株活性氧水平的影響。再植病防治液和中國農(nóng)大重茬劑處理下，甜菜葉片的抗氧化酶活性均小于CK，由此推測抗氧化酶活性降低與兩組藥劑施用有關(guān)。灃潤源菌劑處理下，甜菜幼苗的相對電導(dǎo)率和MDA含量較CK變化較小，POD和CAT活性均低于CK，而SOD和APX活性高于CK，由此推測該處理通過提高SOD和APX活性降低H2O2和MDA含量，從而維持活性氧動態(tài)平衡。噁霉靈噴施處理下，幼苗發(fā)病率最低，其APX高于CK，推測噁霉靈處理通過增加APX活性來維持ROS動態(tài)平衡。

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可以調(diào)節(jié)植物細胞滲透壓平衡，防止細胞脫水［16］。本試驗表明，不同藥劑處理下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)出現(xiàn)不同程度的上升，中國農(nóng)大重茬劑和噁霉靈處理下三種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)均有不同程度的升高，施用再植病防治液使脯氨酸和可溶性蛋白升高，灃潤源菌劑增加可溶性糖和可溶性蛋白的含量。因此，推測各處理通過增加三種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量來調(diào)節(jié)滲透壓平衡，緩解重茬連作障礙對植株的影響。

Pn是表示光合作用強弱變化的核心指標之一，蒸騰速率指植株在單位時間內(nèi)，單位葉面積通過蒸騰作用散失的水量。氣孔導(dǎo)度與氣孔的大小和開放程度有關(guān)，植物的蒸發(fā)速率和蒸騰速率較高則表明其氣孔導(dǎo)度較高［20-21］。周振翔等的研究表明，植物葉片中葉綠素的含量與光合作用呈正相關(guān)［22］。本試驗得出，甜菜幼苗葉片的葉綠素含量、Pn、Gs和Tr趨勢基本一致，且均大于CK處理。葉綠素、Pn、Gs和Tr呈正相關(guān)，其中灃潤源菌劑和中國農(nóng)大重茬劑處理光合作用最強，這與其表型一致，兩組對甜菜的光合作用均有明顯促進作用。李勇等的研究表明，大部分水稻葉片吸收的光遠超其自身光合所需，即葉綠素呈現(xiàn)“冗余”現(xiàn)象［23］。再植病防治液處理組葉綠素含量與中國農(nóng)大重茬劑處理組相差不大，但Pn、Gs和Tr相差較大，由此推測再植病防治液處理組的葉綠素呈現(xiàn)“冗余”現(xiàn)象。

試驗結(jié)果表明，灃潤源菌劑可明顯增加甜菜幼苗的株高、干鮮重，并降低發(fā)病率；中國農(nóng)大重茬劑能明顯促進植株的光合作用；噴施噁霉靈可最大程度降低立枯病發(fā)病率；再植病防治液防治效果較弱。灃潤源菌劑主要成分有抗病菌和低溫菌，能夠降低幼苗的發(fā)病率，促進其生長；中國農(nóng)大重茬劑主要是防治甜菜根部病害，能夠降低幼苗發(fā)病率，促進其光合作用；噁霉靈是新型抗重茬藥劑，為濕粉劑，于出苗時對根部進行噴施，能夠有效抑制立枯絲核菌菌絲的正常生長，與土壤中的金屬離子產(chǎn)生反應(yīng)，加強藥劑效果。再植病防治液是防治鐮刀菌立枯病和根腐病的菌種，因而對立枯病防治效果較弱。

4 結(jié) 論

重茬連作下不同藥劑的施用對甜菜幼苗的生長指標、生理指標以及光合指標影響不同。藥劑處理不僅能降低甜菜幼苗立枯病的發(fā)病率，而且有助于植株維持ROS、滲透壓動態(tài)平衡以及促進其光合作用。在實際生產(chǎn)過程中，建議重茬地種植甜菜時選用灃潤源菌劑或中國農(nóng)大重茬劑，并配合噴施噁霉靈，從而緩解重茬連作對甜菜幼苗的影響，提高甜菜產(chǎn)量和質(zhì)量。