土層置換對馬鈴薯葉片酶活性及晚疫病的影響

2015-11-26 09:14:42張丁蒼真名白雪靜王秋菊劉峰高中超焦峰翟瑞常

湖北農業科學 2015年21期

張丁蒼真名白雪靜王秋菊劉峰高中超焦峰翟瑞常

摘要：研究了土層置換及土壤滅菌措施對馬鈴薯葉片酶活性的影響。結果表明，土層置換或土壤滅菌處理提高了馬鈴薯葉片中保護酶（超氧化物歧化酶、過氧化物酶和過氧化氫酶）的活性，降低了葉片中纖維素酶和蛋白酶的活性，提高了馬鈴薯對晚疫病的抵抗能力。土層置換和土壤滅菌處理可以消除馬鈴薯由于連作障礙而產生的晚疫病的發病率，其中增施磷肥15%且置換土壤（T2）與施殺菌靈且不置換土壤（H）處理在消除馬鈴薯由于連作而產生的晚疫病方面效果最佳。而土壤經過土壤置換并加有機肥處理后（T3處理），馬鈴薯的晚疫病的病情指數在整個馬鈴薯的生長期內都顯著高于其他4個處理，在77 d時分別比CK、T1（置換土壤）、T2和H 4個處理高出17.5%、47.1%、60.8%和66.6%，表明在土壤置換后使用有機肥不利于降低馬鈴薯的晚疫病。

關鍵詞：馬鈴薯（Solarium tuberosum L.）；土層置換；酶活性；晚疫病

中圖分類號：S432.4+4 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）21-5281-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.019

Effects of Soil Replacement of Potato Leaf Enzyme Activity and Late Blight Disease Index

ZHANG Ding1，CANG Zhen-ming1，BAI Xue-jing1，WANG Qiu-ju2，LIU Feng2，

GAO Zhong-chao2，JIAO Feng1，ZHAI Rui-chang1

（1.Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319，Heilongjiang，China；2. Heilongjiang Agricultural Sciences，Harbin 150086，China）

Abstract： The analysis of the effects of soil displacement and soil sterilization measures on enzyme activity in leaves of potato， and provide the technical support of sciencefor the elimination of potato continuous cropping obstacle was reaseached. The results showed that soil replacement or soil sterilization treatment increased the activity of protective enzyme in potato leaves （superoxide dismutase， peroxidase and catalase）， and reduced the activity of cellulase and protease， which improved the resistance of potato to late blight. Soil replacement and soil sterilization treatment eliminates the potato late blight caused by continuous cropping obstacles incidence，and Phasphate 15% and the replacement of soil（T2） and Application of soil fungicide antiseptic spirit and no replacement of soil（H） treatment in eliminating due to continuous cropping potato late blightbest effect. But the soil through？soil replacement and add organic fertilizer after treatment （T3 treatment）， the disease index of potato late blight of potato during the growing period of the whole inner were significantly higher than the other four treatments，and the replacement of soil（T1），T2 and H treatment was 17.5%，47.1%，60.8% and 66.6% higher than the CK in 77 days respectively，which showed that the use of organic manure was not conducive to the reduction of potato late blight in soil after replacement.

Key words： potato（Solarium tuberosum L）； soil displacement； enzyme activity； late blight

馬鈴薯（Solarium tuberosum L.）又名土豆、地豆、地蛋、番薯、洋芋及荷蘭薯，起源于南美秘魯和智利的安第斯山一帶[1]，是茄科（Solanaceae）茄屬（Solarium）一年生的草本植物，被聯合國譽為“未來的糧食”[2]，隨著種植面積的不斷增加，已經躍居成為全球第四大糧食作物，產量僅次于小麥、水稻和玉米[3]，在保證全球糧食安全方面發揮著至關重要的作用。在中國，馬鈴薯的主要種植地區包括東北、華北、西北和西南四大產區。其鮮薯產量和種植面積占全球的25%，居世界第一位[4-7]。近年來，馬鈴薯的種植和加工產業帶來了穩步提升的經濟效益，保障了國家的糧食安全生產，增加了農民的收入[8-11]。馬鈴薯具有適應性廣、產量高、營養物質種類豐富、經濟效益好等特點[12-15]，屬于忌連作的作物，對連作十分敏感。馬鈴薯作為重要的蔬菜和糧食兼用作物，其連作越來越廣泛，長期的連作會造成馬鈴薯種植過程中的連作障礙，導致作物生長發育不良，品質及產量下降，抗病能力降低。同時使得種植地土壤生態平衡遭到破壞，土壤養分失調，有害菌群增加，馬鈴薯長勢減弱，產量和品質持續下降。馬鈴薯的連作障礙問題日益突出，制約著馬鈴薯種植業的健康、持續發展[10，16]。

多年來，關于設施作物連作障礙的現象、發生的機理及緩解措施研究報道較多，對于馬鈴薯連作障礙的研究主要集中在連作障礙的表現和發生機理等方面[17，18-23]，但是對于克服或減少大面積的馬鈴薯連作障礙并沒有提出合理的措施，主要的抗連作措施不適于大面積的馬鈴薯種植且比較費時，花費較大[24，25]。而土層置換技術在降低大面積連作障礙方面已經有突出的效果。

由于葉片中的酶參與馬鈴薯生長過程中各種生物化學反應過程，與土壤供應養分能力密切相關，因此本試驗研究通過分析土層置換改良土壤后對馬鈴薯晚疫病病情指數及葉片中不同酶活性的影響，從而為克服大面積馬鈴薯連作障礙提供科學的技術支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗地位于黑龍江八一農墾大學農學院教學科研基地內，屬松遼盆地中央坳陷區北部、松嫩平原西部，中溫帶大陸性季風氣候區。年平均降雨440 mm。年均蒸發量1 597 mm，年均氣溫3.4 ℃，無霜期130 d，≥10 ℃的積溫2 842 ℃，土壤類型為石灰性黑鈣土。

供試馬鈴薯品種為尤金，株型直立，株高60 cm左右，葉深綠色，薯塊橢圓形，黃皮黃肉，芽眼平淺，兩端豐滿，為感病品種，生育期65～70 d，屬糧菜和淀粉加工兼用型品種。

1.2 試驗設計

小區試驗設5個處理，分別為不置換土壤（CK）、置換土壤（T1）、增施磷肥15%且置換土壤（T2）、增施有機肥且置換土壤（T3）、施殺菌靈且不置換土壤（H）。置換土層是施肥之后將表層0～20 cm土層與20～40 cm土層進行位置互換，總作業深度40 cm。田間試驗采用隨機區組設計，小區內第4年馬鈴薯連作，4次重復。除T2處理外氮磷鉀肥料均采用當地常規用量，分別為N 90 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 45 kg/hm2，T2處理增加P2O5施用量15%，即為P2O5 103.5 kg/hm2。肥料類型為尿素（46%）、磷酸二銨（N18%、P2O546%）和硫酸鉀（50%）。T2處理增施的磷肥為過磷酸鈣（P2O518%），T3處理增施的有機肥為市售有機肥料（玉林豐田生態有機肥廠生產，總有機質≥34%），施用量為120 kg/hm2。所有肥料做基肥一次施入，施肥深度15 cm。

試驗地6月5日播種，每小區5行、行長5 m，株距0.25 m、行距0.66 m，小區面積16.50 m2，每行20株、共計100株，田間管理同大田。分別于馬鈴薯播種后35、49、63、77、91 d，即7月10日、7月24日、8月7日、8月21日取植株和土壤樣品，9月6日收獲馬鈴薯。

1.3 馬鈴薯葉片中酶活性的測定

水解酶類：蛋白酶測定采用茚三酮比色法；纖維素酶和果聚糖蔗糖酶測定均采用3，5—二硝基水楊酸法。

氧化酶類：過氧化氫酶的測定采用高錳酸鉀滴定法；過氧化物酶測定用1%鄰苯三酚溶液比色法；超氧化物歧化酶（SOD）測定用氮藍四唑（NBT）光還原法。

2 結果與分析

2.1 土層置換對馬鈴薯葉片中超氧化物歧化酶的影響

圖1為不同處理下，馬鈴薯葉片中超氧化物歧化酶隨著生長期延長的變化情況。在播種后39 d時，各處理間酶活性差異不顯著。隨著生長期的延長，與CK相比，T1、T2和T3處理的超氧化物歧化酶活性有了進一步的提高。在種植63 d時，T1、T2和T3處理的超氧化物歧化酶活性分別比CK處理高11.8%、13.3%和11.8%。表明在馬鈴薯生長的早期階段，土層置換技術可以提高馬鈴薯葉片中的超氧化物歧化酶的活性。在馬鈴薯生長期的后期，與CK相比，各處理的超氧化物歧化酶活性有所下降，但是T2和T3處理的超氧化物歧化酶活性在馬鈴薯整個生長期能夠維持在較為穩定的水平之內。

2.2 土層置換對馬鈴薯葉片中過氧化氫酶活性的影響

不同處理對馬鈴薯葉片中過氧化氫酶活性的影響見圖2。由圖2可知，隨著生長期的延長，不同處理間過氧化氫酶活性在整個生長時期內的變化規律不明顯。但是整體趨勢與超氧化物歧化酶活性的變化類似，T1和T2處理的酶活性水平較其他幾個處理穩定。在馬鈴薯的種植初期，除了在49 d時，T3處理的過氧化氫酶活性顯著低于CK處理外，T1、T2和H處理的過氧化氫酶活性與CK處理相當。尤其是在馬鈴薯種植63 d時，T1、T2和T3處理的過氧化氫酶活性提高最為明顯，分別比CK處理提高了36.7%、56.0%和36.4%。

2.3 土層置換對馬鈴薯葉片中過氧化物酶活性的影響

圖3為不同處理下馬鈴薯葉片中過氧化物酶活性隨著生長期延長的變化情況。在馬鈴薯播種后39 d時，CK處理的過氧化物酶活性最高。隨著馬鈴薯生長期的延長，T1、T2、T3和H處理的過氧化物酶活性均出現了不同程度的增長。在播種后49 d時，T1、T2和T3處理的過氧化物酶活性與CK處理相當，且H處理高于CK處理。在播種后63 d時，T1、T2和T3處理的過氧化物酶活性均高于CK處理。在馬鈴薯生長的最后階段，T3處理的過氧化物酶活性最高。試驗結果表明，土層置換并施用部分有機肥之后對改善馬鈴薯葉片中的過氧化物酶活性效果最好。

2.4 土層置換對馬鈴薯葉片中蛋白酶活性的影響

不同處理馬鈴薯葉片中蛋白酶活性的變化如圖4所示。由圖4可知，各個處理在整個生長期內蛋白酶活性的變化較大。但在馬鈴薯播種后77 d時，T1、T2、T3和H處理的蛋白酶活性與CK相比均有所下降，分別下降了0.4%、20.0%、10.6%和9.4%。表明T2、T3和H處理對馬鈴薯生長后期葉片中蛋白酶活性影響更顯著，其影響由大到小依次為T2、T3、H。

2.5 土層置換對馬鈴薯葉片中纖維素酶活性的影響

不同處理下馬鈴薯葉片中纖維素酶活性的變化如圖5所示。由圖5可知，T1、T2、T3和H處理馬鈴薯葉片中的纖維素酶活性均不同程度的降低。在馬鈴薯播種后63 d，T2、T3和H處理馬鈴薯葉片中纖維素酶活性分別比CK處理降低了38.5%、15.2%和35.5%。在播種后77 d，T1、T2、T3和H處理的馬鈴薯葉片中纖維素酶活性分別下降了38.5%、15.9%、4.1%和16.1%。試驗結果表明，土層置換和土壤滅菌等處理技術可以在一定程度上降低馬鈴薯葉片中纖維素酶的活性。

2.6 土層置換對馬鈴薯葉片中果聚糖蔗糖酶活性的影響

不同處理下馬鈴薯葉片中果聚糖蔗糖酶活性的變化如圖6所示。由圖6可知，在馬鈴薯播種后的初期39 d和49 d，除T1處理在播種后39 d果聚糖蔗糖酶活性明顯低于CK處理外，T2、T3和H處理的果聚糖蔗糖酶均等于或略大于CK處理。而在馬鈴薯生長的后期，除了T2在播種后63 d馬鈴薯葉片中的果聚糖蔗糖酶活性高于CK處理外，其他處理均低于CK處理。播種后77 d，T1、T2、T3和H處理馬鈴薯葉片中果聚糖蔗糖酶活性比CK處理分別下降了36.8%、13.6%、12.9%和25.1%。結果表明，土層置換和滅菌技術最終降低了馬鈴薯葉片中果聚糖蔗糖酶的活性。

2.7 土層置換對馬鈴薯晚疫病的影響

不同處理下對馬鈴薯晚疫病的影響如圖7所示。由圖7可知，與CK相比，T1、T2和H處理馬鈴薯晚疫病的病情指數均下降，其中播種后77 d，T1、T2和H處理的晚疫病病情指數分別下降了25.2%、36.8%和41.8%，表明土層置換和土壤滅菌處理可以減輕馬鈴薯晚疫病的發生，其中以T2和H處理效果最佳。而T3處理馬鈴薯晚疫病的病情指數在整個馬鈴薯生長期都顯著高于其他4個處理，播種后77 d分別比CK、T1、T2和H處理高17.5%、47.1%、60.8%和66.6%，表明在土壤置換后不宜施用有機肥。

3 結論與討論

本試驗結果表明，土層置換或土壤滅菌處理后，馬鈴薯葉片中的相關保護酶（超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和過氧化物酶）活性出現了不同程度的提高，并且纖維素酶和蛋白酶活性出現了下降。超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶是植物體內重要的防御性酶，參與體內活性氧的清除及酚類、木質素和植保素等與抗病相關物質的合成，能抵御體內活性氧及氧自由基對細胞膜系統的傷害，延長葉片的功能期，增強植物對病害的抵抗能力[26]。植物細胞壁的主要構架物質是纖維素和果膠質等，可分別被纖維素酶和果膠酶分解，導致抗性降低[27，28]。本試驗結果還表明，土層置換或土壤滅菌可以提高馬鈴薯對晚疫病的抵抗能力，T2和H處理的效果最佳。T3處理馬鈴薯晚疫病的病情指數在整個馬鈴薯生長期都顯著高于其他4個處理，在播種后77 d分別比CK、T1、T2和H處理高17.5%、47.1%、60.8%和66.6%，表明在土壤置換后施用有機肥不利于降低馬鈴薯晚疫病。

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