番茄連作與輪作土壤生物學特性及細菌群落結構的比較

楊尚東，李榮坦，吳俊，郭伊娟，龍明華.廣西大學農學院園藝系，廣西 南寧 530004；2.廣西農業科學院//廣西甘蔗遺傳改良重點開放實驗室，廣西 南寧 530007

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番茄連作與輪作土壤生物學特性及細菌群落結構的比較

楊尚東1,2，李榮坦1，吳俊1，郭伊娟1，龍明華1
1.廣西大學農學院園藝系，廣西 南寧 530004；2.廣西農業科學院//廣西甘蔗遺傳改良重點開放實驗室，廣西 南寧 530007

摘要：隨著全國番茄（Lycopersicon esculentum）的規模化生產以及形成相對固定的生產區域，番茄連作障礙現象逐年嚴重。文章針對番茄連作、輪作土壤的生物學特性及細菌群落結構展開了分析，旨在揭示連作與輪作土壤中生物學特性及細菌群落結構的變化規律，為保障番茄產業的可持續發展提供技術支撐。試驗分別設置番茄-番茄、番茄-茄子（Solanium melongena）、番茄-辣椒（Capsicum annuum）連作和番茄-黃瓜（Cucumis sativus L.）、番茄-白菜（Brassica campestris L.）、番茄-菜豆（Phaseolus vulgaris）輪作共6個處理。采用聚合酶鏈式反應-變性梯度凝膠電泳（PCR-DGGE）以及稀釋平板法等現代和傳統分析技術，比較分析了連作和輪作不同蔬菜作物對土壤生物學性狀和細菌群落結構的影響。結果表明：番茄連作導致土壤可培養細菌、放線菌數量顯著降低，真菌數量顯著增加，微生物群落由細菌型向真菌型轉變；同時連作還導致土壤中指示土壤肥力的微生物生物量碳、氮和涉及碳、氮、磷循環相關酶活性顯著降低；此外，番茄連作導致土壤細菌多樣性指數（H）、均勻度指數（EH）和豐富度指數（S）下降，番茄連作土壤中主要以不可培養細菌（Uncultured bacterium）為優勢種屬。相比之下，番茄輪作不僅能顯著增加微生物數量，提高土壤微生物生物量碳、氮和酶活性，而且輪作土壤中除了維持較高的細菌多樣性之外，還出現假單胞桿菌屬（Pseudomonas sp.）等促生細菌種屬。表明番茄輪作有利于提高土壤肥力和保持土壤健康。其中，番茄輪作黃瓜、白菜和菜豆3種不同科屬蔬菜作物中，以輪作菜豆更有利于提高土壤肥力和保持土壤健康。

關鍵詞：番茄；連作；細菌群落結構；生物學性狀；PCR-DGGE

YANG Shangdong,LI Rongtan,WU Jun,GUO YiJuan,LONG Minghua.Comparison of Soil Microbial Properties and Bacterial Community Structure in Continuous Cropping and Rotation Fields of Tomatoes [J].Ecology and Environmental Sciences,2016,25(1):76-83.

番茄（Lycopersicon esculentum）是廣西主要茄果類蔬菜之一。近年來，隨著廣西番茄生產逐步向規模化、效益化方向發展，特別是無公害蔬菜基地項目的實施，使廣西番茄產業規模逐年擴大，目前年播種面積已達5.07×104hm2，而且300 hm2以上連片的番茄產區已屢見不鮮。然而隨著番茄規模化和集約化生產的逐年加大，病蟲害的發生也越來越嚴重。近年來，連作障礙、青枯病和晚疫病等病害所造成的損失正逐年增加，嚴重阻礙來了廣西番茄產業的可持續發展（李文嘉等，2011；王益奎等，2011）。

其中，連作障礙發生的原因一方面與土壤傳染性病害、土壤理化性狀劣變以及由根系分泌物和殘茬分解物等引起的自毒作用等有關，而這些因子均不同程度地與土壤中的微生物有關（雷娟利等，2005）。另一方面，土壤微生物群落結構和組成的多樣性與均勻性不僅可提高土壤生態系統的穩定性與和諧性，同時也可提高對土壤微生態環境惡化的緩沖能力（吳鳳芝等，2007）。土壤微生物群落結構組成及其變化在一定程度上反映了土壤的質量及其健全性（吳鳳芝等，2010），同時也是克服連作障礙及其他土壤障礙因子的關鍵所在（吳鳳芝等，2008）。土壤中存在著大量的微生物，其中以細菌的種類和數量最多（賈志紅等，2010）。近年來有關微生物培養、不同栽培方式及自毒物質對作物土壤微生物多樣性影響的研究報道較多（王光華等，2008；胡元森等，2007），但有關不同栽培方式即蔬菜輪作對番茄連作土壤生物學特性及土壤微生物群落結構影響的系統研究還鮮有報道。

如今，隨著廣西番茄的規模化生產以及已形成相對固定的生產區域，番茄連作障礙現象已逐年嚴重。目前廣西番茄的主要產區之一田陽縣，其農資市場就充斥著各種防治連作障礙的農藥廣告。經筆者的調查發現，這些農藥均以化學農藥為主。考慮到長期大量使用單一的化學農藥將不可避免地導致病原菌抗藥性的增強以及農藥殘留等引發二次污染問題，本文針對目前廣西番茄生產實踐中存在的實際問題，擬利用生物技術克服番茄的連作障礙，保障廣西番茄產業的可持續發展。但至今仍對番茄連作土壤的生態系統及肥力變化缺乏系統地了解。

為此，本文利用基于培養及非培養的傳統和現代分析技術，分別對番茄連作、輪作土壤的生物學特性及細菌群落結構展開了分析，旨在揭示連作與輪作土壤中生物學特性及細菌群落結構的變化規律，為解決廣西乃至于全國番茄產業生產過程中出現的連作障礙問題以及構建番茄可持續發展的技術體系提供理論依據和技術支撐。

1　材料與方法

1.1供試材料與試驗處理

于2010年3月至2012年6月在廣西大學農學院蔬菜生產基地采用露地栽培方式進行試驗。小區面積約為2 m×24 m，3次重復，常規管理方式種植。番茄采用育苗后移栽的方式進行。試驗土壤為赤紅土，土壤pH 6.78，有機質含量20.03 g·kg-1，全氮2.14 g·kg-1，全鉀23.42 g·kg-1，速效氮182.19 mg·kg-1，全磷1.21 g·kg-1，速效磷60.34 mg·kg-1，速效鉀248.25 mg·kg-1。試驗共6個處理，如表1所示，隨機區組排列，每個處理為1個小區。1年2茬，每個處理3次重復。

表1　番茄連作與輪作處理Table 1　Rotation and Continuous Cropping Treatments of Tomatoes

1.2土壤采集和測定

2012年6月時采集土壤樣品，每個處理小區多點隨機采集0～30 cm耕作層土壤，以小區為單位將土樣混勻后一部分過2 mm篩后置于4 ℃冰箱保存，用于土壤生物學性狀及細菌群落結構的分析；另一部分室內自然風干后過0.5 mm篩用于土壤理化性狀的分析。

土壤可培養微生物數量的測定采用稀釋平板法（林先貴，2010）進行。其中，細菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基，放線菌采用高氏一號瓊脂培養基，真菌培養用馬丁氏瓊脂培養基，每個操作5次重復。

微生物生物量碳、氮采用氯仿熏蒸提取法（Joergensen et al.，1990；Vance et al.，1987）測定。

β-葡糖苷酶（β-Glucosidase）活性采用Hayano法（1973）測定。

蛋白酶（protease）活性采用Ladd法（1972）測定。

磷酸酶（phosphatase）活性采用Tabatabai et al.（1969）的方法測定。

土壤細菌群落結構：土壤基因組總DNA的提取參照Krsek et al.（1999）的方法稍加改良。即：稱取5 g土壤，采用提取液和回收試劑盒（Biospin gel extraction kit，Bioflux，產品號：bsc02m1）進行基因組總DNA的提取和純化，粗提和純化結果采用1.0%（V/V）瓊脂糖凝膠電泳檢測；純化后樣品于-20 ℃冰箱保存備用；

土壤細菌16S rDNA V3可變區的PCR擴增：采用對大多數細菌的16S rRNA基因V3區具有特異性的引物對F338GC和R518（劉瑋等，2010；Erik et al.，1999），上游引物序列為F338GC5'-(CGCCCGCCGCGCGCGGCGGGCGGG GCGGGGGCACGGGGGGACTCCTACGGGAGGC AGCAG-3')；下游引物為R518(5'-ATTACCGCGGCTGCTGG-3')，PCR產物用1.5% （V/V）瓊脂糖凝膠電泳檢測。

變性梯度凝膠電泳（DGGE）分析：采用Bio-Rad公司DCodeTM基因突變檢測系統（DCode Universal Mutation Detection System，BIO-RAD）對PCR反應產物分離。樣品在變性劑濃度30%～60%的8%聚丙烯酰胺凝膠中，100 V的恒定電壓下，60 ℃電泳7 h。電泳完畢后，凝膠銀染20～30 min后用GelDoc凝膠成像分析系統（北京賽百奧科技有限公司）觀察并拍照。

細菌16S rDNA片段的克隆和測序：切下目的條帶，用聚丙烯酰胺凝膠DNA回收試劑盒進行膠回收，以不含GC片段的引物對F338 （5′-CCTACGGGAGGCAGCAG-3′）和R518再次進行PCR擴增。擴增產物在1.5%瓊脂糖凝膠中檢測，由上海生物生工有限公司進行克隆和測序。

DGGE圖譜：采用Quantity one（V4.6.9）分析軟件（Bio-Rad）對各土壤樣品的電泳條帶數及密度進行定量分析。多樣性指數（H）、豐度（S）和均勻度（EH）的計算方法參照羅海峰等（2003）的方法進行。

測序所得結果用NCBI的Blast程序（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/）進行序列同源性分析，采用Sequence match程序（http://rdp.cme.msu.edu/Ribosomal Database Project Ⅱ-Release9 website）進行細菌分析。

1.3統計分析方法

本試驗數據采用Excel 2010和SPSS 19.0統計軟件對試驗數據進行統計分析，多重比較采用鄧肯氏新復極差檢驗法（Duncan’s Multiple Ranger Test，DMRT）。

2　結果與分析

2.1可培養微生物的數量

土壤微生物三大類群（細菌、真菌和放線菌）是構成土壤微生物的主要生物量，它們的類群組成和數量變化通常能反映土壤的生物活性水平，顯示土壤中物質代謝的旺盛程度，亦是反映土壤肥力的一個重要指標（朱海平等，2003）。

由表2可知，可培養細菌數量在長期番茄連作土壤中最少，而在輪作豆科菜豆的土壤中最多，數量表現依次為處理6＞處理5＞處理4＞處理2＞處理3＞處理1土壤。可培養細菌數量在輪作和連作土壤中的差異均達極顯著水平。同時，可培養放線菌數量在番茄輪作和連作土壤中呈現出與可培養細菌類似的變化趨勢。然而，可培養真菌數量卻呈現出與土壤可培養細菌相反的變化趨勢，即：處理1＞處理2＞處理3＞處理5＞處理4＞處理6土壤，而且可培養真菌數量在番茄連作和輪作土壤中的差異均達顯著差異水平。此外，輪作不同蔬菜作物處理間，可培養細菌和放線菌數量均以輪作菜豆為最大，可培養真菌數量則以輪作菜豆為最小。以上結果表明：番茄連作不僅導致土壤中可培養細菌和放線菌數量顯著降低，而且可導致土壤中可培養真菌數量顯著增加。同時，黃瓜、白菜和菜豆3種輪作蔬菜作物中，以輪作菜豆對土壤可培養微生物數量的影響效果最為顯著。

表2　番茄連作對土壤可培養微生物數量的影響Table 2　Effect of continuous cropping on soil microbial numbers in tomato field

2.2番茄連作對土壤微生物生物量碳、氮的影響

土壤微生物生物量碳和氮（Microbial Biomass C and N，分別縮寫為MBC和MBN，下同）是植物礦質養分的源和匯，微生物生物量越大，土壤保肥作用越強，并使土壤養分趨于積累（Carter et al.，1984）。由表3可知，MBC和MBN在不同耕作處理土壤中的變化趨勢均表現出輪作大于連作土壤。其中，MBC大小表現為處理6＞處理5＞處理4＞處理2＞處理3＞處理1；而MBN表現為處理6＞處理5＞處理4＞處理1＞處理3＞處理2。兩者間的差異僅表現在連作處理間的大小順序。雖然MBC和MBN在輪作不同蔬菜作物處理間不一定存在顯著性差異，但在輪作和連作處理間幾乎都存在著顯著性差異，僅MBC在輪作處理4與連作處理2之間不存在顯著性差異。無論是MBC或MBN，輪作不同蔬菜作物處理間均表現為以輪作豆科的菜豆為最大。

表3　番茄連作對土壤微生物生物量碳和氮的影響Table 3　Effect of continuous cropping on soil biomass C and N in tomato fields

總之，微生物生物量碳、氮在番茄連作土壤中均顯著低于輪作土壤，而且在輪作葫蘆科（黃瓜）、十字花科（白菜）和豆科（菜豆）蔬菜作物中，以輪作豆科菜豆的提升效果最為顯著。

2.3番茄連作對土壤涉及碳、氮、磷循環相關酶活性的影響

β-葡糖苷酶是表征土壤碳素循環速度的重要指標之一。番茄連作土壤中β-葡糖苷酶活性均極顯著低于輪作土壤，各耕作處理方式土壤中β-葡糖苷酶活性大小順序依次為處理6＞處理5＞處理4＞處理1＞處理3＞處理2（圖1）。這一現象表明：與輪作土壤相比，番茄連作土壤中涉及碳素循環的轉化速度減緩，其原因可能與連作土壤的微生物數量下降有關（表1）。

圖1　番茄輪作和連作土壤酶活性變化比較Fig.1　Comparison in soil enzyme activities between the rotation and continuous cropping fields

土壤磷酸酶是一類催化土壤有機磷化合物礦化的酶，其活性高低直接影響著土壤的有機磷分解轉化及其生物有效性。土壤磷酸酶包括酸性磷酸酶、中性磷酸酶和堿性磷酸酶（和文祥等，2003）。本試驗供試土壤pH在7.0以下，所以僅測定其中的酸性磷酸酶。從圖1可以看出，除輪作黃瓜處理外，番茄連作土壤中的磷酸酶活性均極顯著低于輪作土壤。其中，輪作土壤中以輪作菜豆的土壤中磷酸酶活性為最高，其次分別為白菜和黃瓜。這一現象表明：番茄連作可導致土壤中有機磷的礦化以及生物有效性降低。

蛋白酶參與土壤中蛋白質以及其他含氮有機化合物的轉化反應，其水解產物是植物吸收氮的來源之一（關松蔭，1986）。蛋白酶活性受植物根系分泌物、微生物種類和群落結構以及土壤特性等因素的影響（楊萬勤等，2002）。同樣地，番茄連作土壤中蛋白酶活性均低于輪作土壤。同時，蛋白酶活性以輪作菜豆土壤為最高，其次分別為輪作白菜和黃瓜土壤，而且除輪作黃瓜處理外，番茄連作和輪作土壤之間的蛋白酶活性呈極顯著差異（圖1）。上述涉及土壤碳、氮、磷循環相關酶活性的結果表明：輪作制度不僅有利于提高土壤酶的活性，而且3種輪作蔬菜作物中，同樣以輪作菜豆處理對提高土壤酶活性的效果最佳。

2.4番茄連作對土壤細菌群落結構的影響

2.4.1基因組DNA提取和PCR擴增

分別對番茄連作和輪作的土壤樣品提取微生物總DNA，并取4 μL DNA樣用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測。從圖2可以看出，試驗提取的總DNA亮度較好，而且無明顯拖帶現象。此外，在核酸蛋白測定儀上測定OD260和OD280的值，OD260/OD280值介于1.8和2.0之間，說明所得到的總DNA質量符合實驗要求（徐曉宇等，2005）。

圖2　番茄連作和輪作土壤總DNA的瓊脂糖電泳圖譜Fig.2　Agarose gel electrophoresis of total DNA extracted from the soils collected from the rotation and continuous cropping tomatoes fields

以提取的土壤微生物總DNA為模板，F338-GC 和R518為擴增引物，對16S rDNA V3可變區進行PCR擴增。如圖3所示，16S rDNA擴增后的DNA片段長度為250 bp左右，特異性好、無雜帶，與理論值相符。說明該PCR程序適用于16S rDNA的擴增，并且能夠得到較好的產物。

圖3　番茄連作和輪作土壤細菌16SrDNA基因V3區擴增片段圖譜Fig.3　PCR amplified fragment 16S rDNA (V3) gene of the soil bacteria collected from the rotation and continuous cropping tomatoes fields

2.4.2土壤細菌群落DGGE圖譜分析

應用DGGE技術分離16S rDNA V3片段PCR產物，可分離到數目不等、位置各異的電泳條帶（圖4）。根據DGGE的分析原理，每一個條帶大致與群落中的一個優勢菌群或操作分類單元（Operational taxonomic unit，OTU）相對應，條帶數越多，說明生物多樣性越豐富；條帶染色后的熒光強度越亮，表示該種屬的數量越多。由此反映土壤中的微生物種類和數量（Krsek et al.，1999）。比較不同耕作制度條件下土壤細菌16S rDNA V3區片段PCR產物的DGGE圖譜（圖4a）及其示意圖（圖4b）發現：各不同處理條件下土壤細菌DGGE圖譜的條帶數量為：處理6（S為13）＞處理4（S 為10）＞處理5（S為8）＞處理3（S為7）＞處理1（S為6）＞處理2（S為5）。這一結果表明：同科作物（番茄、茄子和辣椒）連作導致土壤細菌豐富度下降，而輪作不同科屬作物（葫蘆科、十字花科和豆科）可提高土壤中細菌的豐富度。其中，輪作3種不同蔬菜作物土壤中細菌豐富度以輪作菜豆為最高，其次分別為輪作黃瓜和白菜土壤。

此外，根據細菌16S rDNA的PCR-DGGE圖譜中條帶的位置和亮度的數值化結果計算了細菌的多樣性（Shannon-Wiener）指數，Shannon-Wiener指數值越大，表明細菌群落多樣性越高（吳展才等，2005）。由表4可知：不同耕作制度條件下土壤細菌多樣性指數的大小順序為：處理6（2.40）＞處理4（2.02）＞處理5（1.70）＞處理3（1.64）＞處理2 （1.36）＞處理1（1.22）。這些結果說明：同科作物連作土壤細菌多樣性遜于輪作土壤的同時，3種輪作蔬菜作物中，亦以輪作菜豆土壤的細菌多樣性指數為最高。

均勻度表示物種在環境中的分布狀況，各物種數目越接近，數值越高（陳法霖等，2011）。由表4可知：番茄連作和輪作土壤中細菌均勻度指數以輪作高于連作，而且3種蔬菜作物輪作土壤中仍以輪作菜豆的為最高。

表4　番茄不同連作與輪作土樣16SrDNA 細菌群落多樣性比較Table 4　Comparison soil bacterial community structure between the rotation and continuous cropping tomatoes fields

2.4.3細菌16S rDNA片段的序列分析

在DGGE分離后的條帶中，隨機選取其中10條熒光強度較亮的主條帶進行切膠回收、重新PCR擴增和測序，其中有8條獲得測序結果（圖4a）。將這8個序列提交NCBIGenbank數據庫中用Blast進行檢索和同源性比較，結果如表5所示。其中，條帶A是連作土壤中的特征條帶，條帶B、D、E、F和G是番茄連作和輪作土壤中的共有條帶，而條帶C和H是輪作土壤的特征條帶。一般認為16 SrDNA序列同源性小于98%，可以認為屬于不同種的細菌，如果同源性小于93%～95%，則可以認為屬于不同的屬（趙興青等，2006）。另外，分離土壤樣品所獲條帶序列長度僅介于199～206 bp之間。由于堿基數太少，一般只能鑒定到屬而尚未能鑒定到種（劉新春等，2005）。

圖4　番茄連坐與輪作土壤細菌DGGE圖譜及示意圖Fig.4　DGGE profile (a) and sketch map (b) of the soil bacteria collected from the rotation and continuous cropping tomatoes fields

從表5可知，除條帶C和條帶E所代表的菌株與數據庫中的假單胞桿菌屬（Pseudomonas sp.）和埃希氏桿菌屬（Escherichia sp.）同源性超過99%，可以認為是同一種，屬于假單胞桿菌屬（Pseudomonas sp.）和埃希氏桿菌屬（Escherichia sp.）外，其余6個條帶所屬菌株與數據庫中目前未獲得純培養的不可培養菌株之間存在著97%～99%的相似性。上述結果表明：番茄連作導致土壤細菌的優勢種群發生變化；番茄連作土壤中主要以不可培養細菌（Uncultured bacterium）為優勢種屬，而輪作土壤中除了存在不可培養細菌屬之外，還出現假單胞桿菌屬（Pseudomonas sp.）等促生細菌種屬。

表5　DGGE優勢條帶的基因片段序列的比對結果Table 5　Comparison of genomic sequences in dominant DGGE bands by sequencing and BLAST analysis

3　討論

土壤微生物是土壤生態系統變化的敏感指標之一，其活性和群落結構變化能敏感地反映出土壤生態系統的質量和健康狀況（鐘文輝等，2004）。如今，土壤微生物指標已被公認為土壤生態系統變化的預警及敏感指標（任天志等，2000）。其中，土壤細菌占土壤微生物總數的70%～90%，是土壤中最活躍的因素（曹志平，2007)。因此分析番茄連作土壤的生物學指標和細菌群落結構變化或許有助于發現和找到克服番茄連作障礙的方法。

土壤微生物數量受土壤養分含量、作物類型以及感病與否等理化及生態因素影響，其中與作物感病與否的關系尤為密切（楊尚東等，2013）。本文分析結果顯示：與輪作土壤相比，番茄連作導致土壤可培養細菌、放線菌數量顯著降低，真菌數量顯著增加。這與許多前人的研究結果（Li et al，2012；周寶利等，2010；杜茜等，2012）相一致。同時這一現象亦表明：番茄連作土壤中微生物群落結構發生顯著變化，使土壤由細菌型土壤向真菌型轉變，土壤生態系統失調可能是番茄連作土壤容易發生連作障礙的主要原因。

土壤酶主要來源于土壤微生物和根系分泌物。土壤中有機質的分解轉化，主要依賴于微生物所產生的酶具有的催化活性來推動。連作對土壤酶活性的影響根據不同作物和連作年限而得到的結論不一致。例如：賀麗娜等（2008）發現黃瓜連作土壤堿性磷酸酶活性呈現升高或下降的趨勢，而劉建國等（2009）發現隨著棉花連作年限增加，土壤中性磷酸酶活性呈先下降后升高的趨勢。但本文的分析結果顯示，無論是涉及碳素循環的β-葡糖苷酶還是涉及土壤磷循環的磷酸酶亦或是涉及氮循環的蛋白酶活性，其在輪作土壤中的活性均呈現高于連作土壤的趨勢。本文的分析結果雖然與劉建國等（2009）在棉花上的分析結果不一致，但與黃瓜的分析結果相類似，其原因可能是不同作物基于不同生長期而對土壤環境變化的響應不同所致。另外，這一現象亦說明番茄連作土壤中涉及碳、氮、磷循環的生物活動作用強度不僅低于輪作土壤，而且也預示著番茄連作土壤中的有機質轉化以及速效養分的形成遜于輪作土壤，并可能導致作物生長過程中可利用的養分不足，使作物長勢弱、抗性變差，出現連作障礙。

土壤微生物生物量是衡量土壤質量、維持土壤肥力和作物生產力的一個重要指標（Powlson et al.，1987）。番茄連作和輪作土壤中微生物生物量碳、氮指標均以輪作土壤高于連作土壤，原因是番茄輪作后，土壤微生物區系結構發生變化，微生物數量增加、酶活性提高，加速了土壤中有機質的分解，為微生物生長提供了更為充足的營養成分。同時，肖新等（2015）人亦發現輪作方式可顯著提高滁菊連作土壤中的微生物生物量碳、氮，這一結果與本文的分析結果相一致。由此可以推斷：番茄連作導致土壤肥力下降，而輪作則有助于提高土壤肥力，而且3種輪作蔬菜作物中，以輪作菜豆最有利于提高土壤肥力。

土壤微生物是表征土壤環境質量的主要指標之一（曹志平，2007)。本文對番茄連作和輪作土壤細菌群落結構的分析結果顯示，土壤細菌多樣性指數（H）、豐富度（S）以及均勻度指數（EH）均以輪作土壤高于連作土壤。這一結果與吳鳳芝等（2007）的研究結果相一致。此外，測序結果還表明：番茄連作土壤中主要以不可培養細菌（Uncultured bacterium）為優勢種屬，而輪作土壤中除了存在不可培養細菌屬之外，還出現假單胞桿菌屬（Pseudomonas sp.）等促生細菌種屬。本文的分析結果與岳冰冰（2012）在烤煙連作土壤的研究結果相類似。此外，這一結果亦證實了番茄連作容易發生連作障礙的根本原因，即：連作導致表征土壤肥力的生物學性狀劣化的同時，土壤微生物群落結構亦發生顯著變化，多樣性下降，導致連作土壤中較為單一的微生物群落結構對病原菌的拮抗能力下降。同時，連作還導致土壤中速效養分含量降低，使得缺乏養分的作物長勢偏弱，抗性降低從而容易被土壤中累積的病原菌所侵染而發生連作障礙。同時，輪作不僅有助于提高表征土壤肥力的生物學性狀，而且有助于保持相對穩定的微生物物群落結構和更為豐富的細菌多樣性，亦有助于提高番茄對病原微生物的拮抗能力，降低了作物罹患土傳病害的風險，有效地避免了連作障礙的發生。

4　結論

本試驗結果表明，一方面番茄連作不僅導致土壤微生物群落由細菌型向真菌型轉變，而且導致指示土壤肥力和健康的生物學指標下降。同時，番茄連作還導致土壤細菌多樣性指數（H）、均勻度指數（EH）和豐富度指數（S）下降，菌群失衡；另一方面，番茄輪作不僅有利于提高土壤肥力，而且有助于保持土壤微生物群落結構的穩定。此外，番茄輪作黃瓜、白菜和菜豆3種不同科屬蔬菜作物中，以輪作菜豆更有利于提高土壤肥力和保持土壤健康。

參考文獻：

CARTER M R,RENNIE D A.1984.Dynamics of soil microbial biomass N under zero and shallow tillage for spring wheat using15N urea [J].Plant Soil,76(1):157-164.

HAYANO K.1973.A method for the determination of β-glucosidase activity in soil [J].Soil Science &.Plant Nutrition,19(2):103-108.

JOERGENSEN R G,BROOKES P C.1990.Ninhydrin-reactive nitrogen measurements of microbial biomass in 0.5 M K2SO4soil extracts [J].Soil Biology & Biochemistry,22(8):1023-1027.

KRSEK M,WELINGTON E M H.1999.Comparison of different methods for the isolation and purification of total community DNA from soil [J].Journal of Microbiological Methods,39(1):1-16.

LADD J N.1972.Properties of proteolytic enzymes extracted from soil [J].Soil Biology & Biochemistry,4(2):227-237.

LI P D,DAI C C,WANG X X,et al.2012.Variation of soil enzyme activities and microbial community structure in pennut monocropping system in substropical China [J].African Journal of Agriculture Research,7(12):1970-1879.

POWLSON D S,BROOKES P C,CHRISTENSEN B T.1987.Measurement of soil microbial biomass provides an early indication of changes in total soil organic matter due to straw incorporation [J].Soil Biology & Biochemistry,19(2):159-164.

TABATABAI M A,BREMNER J M.1969.Use of p-nitrophenyl phosphate for assay of soil phosphatase activity [J].Soil Biology & Biochemistry,1(4):301-307.

VANCE E D,BROOKS P C,JENKINSON D S.1987.An extraction method for measuring soil microbial biomass C [J].Soil Biology & Biochemistry,19(6):703-707

曹志平.2007.土壤生態學[M].北京:化學工業出版社:211-222.

陳法霖,張凱,鄭華,等.2011.PCR-DGGE技術解析針葉和闊葉凋落物混合分解對土壤微生物群落結構的影響[J].應用與環境生物學報,17(2):145-151.

杜茜,盧迪,馬琨.2012.馬鈴薯連作對土壤微生物群落結構和功能的影響[J].生態環境學報,21(7):1252-1256.

關松蔭.1986.土壤酶及其研究法[M].北京:農業出版社:71-79.

和文祥,蔣新,余貴芬,等.2003.生態環境條件對土壤磷酸酶的影響[J].西北農林科技大學學報:自然科學版,31(2):81-83,88.

賀麗娜,梁銀麗,高靜,等.2008.連作對設施黃瓜蟬聯隔閡品質及土壤酶活性的影響[J].西北農林科技大學學報:自然科學版,36(5):155-159.

胡元森,吳坤,李翠香,等.2007.黃瓜連作對土壤微生物區系影響Ⅱ-基于DGGE方法對微生物種群的變化分析[J].中國農業科學,40(10):2267-2273.

賈志紅,易建華,蘇以榮,等.2010.煙區輪作與連作土壤細菌群落多樣性比較[J].生態環境學報,19(7):1578-1585.

雷娟利,周艷虹,丁桔,等.2005.不同蔬菜連作對土壤細菌DNA 分子水平多態性影響的研究[J].中國農業科學,38(10):2076-2083.

李文嘉,黎炎,王益奎,等.2011.廣西田陽縣番茄生產現狀及主栽品種[J].中國蔬菜,(7):32-34

林先貴.2010.土壤微生物研究原則與方法[M].北京:中國農業出出版社:32-45.

劉建國,張偉,李彥斌,等.2009.新疆綠洲棉花長期連作對土壤理化性狀與土壤酶活性的影響[J].中國農業科學,42(3):725-733.

劉新春,吳成強,張昱,等.2005.PCR-DGGE法用于活性污泥系統中微生物群落結構變化的解析[J].生態學報,25(4):842-847.

羅海峰,齊鴻雁,薛凱,等.2003.PCR-DGGE技術在農田土壤微生物多樣性研究中的應用[J].生態學報,23(8):1570-1575.

任天志,Grego S.2000.持續農業中的土壤生物指標研究[J].中國農業科學,33(1):68-75.

王光華,劉俊杰,齊曉寧,等.2008.Biolog和PCR-DGGE 技術解析施肥對德惠黑土細菌群落結構和功能的影響[J].生態學報,28(1):220-226.

王益奎,黎炎,趙興愛,等.2011.廣西番茄的生產現狀及潛力品種推薦[J].長江蔬菜,(7):4-6.

吳鳳芝,包靜,劉淑芹.2010.鹽脅迫對黃瓜根際土壤細菌群落結構和生長發育的影響[J].園藝學報,37(5):741-748.

吳鳳芝,王澍,楊陽.2008.輪套作黃瓜根際土壤細菌種群的影響[J].應用生態學報,19(12):2717-2722.

吳鳳芝,王學征.2007.黃瓜與小麥和大豆輪作對土壤微生物群落物種多樣性的影響[J].園藝學報,34(6):1543-1546.

吳鳳芝,王學征.2007.設施黃瓜連作和輪作中土壤微生物群落多樣性的變化及其與產量品質的關系[J].中國農業科學,40(10):2274-2280.

吳展才,余旭勝,徐源泰.2005.采用分子生物學技術分析不同施肥土壤中細菌多樣性.中國農業科學,38(12):2474-2480.

肖新,朱偉,杜超,等.2015.輪作與施肥對滁菊連作土壤微生物特性的影響[J].應用生態學報,26(6):1779-1784.

徐曉宇,閔航,劉和,等.2005.土壤微生物總DNA提取方法的比較.農業生物技術學報,13(3):377-381.

楊尚東,吳俊,趙久成,等.2013.番茄青枯病罹病植株和健康植株根際土壤理化性狀及生物學特性的比較[J].中國蔬菜,(22):64-69.

楊萬勤,王開運.2002.土壤酶研究動態與展望[J].應用與環境生物學報,8(5):564-570.

岳冰冰.2012.烤煙連作改變了根際土壤微生物的多樣性[D].哈爾濱:東北林業大學.

趙興青,楊柳燕,陳燦,等.2006.PCR-DGGE技術用于湖泊沉積物中微生物群落結構多樣性的研究[J].生態學報,26(11):3610-3616.

鐘文輝,蔡祖聰.2004.土壤管理措施及環境因素對土壤微生物多樣性影響研究進展[J].生物多樣性,12(4):456-465.

周寶利,徐妍,尹玉玲,等.2010.不同連作年限土壤對茄子土壤生物學活性的影響及嫁接調節[J].生態學雜志,29(2):290-294.

朱海平,姚槐應,張勇勇,等.2003.不同肥培管理措施對土壤微生物生態特征的影響[J].土壤通報,34(2):140-142.

Comparison of Soil Microbial Properties and Bacterial Community Structure in Continuous Cropping and Rotation Fields of Tomatoes

YANG Shangdong1,2,LI Rongtan1,WU Jun1,GUO YiJuan1,LONG Minghua1

1.Agricultural College,Guangxi University,Nanning 530004,China; 2.Guangxi Crop Genetic Improvement and Biotechnology Key Lab//Guangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanning 530007,China

Abstract:At present,with the development of tomato industry and regularization of produce in China,continuous cropping obstacle problem of tomato is more severe.To ensure the implementation of sustainable development of tomato industry,this paper presents a detail analysis of the changes of soil biological properties and bacterial community structure between continuous and rotation cropping of tomatoes.In this experiment,the continuous and rotation cropping models,such as tomato-tomato,tomato-eggplant,tomato-pepper,tomato-cucumber,tomato-Chines cabbage,tomato-kidney beans were randomly divided into 6 disposals,with 3 repetitions in each disposal.Using the traditional and modern analyzing techniques,such as dilution-plate method and PCR-DGGE,etc.,the soil microbial properties and bacterial community structure in soils between rotation and continuous cropping fields of tomatoes were analyzed.Results showed that the numbers of cultivable bacteria and actinomycetes in the continuous cropping soil were significantly decreased compare to those in rotation fields and the numbers of cultivable fungi were significantly increased.Moreover,the activities of soil enzymes that are involved in C,N and P recycling (β-Glucosidase,phosphatase and protease) and biomass C,N in the continuous cropping soil were significantly lower than those in rotation fields.Additionally,in terms of bacterial diversity index,both the richness/evenness in the continuous cropping fields was inferior to the rotation soils,respectively.Meanwhile,in the tomato continuous cropping field,the uncultured bacterium was the dominant species.By contrast,except of the higher bacterial diversity,richness and evenness indexes,some of the plant growth promoting bacteria (PGPB),such as Pseudomonas,etc.,was also detected in the rotation fields.All the findings indicate that rotation cultivation is more helpful for improving soil fertility and maintaining soil health.Finally,kidney bean was the best rotation crop for tomatoes among the three rotation crops such as cucumbers,Chinese cabbage and kidney beans.

Key words:tomato; continuous cropping; bacterial community structure; biological properties; PCR-DGGE

收稿日期：2015-11-06

作者簡介：楊尚東（1970年生），男，副教授，博士，專業方向為園藝植物營養與環境調控、土壤生態學。E-mail:ysd706@gxu.edu.cn

基金項目：國家自然科學基金項目（31360506）；廣西南寧市科學研究與技術開發計劃項目（20132313）；國家現代農業產業技術體系廣西大宗蔬菜創新團隊專項（nycytxgxcxtd-03-10-1）；廣西農業科學院廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室開放課題（12-K-05-02）

中圖分類號：S314; X171.1

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5906（2016）01-0076-08

DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.01.011

引用格式：楊尚東,李榮坦,吳俊,郭伊娟,龍明華.番茄連作與輪作土壤生物學特性及細菌群落結構的比較[J].生態環境學報,2016,25(1):76-83.