朱國宏，侯樹安，吳小芳，辛 營，許傳強(qiáng)

（設(shè)施園藝省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·環(huán)渤海灣地區(qū)設(shè)施園藝蔬菜優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心·北方園藝設(shè)施設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心·沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 沈陽 110866）

甜瓜（Cucumis meloL.）是葫蘆科、甜瓜屬一年生果實(shí)類園藝作物，因其果實(shí)香甜多汁而備受消費(fèi)者喜愛。近年來，設(shè)施甜瓜栽培生產(chǎn)中由連作等導(dǎo)致的真菌性土傳病害枯萎病時有發(fā)生。盡管嫁接可以有效防治甜瓜枯萎病發(fā)生。但設(shè)施甜瓜嫁接栽培中由砧木選擇不當(dāng)而導(dǎo)致的果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量下降等問題也時有發(fā)生。因此，從提升設(shè)施甜瓜栽培中抗枯萎病能力角度入手，積極探索尋找科學(xué)、合理的新農(nóng)藝措施是控制和緩解枯萎病發(fā)生的有效手段之一，也可為設(shè)施甜瓜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論指導(dǎo)和技術(shù)保障。

伴生栽培是指選擇具有某些特殊作用，且不以產(chǎn)量為目標(biāo)，相間種植在主栽作物旁邊以達(dá)到某些目標(biāo)的一種間作栽培形式[1]。已有研究表明，在花生/蒼術(shù)間作[2]、分蘗洋蔥/番茄伴生[3]、玉米/大豆間作[4]、玉米/辣椒間作[5-6]和小麥/黃瓜伴生[7]等試驗(yàn)中均發(fā)現(xiàn)間作（伴生）栽培條件下可有效控制和緩解土傳病害的發(fā)生。在間作（伴生）栽培條件下，伴生作物可以通過釋放無毒性物質(zhì)，改善土壤微生物環(huán)境和誘導(dǎo)抗性等方面控制和緩解土傳病害的發(fā)生[6，8-9]。植物在病原菌侵染時會發(fā)生一系列的生理生化反應(yīng)而增強(qiáng)對病原菌的抵抗能力，如抗病相關(guān)的次生代謝物質(zhì)（木質(zhì)素、總酚、類黃酮等）含量增加、防御酶（苯丙氨酸解氨酶、β-1，3-葡聚糖酶、幾丁質(zhì)酶等）活性增強(qiáng)、抗病相關(guān)基因表達(dá)量升高等。如：分蘗洋蔥伴生栽培下可通過顯著提高番茄根系中木質(zhì)素、總酚等物質(zhì)含量，也顯著增強(qiáng)了過氧化物酶活性、多酚氧化酶活性和苯丙氨酸解氨酶活性，降低了番茄黃萎病的發(fā)病率[10]。小麥/西瓜伴生栽培時，西瓜根系中抗枯萎病相關(guān)基因表達(dá)增強(qiáng)，木質(zhì)素和總酚含量以及β-1，3-葡聚糖酶活性顯著升高，進(jìn)而提高了西瓜對枯萎病的抗性[11-12]。旱作水稻與西瓜的間作試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，水稻根系分泌物香豆酸能夠顯著增強(qiáng)西瓜根系β-1，3-葡聚糖酶活性，誘導(dǎo)西瓜CIPR3基因的表達(dá)，顯著降低西瓜的枯萎病發(fā)病率[13]?？梢?，適宜的伴生栽培作物能夠誘導(dǎo)番茄、西瓜等作物根系增強(qiáng)防御酶活性、誘導(dǎo)抗病相關(guān)基因表達(dá)，從而抵抗病原菌侵染，增強(qiáng)抗病性。

本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，不同間作植物對薄皮甜瓜植株生長、營養(yǎng)吸收和果實(shí)品質(zhì)影響不同，茴香/薄皮甜瓜間作表現(xiàn)出較強(qiáng)生長勢，根系活力顯著高于薄皮甜瓜單作栽培，且對果實(shí)品質(zhì)無顯著影響[14]。但有關(guān)茴香伴生栽培條件下是否能夠增強(qiáng)薄皮甜瓜抗枯萎病能力尚未見詳細(xì)報(bào)道。鑒于此，筆者以茴香（Foeniculum vulgare）為伴生栽培作物，系統(tǒng)分析在接種尖孢鐮刀菌甜瓜?；停‵usarium oxysporumf. sp.melonis，F(xiàn)OM）條件下薄皮甜瓜根系中丙二醛、木質(zhì)素、總酚和類黃酮含量變化特征，以及薄皮甜瓜根系防御酶（多酚氧化酶、過氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶、β-1，3-葡聚糖酶）活性變化，為構(gòu)建控制和緩解枯萎病發(fā)生的農(nóng)藝措施體系提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試薄皮甜瓜（Cucumis melovar. makuwa）品種為銀泉一號，茴香（Foeniculum vulgare）品種為寧興，均由遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院贈予。用于接種薄皮甜瓜的枯萎病病菌為尖孢鐮刀菌甜瓜專化型（Fusarium oxysporumf.sp.melonis，F(xiàn)OM），由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)植保學(xué)院贈予。

1.2 方法

試驗(yàn)于2020 年4－7 月在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院科研基地進(jìn)行。將育苗和栽培基質(zhì)用高壓滅菌鍋進(jìn)行滅菌。待薄皮甜瓜長到1 葉1 心時定植于栽培桶（30 cm×24 cm×20 cm）中，每桶定植1株。待薄皮甜瓜幼苗長至3 葉1 心時播種茴香，在距離薄皮甜瓜幼苗5 cm 處播種茴香種子，每桶留15 株茴香。以茴香與薄皮甜瓜伴生栽培為處理T，薄皮甜瓜單作為對照（CK），T 處理和CK 各栽培60桶。伴生茴香出苗后20 d，用滅菌刀片劃傷薄皮甜瓜根系，采用無菌注射器注射FOM 液體（孢子濃度1.6×106個·mL-1），每栽培桶接種20 mL。分別于接種前（0 d）和接種后5、10、15 d 取薄皮甜瓜根系，液氮速凍，-80 ℃貯藏，以備測定各項(xiàng)指標(biāo)。完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 枯萎病發(fā)病率調(diào)查 分別在接種FOM 的10 d 和15 d 時，調(diào)查T 處理與CK 植株（各15 株）的枯萎病發(fā)病情況。

1.3.2 根系形態(tài)學(xué)測定 將CK 和T 處理?xiàng)l件下20 d 的薄皮甜瓜根系洗凈，采用植物根系掃描分析儀（Win RHIZO，Canada）計(jì)算薄皮甜瓜根系直徑、根系長度、根系表面積和根系體積。T 處理和CK每次隨機(jī)取1 株，3 次重復(fù)。

1.3.3 抗枯萎病相關(guān)物質(zhì)含量和酶活性測定 采用硫代巴比妥酸法[15]測定丙二醛（MDA）含量。參考Rodrigues 等[16]的方法測定木質(zhì)素和總酚含量。參考Pirie 等[17]的方法測定類黃酮含量。參考Liu等[18]的方法測定多酚氧化酶（PPO）活性。采用愈創(chuàng)木酚法[19]測定過氧化物酶（POD）活性。參考Qin等[20]的方法測定苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性。參考余永廷等[21]的方法測定β-1，3-葡聚酶活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel（2016）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，采用SPSS18.0 進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 茴香伴生栽培對薄皮甜瓜植株枯萎病發(fā)病率的影響

由圖1 可以看出，在接種FOM 后10 d 和15 d，CK 植株枯萎病發(fā)病率分別為11.11%和37.78%；T 處理?xiàng)l件下薄皮甜瓜植株枯萎病發(fā)病率分別為4.44%和13.33%，均顯著低于CK?？梢?，與CK 相比，T 處理可顯著降低薄皮甜瓜植株枯萎病的發(fā)病率。

圖1 茴香伴生栽培對薄皮甜瓜植株枯萎病發(fā)病率的影響

2.2 茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系生長的影響

由表1 可以看出，T 處理薄皮甜瓜根系的平均直徑、最大根系長度、根系表面積和根系體積均顯著高于CK，分別較CK 提高23.91%、30.35%、77.68%和85.92%?？梢?，與CK 相比，茴香伴生栽培促進(jìn)了薄皮甜瓜根系的生長。

表1 茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系生長的影響

2.3 茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系抗FOM相關(guān)物質(zhì)含量的影響

2.3.1 茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系中MDA含量的影響 由圖2 可以看出，隨著接種天數(shù)的增加，T處理與CK 根系中MDA 含量變化趨勢一致，均呈現(xiàn)逐漸增加趨勢。在未接種FOM 時（0 d），CK 根系中MDA 含量略高于T 處理，但無顯著差異。在接種FOM 后5、10、15 d，T 處理根系中MDA 含量均顯著低于CK，分別較CK 降低24.70%、25.60%和24.14%。

圖2 接種FOM 條件下茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系中MDA 含量的影響

2.3.2 茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系中木質(zhì)素含量的影響 由圖3 中可以看出，隨著接種FOM 天數(shù)的增加，CK 根系中木質(zhì)素含量無明顯變化，在同一處理時間T 處理根系中木質(zhì)素含量均高于CK。在未接種（0 d）和接種FOM 后5、10 d，T 處理根系中木質(zhì)素含量分別較CK 提高7.32%、9.03%和5.83%，但二者間均無顯著差異。而在接種FOM 后15 d，T 處理根系中木質(zhì)素含量顯著高于CK，較CK提高了35.30%?？梢?，與CK 相比，T 處理可在接種FOM 后15 d 顯著提高薄皮甜瓜根系中木質(zhì)素含量。

圖3 接種FOM 條件下茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系中木質(zhì)素含量的影響

2.3.3 茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系中總酚含量的影響 由圖4 可知，在未接種（0 d）和接種FOM后5～15 d，T 處理與CK 根系中總酚含量均在15 d到達(dá)最大值。在接種FOM 后10 d 和15 d，T 處理根系中總酚含量均顯著高于CK，分別較CK 提高

圖4 接種FOM 條件下茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系中總酚含量的影響

46.43%和32.95%，在未接種（0 d）、接種FOM 后5 d二者間均無顯著差異?？梢?，與CK 相比，T 處理在接種FOM 后10 d 即可顯著提高薄皮甜瓜根系中總酚含量。

2.3.4 茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系中類黃酮含量的影響 由圖5 可知，隨著接種FOM 天數(shù)的增加，T 處理與CK 根系中類黃酮含量均呈現(xiàn)逐漸增加趨勢。在接種FOM 后5 d，T 處理根系中類黃酮含量顯著高于CK，較CK 高36.20%。在接種FOM后15 d，T 處理與CK 根系中類黃酮含量均顯著升高，且T 處理顯著高于CK，較CK 高38.66%。但在未接種（0 d）和接種FOM 后10 d，T 處理根系中類黃酮含量與CK 無顯著差異。綜合來看，與CK相比，在接種FOM 后15 d，T 處理能夠顯著提高薄皮甜瓜根系中類黃酮含量。

圖5 接種FOM 條件下茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系中類黃酮含量的影響

2.4 茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系抗FOM相關(guān)酶活性的影響

2.4.1 茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系中多酚氧化酶（PPO）活性的影響 由圖6 可以看出，隨接種后時間延長，T 處理和CK 根系中PPO 活性均表現(xiàn)為

圖6 接種FOM 條件下茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系中多酚氧化酶活性的影響

逐漸提升趨勢。在未接種（0 d）和接種FOM 后5、10 d，T 處理根系中PPO 均高于CK，分別較CK 提高8.11%、13.46%和11.48%，但二者間無顯著差異。在接種FOM 后15 d，T 處理根系中PPO 活性迅速提升，達(dá)到最大值，且顯著高于CK，較CK 高25.00%?？梢姡诮臃NFOM 后15 d，與CK 相比，T 處理較CK 能夠顯著促進(jìn)根系中PPO 活性提升。

2.4.2 茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系中過氧化物酶（POD）活性的影響 由圖7 可以看出，隨著接種FOM 天數(shù)的增加，T 處理根系中POD 活性逐漸升高。在未接種（0 d）和接種FOM 后5 d，T 處理根系中POD 活性與CK 無顯著差異。在接種FOM 后10 d，T 處理根系中POD 活性迅速上升，顯著高于CK，較CK 提高85.57%。在接種FOM 后15 d，T處理與CK 根系中POD 活性均達(dá)到最大值，且T處理顯著高于CK，較CK 提高74.83%?？梢?，與CK 相比，T 處理能夠較早提升根系中POD 活性，從而提升薄皮甜瓜根系抗FOM 能力。

圖7 接種FOM 條件下茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系中過氧化物酶活性的影響

2.4.3 茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系中苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性的影響 由圖8 可知，在未接種和接種FOM 處理后各時間段，T 處理根系中PAL活性均高于CK。在未接種和接種FOM 后5 d，T處理與CK 根系中PAL 活性均無顯著差異。在接種FOM 后10～15 d，T 處理和CK 根系中PAL 活性均表現(xiàn)出升高的趨勢，且T 處理根系中PAL 活性顯著高于CK，分別較CK 提高21.61%和22.28%。可見，與CK 相比，在FOM 侵染薄皮甜瓜根系10 d，T處理可顯著提升薄皮甜瓜根系中PAL 活性。

圖8 接種FOM 條件下茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系中苯丙氨酸解氨酶活性的影響

2.4.4 茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系中β-1，3-葡聚糖酶活性的影響 由圖9 可以看出，T 處理與CK根系中β-1，3-葡聚糖酶活性變化趨勢基本一致，且均在接種FOM 后5 d 達(dá)到最大值。在未接種（0 d）和接種FOM 后5 d，T 處理和CK 根系中β-1，3-葡聚糖酶活性均呈升高趨勢，且T 處理顯著高于CK，分別較CK 提高21.38%和18.60%。在接種FOM 后10～15 d，T 處理和CK 根系中β-1，3-葡聚糖酶活性均呈下降趨勢，T 處理根系中β-1，3-葡聚糖酶活性略高于CK，但二者間無顯著差異?？梢?，與CK 相比，在FOM 侵染薄皮甜瓜根系0～5 d，T 處理可顯著提升薄皮甜瓜根系中β-1，3-葡聚糖酶活性。

圖9 接種FOM 條件下茴香伴生栽培對薄皮甜瓜根系中β-1，3-葡聚糖酶活性的影響

3 討論與結(jié)論

適宜的伴生栽培能夠增強(qiáng)主栽植物根系活力，促進(jìn)礦質(zhì)營養(yǎng)吸收和生長等[12，14]。如玉米/小麥間作時，小麥的根體積和根數(shù)量明顯得到提高[22]。筆者研究發(fā)現(xiàn)，在15 株茴香伴生栽培20 d 時薄皮甜瓜根系平均直徑、最大根系長度、根系表面積和根系體積均顯著高于薄皮甜瓜單作栽培，茴香/薄皮甜瓜伴生栽培表現(xiàn)出較好的根系生長狀態(tài)，有利于根系抵抗病原菌侵染。

已有研究表明，伴生栽培可以通過植物間相互作用誘導(dǎo)與抗病相關(guān)物質(zhì)含量、相關(guān)酶活性升高和抗病相關(guān)基因表達(dá)，從而提升植物的抗病能力[6，8-9]。植物根系中丙二醛含量越高，表明植物細(xì)胞膜受損傷程度越大[23]。西瓜根系中木質(zhì)素含量的提高可增強(qiáng)其根系對枯萎病的抗性[24]。此外，次生代謝物質(zhì)（如酚類物質(zhì)、類黃酮等）含量增加可增強(qiáng)植株抗病和抗逆能力[25-27]。筆者研究表明，在接種FOM 后5～15 d，與薄皮甜瓜單作相比，茴香伴生薄皮甜瓜栽培顯著降低了根系中MDA 含量。在接種FOM 后15 d，茴香伴生能夠顯著提升薄皮甜瓜根系中木質(zhì)素含量，從而提高根系抗FOM 能力。在接種FOM 后5～15 d，茴香/薄皮甜瓜伴生栽培根系中總酚含量和類黃酮含量均呈增加趨勢，且最大值均顯著高于薄皮甜瓜單作栽培，分別較薄皮甜瓜單作高32.95%和38.66%。可見，茴香伴生栽培降低了薄皮甜瓜根系侵染FOM 后細(xì)胞膜的損傷程度，且可以通過誘導(dǎo)薄皮甜瓜根系中總酚含量和類黃酮含量增加來提高其抗FOM 能力。

植物體內(nèi)含有的一些防御酶具有抵抗病原菌侵染的能力，如多酚氧化酶（PPO）、過氧化物酶（POD）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）等[28]。多酚氧化酶和苯丙氨酸解氨酶參與酶類物質(zhì)和木質(zhì)素的合成，對植物細(xì)胞壁的加固起重要作用，且多酚氧化酶活性和苯丙氨酸解氨酶活性與抗病性呈正相關(guān)[29-32]。β-1，3-葡聚糖酶活性的提升能夠增強(qiáng)植物對病原菌的抵抗能力[33-34]。筆者研究發(fā)現(xiàn)，茴香/薄皮甜瓜伴生的根系中過氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶和β-l，3-葡聚糖酶活性均高于薄皮甜瓜單作。在接種FOM 后10～15 d，茴香/薄皮甜瓜伴生栽培根系中過氧化物酶和苯丙氨酸解氨酶活性顯著高于薄皮甜瓜單作。在接種FOM 后15 d，茴香/薄皮甜瓜伴生栽培根系中多酚氧化酶活性顯著高于薄皮甜瓜單作。在接種FOM 后5 d，茴香/薄皮甜瓜伴生栽培根系中β-l，3-葡聚糖酶活性顯著高于薄皮甜瓜單作?？梢?，茴香伴生能夠提升薄皮甜瓜根系的防御酶活性。

綜合上述，茴香伴生栽培可以通過降低薄皮甜瓜根系中丙二醛含量，增加總酚含量、木質(zhì)素含量和類黃酮含量，增強(qiáng)多酚氧化酶、過氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶和β-l，3-葡聚糖酶活性來抵抗FOM 侵染，提升其根系的抗病能力。但茴香/薄皮甜瓜伴生栽培作為新的農(nóng)藝措施應(yīng)用于設(shè)施甜瓜抗土傳病害栽培中仍需從根系分泌物、根際土壤微生物多樣性和誘導(dǎo)抗FOM 基因表達(dá)等多方面進(jìn)一步解析其增強(qiáng)抗病性的機(jī)制。