吳紹軍，孟佳麗，沈 虹，張黎杰，周玲玲，田福發(fā)，余 翔

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學院 宿遷農(nóng)科所，江蘇 宿遷 223800)

化感作用是植物通過釋放化學物質(zhì)到環(huán)境中，進而影響自身或其他植物、動物、微生物的生長發(fā)育?；凶饔迷谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有非常重要的作用，無論是單作，還是連作、輪作、間套作、地表覆蓋、翻壓填閑，都要考慮化感作用對作物的影響[1]。利用植物化感作用可以減輕病蟲害，改善作物生長及周邊環(huán)境。對黃瓜枯萎病[2]、辣椒疫病[3]、甘藍枯萎病菌[4]、甘藍菜青蟲和蚜蟲[5]等有所抑制或緩解。巴茅草葉片和莖稈水浸提液能降低白菜發(fā)芽指數(shù)和植株生物量[6]。不同濃度的谷子浸提液可以抑制雜草的生長、降低光合速率和蒸騰速率[7]。小麥的根系分泌物能促進西瓜種子的萌發(fā)和增加西瓜幼苗的生長量[8]。銀木凋落葉的腐解物能降低黃瓜葉片的光合速率和氣孔導度，降低葉片的氧化酶活性，減緩黃瓜的生長發(fā)育[9]。核桃凋落葉分解物可抑制小麥葉片氧化酶活性、減少葉片可溶性糖、增加MDA含量，最終影響小麥的生長，從而導致產(chǎn)量降低[10]。由此可見，利用植物的化感作用可以充分利用光、水、氣、肥等資源，提高作物根系的吸收能力，改善土壤理化性質(zhì)和土壤微生態(tài)，減緩植株病蟲害，提高作物抗逆性。它已成為有害生物控制、增加作物產(chǎn)量和促進環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展的重要途徑之一。

大蒜為百合科蔥屬植物，由于其營養(yǎng)物質(zhì)豐富而兼有殺菌殺蟲的作用，常用來與一些忌連作的作物間套輪作，抑制作物病蟲害的發(fā)生，改善根際土壤的理化性質(zhì)[11]。利用大蒜化感防治病蟲害改、良土壤等已開展了相關研究。大蒜套作能夠增加番茄植株根際的各種土壤酶活性[12]；促進番茄生物量和產(chǎn)量的增加、改善果實品質(zhì)和土壤菌群數(shù)量，提高根際微環(huán)境生態(tài)質(zhì)量，減少根結線蟲數(shù)量，降低真菌數(shù)量，改善土壤肥力和酸堿度[13]；改善小麥根際菌落平衡，增強根際土壤酶活性[14]。

西瓜忌連作，尤其是枯萎病，可導致西瓜死亡和減產(chǎn)，西瓜連作障礙已成為亟待解決的難題，前人針對這一問題開展了一系列研究，或多或少都存在一定的問題。目前，關于大蒜化感作用對連作西瓜影響的研究較少，大多集中在實驗室，關于大田的研究較少且不系統(tǒng)，因此，本試驗以遷麗2號為試驗材料，利用間套作大蒜的化感作用，研究其對西瓜連作障礙的緩解效果，開展大蒜間套作對西瓜枯萎病發(fā)病率、葉片酶保護系統(tǒng)和土壤生物學特性的影響研究，旨在探尋大蒜化感對西瓜連作障礙防控機理，以期為西瓜生態(tài)優(yōu)質(zhì)可持續(xù)栽培提供理論依據(jù)和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

西瓜供試品種為遷麗2號，由江蘇省農(nóng)業(yè)科學院宿遷農(nóng)科所育成。大蒜品種為邳州白蒜。供試土壤為壤土。2018年11月12日種植大蒜，2019年2月27日西瓜浸種，3月1日播種，4月5日移栽，6月5日西瓜收獲。

1.2 試驗設計

試驗于2018年10月至2019年6月在江蘇省農(nóng)業(yè)科學院宿遷農(nóng)科所大棚內(nèi)進行。試驗設3個處理：處理1(CK)為西瓜+空白對照；處理2(T1)為西瓜+大蒜(大蒜苗期伴生，大蒜抽薹前拔除)；處理3(T2)為西瓜+大蒜(大蒜全生育期伴生，西瓜收獲時收蒜頭)，每個處理3個重復，每個重復40株。試驗大棚長60 m、寬6 m，大棚中間開一條40 cm、寬25 cm深的走道，走道左側按株行距20 cm×10 cm栽植大蒜，走道兩側60 cm處按株行距3.0 m×0.3 m栽植西瓜，其他參考正常管理。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 枯萎病統(tǒng)計 坐瓜后20 d，統(tǒng)計枯萎病的發(fā)病率，以后每隔5 d統(tǒng)計1次，累計統(tǒng)計4次。

1.3.2 葉片生理指標 坐瓜后20 d，取第10片葉(從基部數(shù))，采用氮藍四唑法測定測定葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性，采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶(POD)活性，采用紫外分光光度法測定過氧化氫酶(CAT)的活性，采用硫代巴比妥酸加熱顯色法[15]測定葉片丙二醛(MDA)的含量，參照林植芳等[16]的方法測定葉片過氧化氫含量，采用磺基水楊酸法測定葉片脯氨酸含量，采用苯酚硫酸方法測定葉片可溶性糖含量，采用考馬斯亮蘭方法測定葉片可溶性蛋白含量。

1.3.3 土壤微生物 西瓜定植前和收獲后，采用取土器在土壤10 cm處分別取土樣。采用稀釋平板法測定細菌、真菌、放線菌以及尖孢鐮刀菌的生物量[17]。細菌含量測定采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌含量測定采用馬丁氏培養(yǎng)基，放線菌含量測定采用改良高氏一號培養(yǎng)基，尖孢鐮刀菌含量采用Komda H的選擇性培養(yǎng)基。

1.3.4 土壤酶活性 土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化物酶和多酚氧化酶活性參照關松蔭等[18]的方法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003軟件進行數(shù)據(jù)處理，利用SAS軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析和Duncan’s多重比較。

2 結果與分析

2.1 大蒜化感對連作西瓜枯萎病發(fā)病率的影響

大蒜化感對連作西瓜枯萎病發(fā)病率影響如圖1所示。西瓜坐瓜后，5月25日至6月9日，各處理的枯萎病發(fā)病率逐漸增加，但大蒜伴生處理始終顯著低于對照，且CK>T1>T2。6月9日發(fā)病率達到高峰，T1、T2的發(fā)病率比對照分別顯著減少39.73%、61.00%。5月25日，CK的發(fā)病率為25.81%，T1與T2的發(fā)病率為0。5月30日，CK的發(fā)病率55.38%，T2、T1與對照相比差異顯著。6月4日各處理發(fā)病率繼續(xù)呈增加的趨勢，T1、T2與對照相比分別減少46.00%、66.80%。

圖1 大蒜化感對連作西瓜枯萎病發(fā)病率的影響

2.2 大蒜化感對連作西瓜葉片抗氧化酶的影響

大蒜化感對連作西瓜葉片抗氧化酶的影響如表1所示。大蒜伴生提高了西瓜葉片保護酶的活性。與單作相比，T1處理的超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶的活性分別比對照增加了46.12%、2.73%、13.95%，與對照相比差異顯著。T2處理顯著提高了超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶的活性，與對照相比分別增加了59.85%、18.72%、22.53%，與T1相比分別顯著增加了9.40%、15.57%、7.53%。

表1 大蒜化感對連作西瓜葉片抗氧化酶的影響

2.3 大蒜化感對連作西瓜葉片膜氧化產(chǎn)物的影響

大蒜化感對連作西瓜葉片膜氧化產(chǎn)物的影響如表2所示。大蒜伴生減少了膜氧化產(chǎn)物的含量。在丙二醛方面，T2>T1>CK，T2和T1分別比對照減少了15.47%、11.40%。在過氧化氫方面，T2的含量最低，對照則最高，T2比對照減少13.38%。在超氧陰離子清除能力方面，T2>T1>CK，T2、T1分別比對照提高了21.80%、18.36%。

表2 大蒜伴生對連作西瓜葉片膜氧化產(chǎn)物的影響

2.4 大蒜化感對連作西瓜葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

大蒜化感對連作西瓜葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)影響如表3所示。大蒜伴生減少了西瓜葉片的脯氨酸含量，增加了西瓜葉片的可溶性蛋白、可溶性糖的含量。T2和T1處理顯著降低了葉片的脯氨酸含量，其中T2的降幅最大，降幅達21.74%。T2處理的可溶性蛋白和可溶性糖含量均最大，分別比對照增加3.17%、13.75%，且差異顯著。

表3 大蒜化感對連作西瓜葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

2.5 大蒜化感對連作西瓜根際土壤微生物數(shù)量的影響

大蒜化感對連作西瓜根際土壤微生物影響如表4所示。大蒜伴生顯著增加了西瓜根際細菌和放線菌的數(shù)量，均表現(xiàn)為T2>T1，T2、T1的根際細菌和放線菌的數(shù)量分別比對照增加46.64%、187.18%和14.88%、169.23%。大蒜伴生后西瓜根際的真菌、尖孢鐮刀菌數(shù)量顯著減少，且3各處理之間的差異均達到了顯著水平，其中以T2的降幅最大，分別減少70.00%、67.86%。

表4 大蒜化感對連作西瓜根際土壤微生物數(shù)量的影響

2.6 大蒜化感對連作西瓜根際土壤酶活性的影響

大蒜化感對連作西瓜根際土壤酶活性影響如表5所示。大蒜伴生增加了土壤多酚氧化酶、過氧化物酶、脲酶的活性，降低了土壤蔗糖酶的活性。在多酚氧化酶方面，其酶活性表現(xiàn)為T2>T1>CK，其中T1和T2比對照分別顯著增加8.11%、12.81%。在過氧化物酶方面，伴生增加了其活性，以T2最高，比對照增加29.86%。在脲酶方面，T2與T1均比對照增加，增加幅度分別為17.04%、35.33%。大蒜伴生后降低了土壤蔗糖酶的活性，T1、T2比對照分別降低44.40%、40.72%。

表5 大蒜化感對連作西瓜根際土壤酶活性的影響

3 討論與結論

3.1 大蒜化感對西瓜枯萎病發(fā)病率及土壤微生物的影響

利用植物化感作用可以驅蟲防草抗病、改良土壤理化性質(zhì)，增加作物產(chǎn)量和提高品質(zhì)，伴生植物種類及作物品種決定化感作用的強弱[19]。伴生小麥可減緩西瓜葉片衰老，提高葉片光合作用，進而增加西瓜生長量，提高其抗病性[20]。西芹鮮根浸提液顯著抑制黃瓜枯萎病及分泌鐮刀菌酸的產(chǎn)生[21]。冬小麥和夏玉米秸稈還田增加土壤中有機酸含量，加速小麥病原菌生長，小麥根系生理活性降低，小麥紋枯病的發(fā)生率增加[22]。本試驗研究結果表明:大蒜伴生化感可以顯著減緩西瓜枯萎病發(fā)病率，緩解西瓜連作障礙。這一點與秦立金等[23]的研究結果一致?？赡苁谴笏飧捣置谖锖袣⒕煞只蛘呋罨送寥览砘再|(zhì)，促進了西瓜植株本身的生長，提高了抗病性，減少了枯萎病發(fā)病率[24]。

土壤微生物對礦質(zhì)元素的吸收、有機物的分解具有重要作用，由于其是土壤質(zhì)量和健康狀況的重要指標，故常用來作為衡量土壤生態(tài)變化的重要因子，對植株吸收養(yǎng)分和土壤酶活性有較大關聯(lián)性[25]。張曉曉等[26]發(fā)現(xiàn)，小麥伴生化感改變了真菌的群落組成和結構，降低了真菌的Shannon指數(shù)(P<0.05)和Sobs指數(shù)(P<0.05)，對細菌群落及其多樣性影響不大。大麥、芥菜兩種伴生化感處理辣椒后土壤中放線菌、細菌數(shù)量增加，真菌數(shù)量顯著降低[27]。小麥伴生化感處理番茄土壤真菌數(shù)量顯著減少，有益菌放線菌和細菌數(shù)量顯著增加，改善了土壤菌落和豐度[28]。本試驗研究結果表明:大蒜套作化感顯著增加了西瓜根際土壤細菌、放線菌含量，降低了土壤真菌、尖孢鐮刀菌含量，一定程度改善了連作土壤的質(zhì)量。這一點在陳昱等[29]的研究結果上得到驗證?？赡苁谴笏飧捣置诘母鞣N物質(zhì)，促進物質(zhì)轉化，增加了水分和礦質(zhì)元素的吸收，或者根系分泌的糖類等物質(zhì)，為微生物活動提供了能量，并與之形成了相適應的菌群菌落結構，各種微生物豐度，改善了根際微生物群落，提高了土壤質(zhì)量[30]?？梢姾侠淼姆N植方式可有效改善土壤微環(huán)境。

3.2 大蒜化感對連作西瓜葉片氧化酶、膜氧化產(chǎn)物和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

正常情況下，植物體內(nèi)的酶促保護系統(tǒng)是處于平衡狀態(tài)，當受到外界逆境脅迫時，保護功能在信號調(diào)控下，立即啟動。細胞內(nèi)各種保護酶會協(xié)同作用，清除細胞內(nèi)過多的活性氧，避免細胞膜脂過氧化。具體工作流程是:首先SOD催化超氧陰離子，讓其生成H2O2和O2，之后在POD和CAT的作用下，被轉化為水，徹底地清除活性氧。3種酶共同作用清除細胞內(nèi)活性氧的含量，改變活性氧在細胞內(nèi)的積累，因此抗氧化酶活性在一定程度上反映了抗逆性的強弱[31]。丙二醛是作物細胞逆境下膜脂過氧化的主要產(chǎn)物，MDA含量的積累加劇膜脂過氧化程度，在一定含量范圍內(nèi)，MDA是膜脂傷害程度的重要指標，積累過多會破壞膜結構，引起一系列生理生化紊亂，導致植物死亡。張福建等[27]研究發(fā)現(xiàn):伴生大麥和芥菜化感處理提高辣椒葉片POD和CAT活性，顯著降低辣椒葉片H2O2含量。邱秋金等[32]研究發(fā)現(xiàn)化感小麥根系分泌物顯著提高看麥娘葉片的SOD活性、POD活性、PAL活性，其中MDA含量分別比對照提高了30.0%～78.0%。小麥伴生化感栽培西瓜，增強了葉片SOD和PPO活性，降低了西瓜葉片MDA含量[20]。本試驗研究結果表明:大蒜化感栽培后，西瓜葉片SOD、POD和CAT活性顯著提高，葉片MDA、H2O2含量顯著降低，超氧陰離子清除能力增加。這一點與陳瀟等[33]的結果一致，類似的結果在草莓上[34]也得到驗證，但與肖雪梅[35]的研究結果相反?？赡苁谴笏獾母捣置谖锘罨送寥溃瑴p少了連作土對西瓜的抑制作用，進而提高了酶活性及減少有害物質(zhì)的積累[24]。

植物受到逆境脅迫時，體內(nèi)會產(chǎn)生大量滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，維持細胞滲透平衡，維護細胞正常功能[36]。脯氨酸是植株內(nèi)最重要的一類滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其在植株體內(nèi)含量的多少，代表植物滲透調(diào)節(jié)能力的大小?？扇苄缘鞍卓删徑饽婢硹l件對植物細胞的傷害，其含量的積累可以協(xié)調(diào)細胞與外界滲透壓的平衡，從而緩解鹽離子的傷害[37]?？扇苄蕴鞘怯袡C物質(zhì)合成的能量來源，對細胞膜和原生質(zhì)膠體有重要的作用，可緩解鹽脅迫帶來的傷害。本試驗研究結果表明:大蒜化感栽培后，西瓜葉片脯氨酸含量減少，可溶性糖和可溶性蛋白含量增加。張云起等[38]發(fā)現(xiàn)鹽處理后植株體內(nèi)游離脯氨酸含量增加，與本試驗研究結果相反，可能與品種及逆境脅迫時間有關。可見，在鹽脅迫等逆境條件下，脯氨酸的大量積累對降低植物的滲透脅迫起到積極作用，有助于維持細胞的正常代謝，也可能是逆境脅迫的產(chǎn)物，是植物受到逆境傷害的反應[39]。可能是大蒜化感栽培減少了西瓜受傷害程度，降低葉片脯氨酸的積累。

3.3 大蒜化感對連作西瓜土壤酶影響

土壤酶主要來源于動植物殘體及其分泌物，是一類具有催化功能的生物活性物質(zhì)。其活性與土壤微生物數(shù)量、有機質(zhì)含量及土壤養(yǎng)分含量有一定相關性，是土壤質(zhì)量重要指示劑[40]。大麥化感伴生增強了番茄根際土壤脲酶、蛋白酶和蔗糖酶活性[28]。分蘗洋蔥提高了番茄根際土壤脫氫酶、多酚氧化酶、脲酶的活性[41]。紫背天葵化感伴生栽培，提高了豇豆根際土壤脲酶、蔗糖酶、多酚氧化酶和酸性磷酸酶活性[29]。本試驗結果表明:大蒜化感增加了根際土壤多酚氧化酶、過氧化物酶和脲酶的活性，降低了土壤中蔗糖酶的活性。這一點與韓哲等[42]研究的芹菜對黃瓜上的化感結果一致。究其原因可能是大蒜伴生根系分泌物更加豐富，而根系分泌物可通過為根際土壤微生物提供纖維素、糖類等物質(zhì)來改變根際微生態(tài)環(huán)境，間接提高土壤酶活性[35]。

總的來說，大蒜伴生化感栽培西瓜后，抑制了西瓜枯萎病發(fā)病率；提高了西瓜葉片抗氧化酶活性，增加了西瓜葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量，降低了脯氨酸含量；增加了西瓜根際細菌和放線菌數(shù)量，減少了真菌和尖孢鐮刀菌數(shù)量；增加了西瓜根際多酚氧化酶、過氧化物酶和脲酶活性，降低了蔗糖酶活性，一定程度上緩解了西瓜連作障礙，具體機理還有待進一步研究。