甲殼素對連作條件下平邑甜茶幼苗生長及土壤環境的影響

王艷芳,付風云,李家家,王 森,戰 將,吳萌萌,張桂娟,沈 向,陳學森,毛志泉,*

1 山東農業大學園藝科學與工程學院/作物生物學國家重點實驗室, 泰安 271018 2 山東農業大學化學與材料科學學院, 泰安 271018 3 山東青云街道辦事處林業站, 新泰 271000

?

甲殼素對連作條件下平邑甜茶幼苗生長及土壤環境的影響

王艷芳1,2,付風云1,李家家1,王 森1,戰 將2,吳萌萌2,張桂娟3,沈 向1,陳學森1,毛志泉1,*

1 山東農業大學園藝科學與工程學院/作物生物學國家重點實驗室, 泰安 271018 2 山東農業大學化學與材料科學學院, 泰安 271018 3 山東青云街道辦事處林業站, 新泰 271000

研究在蘋果連作土壤中添加甲殼素對蘋果幼苗生長、土壤酶及土壤真菌群落結構的影響,探討甲殼素緩解蘋果連作障礙的可能性,為防控蘋果連作障礙提供依據。盆栽條件下,以平邑甜茶幼苗為試材,在蘋果連作土壤中分別添加0,0.5,1.0和2.5 g/kg的甲殼素,測定了連作土壤中添加不同量的甲殼素后,幼苗生物量、根系保護酶活性、土壤主要酶(蔗糖酶、脲酶、磷酸酶等)活性以及土壤中真菌群落結構的變化。9月份結果表明,與對照相比,1.0 g/kg的甲殼素處理連作土,可顯著提高平邑甜茶幼苗株高和干鮮重,分別比對照增加了36.8%、82.1%和100.8%；甲殼素處理能增加幼苗根系保護酶活性,其中1.0 g/kg甲殼素處理SOD、POD和CAT活性最高,其次為0.5 g/kg,而2.5 g/kg甲殼素處理顯著抑制了幼苗根系保護酶活性。1.0 g/kg甲殼素處理可提高土壤中細菌/真菌值,并且提高了土壤中蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶、過氧化氫酶和多酚氧化酶活性,分別比對照提高了8.6%、40.5%、81.1%、15.3%、18.7%和49.8%,2.5 g/kg甲殼素處理則降低土壤酶活性或者使土壤酶活性與對照相當。根據T-RFLP的圖譜中OUT的數量、種類及豐度,分別計算了不同處理土壤的真菌多樣性,發現1.0 g/kg甲殼素處理的連作土具有最高的多樣性、均勻度和豐富度指數,分別比對照增加了52.2%、8.0%和87.1%。主成分分析(PCA)結果顯示,不同劑量甲殼素處理的連作土壤中真菌被PC2分成了兩部分,其中0.5 g/kg和1.0 g/kg的甲殼素添加量分布在PC2的負方向上,而CK和2.5 g/kg的甲殼素處理分布在PC2的正方向上,這說明添加不同量的甲殼素對連作土壤真菌群落多樣性有顯著影響,添加量太多或者太少均會造成土壤真菌多樣性下降,只有適量的甲殼素可提高真菌群落結構多樣性。實驗結果表明1.0 g/kg的甲殼素可提高連作平邑甜茶幼苗生物量,改善連作土壤環境,有效緩解平邑甜茶的連作障礙。

連作障礙；平邑甜茶；甲殼素；土壤酶活；真菌群落結構

連作障礙是指同一作物或近緣作物連作以后,即使在正常管理的情況下,也會產生產量降低、品質變劣、生長發育狀況變差的現象。蘋果連作障礙表現為植株矮小、葉片變小、生長衰弱、根系分生能力差且抗性差、果實品質低劣,而且再植成活率低[1]。盡管連作障礙的產生的原因復雜多樣,但土壤中的微生物群落結構失衡,尤其是土壤中真菌群落結構的變化是引起連作障礙的主要原因[2]。在蘋果連作土壤中不斷分離出腐霉菌 (Pythium)、鐮刀菌(Fusarium)、柱孢菌(Cylindrocarponspp.)以及少量絲核菌 (Rhizoctoniaspp.) 等有害真菌[3]；大蒜長期連作后,土壤中的真菌成上升趨勢,根際土壤微生物結構失調,連作障礙明顯[4]；劉星等[5]研究認為根際土壤真菌群落組成結構的改變,特別是與土傳病害有關的致病菌滋生可能是導致馬鈴薯連作障礙的重要原因。因此,土壤真菌群落結構變化的研究,對于進一步了解和預防蘋果連作障礙具有重要意義。

土壤化學消毒法是緩解連作障礙的有效措施之一,但是隨著現代社會的發展,人們對綠色無公害食品的需求,探尋其他無污染、可緩解防控連作障礙的措施是生產者亟需解決的問題。研究表明土壤添加劑可以改善土壤結構,促進作物生長,提高農作物的品質與產量,如連作土壤中添加外源物質如NO、有機物料、芥菜籽粉、殼質粗粉、綠肥、餅肥、堆肥和糞肥等有利于提高土壤養分,降低土壤中有害物質,提高土壤質量,緩解連作障礙[6]。張國斌等[7]研究發現外源 NO 和 ABA 可提高自毒作用下辣椒抗氧化酶活性,有效地阻止辣椒體內 MDA 積累,緩解自毒作用對辣椒幼苗的傷害,增強辣椒的抗逆性。連作果園連續兩年施用芥菜籽粉后,蘋果根際具有獨特的細菌和真菌群落,其中包括一部分對病原真菌有抑制作用的微生物,因此可緩解連作障礙[8]。孫海兵等[9]研究發現,春季發酵60 d、夏季和秋季發酵45 d的有機物料發酵流體,對促進連作蘋果幼樹株高、地莖、鮮重及干重增加的影響最大,緩解蘋果連作障礙的效果最好。袁玉娟等[10]以拮抗菌枯草芽孢桿菌SQR9和哈茨木霉T37制成的生物有機肥可有效防治連作條件下黃瓜枯萎病。甲殼素及其水解產物殼聚糖可有效促進植物的生長,提高作物的產量,并且可以改善土壤的結構,因此也可作為土壤添加劑[11]。殼聚糖可提高茶樹葉片中保護酶活性,對提高茶樹抗逆能力具有潛在的調節作用[12]。甲殼素可提高蘋果幼苗的抗旱性[13]。關于甲殼素緩解逆境脅迫方面已有較多報道,但是甲殼素對連作條件下平邑甜茶幼苗生長的影響,以及對連作土壤酶和土壤真菌群落結構的影響未見報道,缺乏對其施用效果和作用機制的研究和探討。本實驗以60a果園連作土為研究對象,通過添加不同量的甲殼素,測定蘋果幼苗植株生物量、主要土壤酶活性,結合土壤真菌多樣性、豐富度以及群落結構的變化,分析甲殼素對蘋果連作土壤的改良效果,以期為有效減輕蘋果連作障礙提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.2 試驗處理

幼苗移栽緩苗一周后,用甲殼素處理。甲殼素濃度參照崔健和劉懷鋒[13]的試驗結果及本試驗預試結果設定。試驗共設4個處理,各處理的甲殼素在連作土中的用量分別為：0,0.5、1.0、2.5 g/kg。每處理30盆,每盆2株幼苗,隨機排列,正常肥水管理。分別于7、8、9月份取樣測定植株生物量；9月份測定植株生物量的同時,對根系保護酶活性、MDA含量,以及相應的土壤環境進行測定。土壤樣品研磨過2mm篩,分3部分保存,一部分裝入無菌封口袋,放入實驗室4℃冰箱保存,用于測定土壤微生物數量；另一部分風干,用于土壤酶活的測定；第三部分帶回實驗室-20 ℃冰箱保存,用于提取DNA,分析土壤中微生物多樣性。

1.3 試驗方法

根系抗氧化酶SOD、POD、CAT活性按照Wang[14]等試驗方法測定,MDA含量按照趙世杰[15]方法測定。

土壤酶活采用關松蔭[16]的方法測定。

土壤細菌、真菌、放線菌均用平板涂抹法測定[17],測定前計算水分系數。細菌采用牛肉膏蛋白胨培養基,真菌采用馬丁氏培養基,放線菌采用高氏一號培養基。

1.4 土壤總DNA提取及T-RFLP分析

取0.5 g不同處理的樣品土壤,按照E.Z.N.A.TM土壤DNA提取試劑盒 (Omega Bio-tek Omc. USA)說明書操作,提取樣品DNA,每個樣品重復3次。然后用真菌ITS區通用片段引物(ITS1-F和ITS4)[18]進行擴增,反應體系為：25 μL 2×Taq Master Mix,3 μL DNA模板,ITS1-F和ITS4 (10 μmol/L)各3 μL,加ddH2O至50 μL。PCR反應條件為94 ℃預變性3 min；94 ℃變性1 min,51 ℃退火1 min,72 ℃延伸1 min,共34個循環；最后72 ℃延伸10 mim。取5 μL ITS-PCR擴增產物經1.5% (g/mL)瓊脂糖凝膠電泳檢測,然后用EasyPure PCR純化試劑盒(北京全式金生物技術有限公司)純化。將純化產物用限制性內切酶FastDigest HhaⅠ(Thermo Scientific, USA)進行酶切。酶切反應體系為10 μL ITS-PCR純化產物,2 μL HhaⅠ(10 U/L),2 μL 10×Buffer,加ddH2O至30 μL。反應體系于37 ℃保溫孵育15 min,將酶切產物送至上海生工生物技術有限公司進行測序,掃描結果采用 Peak Scanner 1.0 軟件輸出。

1.5 統計分析

通過SPSS 19.0進行方差分析,采用 Duncan′s 新復極差法進行差異顯著性檢測,用Origin 8.5完成對試驗數據的制圖。

選擇介于50 bp和500 bp間的T-RFS,僅采用峰面積比重>1%的 T-RFs 進行分析。每個 T-RF視為1個 OTU(Operational Taxonomic Unit),以相對峰面積作為對應 OTU 的豐度。BIO-DAP程序(http://nhsbig.inhs.uiuc.edu/wes/populations.html)計算 Shannon-Wiener 指數、Simpson 指數、Pielou 指數和 Margalef 指數,分別對應真菌群落的多樣性、優勢度、均勻度和豐富度[19-20]。使用SPSS 19.0軟件進行主成分分析。

2 結果

2.1 甲殼素對幼苗生物量的影響

由表1可以看出,7、8、9三月份甲殼素對平邑甜茶幼苗的影響趨勢相同,因此分析9月份的影響。與對照相比,1.0 g/kg的甲殼素添加量可顯著平邑甜茶幼苗株高和干鮮重,分別比對照增加了36.8%、82.1%和100.8%。添加0.5 g/kg的甲殼素也能使幼苗的株高、干鮮重增加,但促進不明顯。而添加2.5 g/kg的甲殼素后,卻明顯抑制了連作條件下幼苗生長。

表1 甲殼素對平邑甜茶幼苗生物量影響

表中不同小寫字母表示不同處理簡的差異(P<0.05)

2.2 甲殼素對幼苗根系保護酶SOD、POD、CAT活性和MDA含量的影響

由圖1可以看出,不同添加量的甲殼素處理后,平邑甜茶幼苗根系SOD活性大小不一,其中以1.0 g/kg甲殼素處理SOD活性最高,其次為0.5 g/kg和對照,2.5 g/kg甲殼素處理顯著抑制了幼苗根系SOD活性,POD和CAT活性變化與SOD變化趨勢一致,均是1.0 g/kg甲殼素處理使得根系抗氧化酶活性最高,SOD、POD和CAT活性分別為對照的2.1、1.7、1.8倍。

與對照相比,0.5 g/kg和1.0 g/kg甲殼素處理可顯著降低根系MDA的含量,分別為對照的58.3%和43.8%,而2.5 g/kg甲殼素處理使得根系MDA含量顯著增加。

圖1 甲殼素對平邑甜茶幼苗根系保護酶活性和MDA的影響Fig.1 Effects of chitin on the antioxidant enzyme activities and the MDA content in root of Malus hupehensis Rehd. seedling表中不同小寫字母表示不同處理簡的差異(P<0.05)

2.3 甲殼素對土壤酶活性的影響

由表2可以看出,添加0.5 g/kg和1.0 g/kg的甲殼素添加量均可增加各種土壤酶活性,蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶、過氧化氫酶和多酚氧化酶活性分別比對照提高了7%、30.8%、14.9%、12.5%、17.6、26.8和8.6%、40.5%、81.1%、15.3%、18.7%、49.8%,2.5 g/kg甲殼素處理則降低土壤酶活性或者使土壤酶活性與對照相當。甲殼素處理后蔗糖酶、多酚氧化酶活性隨甲殼素添加量的改變而顯著變化,但蛋白酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性除1.0 g/kg處理顯著增加外,其他處理變化不明顯。

2.4 甲殼素對土壤微生物數量的影響

由表3可以看出,連作土壤中加入0.5 g/kg和1.0 g/kg甲殼素后,均使土壤中真菌數量明顯減少而細菌數量顯著增加,但是對放線菌影響規律不明顯。2.5 g/kg的甲殼素添加量,增加了真菌、細菌數量,減少了放線菌數量。細菌/真菌比值以1.0 g/kg處理最高,為476.8；其次是0.5 g/kg處理為247.0,對照為168.4；最后是2.5 g/kg甲殼素處理,為144.1。

表2 甲殼素對土壤酶活性的影響

表3 甲殼素對微生物數量的影響

2.5 T-RFLP圖土壤真菌多樣性分析

根據T-RFLP的圖譜中OUT的數量、種類及豐度,分別計算了不同處理土壤的真菌多樣性指數(表4)。1.0 g/kg甲殼素處理的連作土具有最高的多樣性、均勻度和豐富度指數,分別比對照增加了52.2%、8.0%和87.1%,同時具有最低的優勢度。而2.5 g/kg甲殼素處理的連作土壤中的多樣性、均勻度和豐富度最低,優勢度是最高的,比對照增加了68%。

表4 甲殼素對土壤真菌多樣性的影響

2.6 T-RFLP圖譜的主成分分析

圖2 不同添加量甲殼素處理間T-RFLP圖譜主成分分析Fig.2 PCA for different treatments

根據主成分分析的提取原則,被選的主成分所代表的主軸總長度占所有主軸長度之和約85%即可。本研究根據不同添加量甲殼素處理樣品的T-RFs在圖譜中的分布及豐度進行主成分分析(PCA),結果顯示,第一主成分方差貢獻率為66.36%,第二主成分方差貢獻率為19.83%,兩者貢獻和為86.19%,可以代表整個系統狀況(圖2)。不同添加量的甲殼素處理的連作土壤中真菌被PC2分成了兩部分,其中0.5 g/kg和1.0 g/kg的甲殼素添加量分布在PC2的負方向上,而CK和2.5 g/kg的甲殼素處理分布在PC2的正方向上,這說明不同添加量的甲殼素對連作土壤真菌群落多樣性有強烈的影響,添加量太多或者太少均會造成土壤真菌多樣性下降,只有適量的甲殼素可提高真菌群落結構多樣性。

3 討論

大量研究表明,殼質粗粉、植物殘體、綠肥、堆肥、糞肥和生物炭等土壤添加劑有利于提高土壤養分,降低土壤中有害物質,改善土壤的微生物體系以及團粒結構,提高土壤質量,增強土壤生態系統的穩定性,降低連作土壤中農作物病害的發生,從而緩解連作障礙[6, 14, 21-22]。本研究發現當連作土壤中添加的甲殼素的量為1.0 g/kg時,可顯著增加平邑甜茶幼苗株高與干鮮重,增強幼苗根系抗氧化酶SOD、POD和CAT活性,降低根系MDA含量的積累,顯著提高幼苗抗性。馬彥霞等[23]在辣椒葉面噴施殼聚糖,結果發現殼聚糖可提高辣椒抗氧化物質的含量,降低 MDA的積累,進而緩解水分脅迫對幼苗造成的膜脂過氧化,增強辣椒幼苗的抗旱性。甲殼素對于提高“嘎啦”蘋果幼苗的光合作用有非常明顯的效果,在很大程度上緩解了干旱脅迫[13]。高濃度的甲殼素(2.5 g/kg)則抑制連作條件下幼苗的生長,這可能是因為施入過量的甲殼素對幼苗根系產生了毒害作用,進而抑制了幼苗的生長發育。

土壤酶是土壤活躍的有機組分之一,是土壤中物質、能量代謝的驅動力,對土壤養分循環和污染物的凈化起著重要作用[16],土壤酶來源于動物、植物、微生物及它們的分泌物,其活性受多種因素的控制,可反映土壤中各種生物化學過程的強度和方向,也是土壤肥力評價的重要指標之一。玉米長期連作土壤脲酶活性呈先上升后下降的趨勢[24]；大豆重茬使土壤脲酶和轉化酶活性均顯著降低[25],陳慧等研究發現地黃連作土壤中過氧化氫酶活性降低[26]；連作土壤中,過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶和中性磷酸酶活性降低,可能是連作使土壤環境惡化表現之一,而澆灌3%濃度的有機物料發酵液可提高蘋果連作土壤酶活性[27]。本研究結果發現,連作土壤中添加1.0 g/kg甲殼素可提高土壤中蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶、過氧化氫酶和多酚氧化酶活性,2.5 g/kg的甲殼素僅僅提高了過氧化氫酶活性,對其他酶活影響不明顯,這可能是因為適量甲殼素可改變土壤細菌群落結構[28],而其脫N-乙酰基后產物的殼聚糖對多種植物病原菌均顯示出良好的抑菌性能[29],因此甲殼素和殼聚糖可改變土壤中微生物群落結構,使主要由土壤微生物產生的土壤酶數量和活性增加,改善了土壤酶系統,推測這可能是甲殼素緩解連作障礙的一個原因。

微生物是土壤生態系統中最具活力的組成部分,長期連作可導致土壤微生物群落結構失衡、增加病原菌數量而減少有益微生物,使土壤微生物從細菌主導型向真菌主導型轉化,使病原菌更容易侵染植物而引發植物的各種土傳病害[30]。本研究用平板涂布法結合末端限制性片段長度多態性(T-RFLP)技術研究連作蘋果園土壤中微生物數量和真菌群落結構。基于T-RFLP圖譜,運用多樣性指數和主成分分析比較了不同處理間真菌多樣性及群落結構。結果發現,添加1.0 g/kg甲殼素能增加土壤中細菌、放線菌的數量,降低土壤真菌數量,顯著增加細菌/真菌值,使土壤類型由真菌型向細菌型轉變。而2.5 g/kg的甲殼素卻增加了土壤中真菌的數量,對細菌數量影響不大。甲殼素的添加,對連作土壤中真菌種類及豐度均產生了一定的影響,添加適量的甲殼素可提高連作土壤中真菌的多樣性、均勻度和豐富度,降低其優勢度,使得病原菌數量減少,整個真菌群落結構往更利于幼苗生長的方向漸變。因此,在生產應用中,連作土壤中添加適量的甲殼素可使連作土壤由真菌型向細菌型轉變,而且也有利于維持土壤微生物群落結構的多樣性,緩解連作障礙,提高連作條件下蘋果幼苗生長發育。

適宜添加量的甲殼素(1.0 g/kg)可提高平邑甜茶幼苗根系保護酶活性,降低根系MDA的積累,提高連作土壤酶活性,增加土壤細菌和放線菌數量,增加土壤微生物多樣性,緩解蘋果連作障礙。

[1] Yim B, Smalla K, Winkelmann T. Evaluation of apple replant problems based on different soil disinfection treatments—links to soil microbial community structure?. Plant and Soil, 2013, 366(1): 617- 631.

[2] Tewoldemedhin Y T, Mazzola M, Botha W J, Spies C F J, McLeod A. Characterization of fungi (FusariumandRhizoctonia) and oomycetes (PhytophthoraandPythium) associated with apple orchards in South Africa. European Journal of Plant Pathology, 2011, 130(2): 215- 229.

[3] Tewoldemedhin Y T, Mazzola M, Labuschagne I, McLeod A. A multi-phasic approach reveals that apple replant disease is caused by multiple biological agents, with some agents acting synergistically. Soil Biology and Biochemistry, 2011, 43(9): 1917- 1927.

[4] 劉素慧, 劉世琦, 張自坤, 尉輝, 齊建建, 段吉鋒. 大蒜連作對其根際土壤微生物和酶活性的影響. 中國農業科學, 2010, 43(5): 1000- 1006.

[5] 劉星, 邱慧珍, 王蒂, 張俊蓮, 沈其榮. 甘肅省中部沿黃灌區輪作和連作馬鈴薯根際土壤真菌群落的結構性差異評估. 生態學報, 2015, 35(12): 3938- 3948.

[6] 樊琳, 柴如山, 劉立娟, 黃利東, 章永松. 稻草和豬糞發酵殘渣配施菌劑對大棚連作土壤的改良作用. 植物營養與肥料學報, 2013, 19(2): 437- 444.

[7] 張國斌, 郁繼華, 馮致, 馬彥霞, 呂劍. NO和ABA對辣椒幼苗自毒作用緩解的生理生化機制. 園藝學報, 2013, 40(3): 458- 466.

[8] Mazzola M, Hewavitharana S S, Strauss S L.Brassicaseed meal soil amendments transform the rhizosphere microbiome and improve apple production through resistance to pathogen reinfestation. Phytopathology, 2014, 105(4): 460- 469.

[9] 孫海兵, 胡艷麗, 陳學森, 毛志泉. 發酵時間對有機物料發酵流體成分含量變化及對連作蘋果生物量的影響. 植物營養與肥料學報, 2012, 18(6): 1469- 1477.

[10] 袁玉娟, 胡江, 凌寧, 仇美華, 沈其榮, 楊興明. 施用不同生物有機肥對連作黃瓜枯萎病防治效果及其機理初探. 植物營養與肥料學報, 2014, 20(2): 372- 379.

[11] 蔣小姝, 莫海濤, 蘇海佳, 張小勇. 甲殼素及殼聚糖在農業領域方面的應用. 中國農學通報, 2013, 29(6): 170- 174.

[12] 孫世利, 駱耀平. 殼聚糖對茶樹抗性酶調節作用的研究. 浙江大學學報: 農業與生命科學版, 2009, 35(1): 84- 88.

[13] 崔健, 劉懷鋒. 甲殼素對蘋果幼苗抗旱生理效應的影響. 北方園藝, 2007, (11): 19- 22.

[14] Wang Y F, Pan F B, Wang G S, Zhang G D, Wang Y L, Chen X S, Mao Z Q. Effects of biochar on photosynthesis and antioxidative system ofMalushupehensisRehd. seedlings under replant conditions. Scientia Horticulturae, 2014, 175: 9- 15.

[15] 趙世杰. 植物生理學實驗指導. 北京: 中國農業科技出版社, 1998.

[16] 關松蔭. 土壤酶及其研究法. 北京: 農業出版社, 1986.

[17] 沈萍, 陳向東. 微生物學實驗(第4版). 北京: 高等教育出版社, 2007.

[18] H?gberg M N, Yarwood S A, Myrold D D. Fungal but not bacterial soil communities recover after termination of decadal nitrogen additions to boreal forest. Soil Biology and Biochemistry, 2014, 72: 35- 43.

[19] Tipayno S, Kim C -G, Sa T. T-RFLP analysis of structural changes in soil bacterial communities in response to metal and metalloid contamination and initial phytoremediation. Applied Soil Ecology, 2012, 61: 137- 146.

[20] 李志鵬, 姜娜, 劉晗璐, 崔學哲, 荊祎, 楊福合, 李光玉. 基于DGGE和T-RFLP分析采食不同粗飼料梅花鹿瘤胃細菌區系. 中國農業科學, 2014, 47(4): 759- 768.

[21] Mazzola M. Replant disease control and soil system resilience to pathogen infestation in response toBrassicaceaeseed meal amendment. Phytopathology, 2012, 102: S4-S4.

[22] Jaiswal A K, Elad Y, Graber E R, Frenkel O.Rhizoctoniasolanisuppression and plant growth promotion in cucumber as affected by biochar pyrolysis temperature, feedstock and concentration. Soil Biology and Biochemistry, 2014, 69: 110- 118.

[23] 馬彥霞, 郁繼華, 張國斌, 曹剛. 殼聚糖對水分脅迫下辣椒幼苗氧化損傷的保護作用. 中國農業科學, 2012, 45(10): 1964- 1971.

[24] 程紅玉, 肖占文, 秦嘉海, 王瑞. 連作對玉米制種田土壤養分和土壤酶活性的影響. 土壤, 2013, 45(4): 623- 627.

[25] 谷巖, 邱強, 王振民, 陳喜鳳, 吳春勝. 連作大豆根際微生物群落結構及土壤酶活性. 中國農業科學, 2012, 45(19): 3955- 3964.

[26] 陳慧, 郝慧榮, 熊君, 齊曉輝, 張重義, 林文雄. 地黃連作對根際微生物區系及土壤酶活性的影響. 應用生態學報, 2008, 18(12): 2755- 2759.

[27] 尹承苗, 陳學森, 沈向, 張兆波, 孫海兵, 毛志泉. 不同濃度有機物料發酵液對連作蘋果幼樹生物量及土壤環境的影響. 植物營養與肥料學報, 2013, 19(6): 1450- 1458.

[28] Hallmann J, Rodrguez-Kábana R, Kloepper J W. Chitin-mediated changes in bacterial communities of the soil, rhizosphere and within roots of cotton in relation to nematode control. Soil Biology and Biochemistry, 1999, 31(4): 551- 560.

[29] 孟玲, 王雷. 殼聚糖對多種植物病原菌的抑菌效果概述. 農藥, 2009, 48(11): 781- 783.

[30] 呂毅, 宋富海, 李園園, 沈向, 陳學森, 吳樹敬, 毛志泉. 輪作不同作物對蘋果園連作土壤環境及平邑甜茶幼苗生理指標的影響. 中國農業科學, 2014, 47(14): 2830- 2839.

Effects of chitin on the growth ofMalushupehensisRehd. seedlings and soil environment under replant condition

WANG Yanfang1,2, FU Fengyun1, LI Jiajia1, WANG Sen1, ZHAN Jiang2, WU Mengmeng2, ZHANG Guijuan3, SHEN Xiang1, CHEN Xuesen1,MAO Zhiquan1,*

1StateKeyLaboratoryofCropBiology/CollegeofHorticulturalScienceandEngineering,ShandongAgriculturalUniversity,Taian271018,China2CollegeofChemistryandMaterialScience,ShandongAgriculturalUniversity,Taian271018,China3ForestryStationofQingyunSubdistrictOfficeinShandongProvince,Xintai271000,China

The effects of different concentrations of chitin on the activity of enzymes and fungal communities existing in replant soils were explored, for enrichment of soils to alleviate apple replant disease (ARD). In this study,MalushupehensisRehd. seedlings potted in replant soil were treated with four concentrations of chitin (0, 0.5, 1.0, and 2.5 g/kg). The growth of seedlings was monitored though plant height, fresh and dry weight, antioxidant enzyme activities, such as superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), and catalase (CAT), and lipid peroxidation in roots. Simultaneously, soil enzyme activities, soil microbial load, and fungal community structure, which was measured by terminal-restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) profiles, were determined in soil samples subjected to the four chitin treatments. Compared with the control, seedlings treated with 1.0 g/kg chitin showed 36.8%, and 82.1% and 100.8% increase in plant height, and fresh and dry weight, respectively. The optimal dose of chitin could increase antioxidant enzyme activity in the root system of the seedlings, whereas high doses inhibited enzyme activity. The effectiveness of chitin treatment for inhibiting the activity of SOD, POD, and CAT in the root system ofM.hupehensisseedlings decreased in the following order: 1.0 g/kg > 0.5 g/kg > 0 g/kg > 2.5 g/kg. Chitin treatment at 1.0 g/kg enhanced the bacterial-fungal ratio, and resulted in a “bacteria-rich soil”; consequently, sucrase, urease, protease, phosphatase, catalase, and polyphenol oxidase activities increased by 8.6%, 40.5%, 81.1%, 15.3%, 18.7%, and 49.8%, respectively. Remarkable differences in T-RFLP profiles were observed among control, 0.5 g/kg, 1.0 g/kg, and 2.5 g/kg treatments. A significant difference in fungal community structure was observed with the application of different doses of chitin. The Shannon diversity, evenness, and richness indexes were the highest in replanted soil treated with 1.0 g/kg chitin and the least in soil treated with 2.5 g/kg chitin. Principal component analysis indicated that fungal community structure of soil treated with 1.0 g/kg chitin was considerably different from that of the control soil and soil treated with 2.5 g/kg chitin. The present study showed that low concentrations of chitin could alleviate ARD stress inM.hupehensisRehd. seedlings, whereas high concentrations could aggravate ARD stress. Collectively, these findings suggest that chitin applied to replant soil at 1.0 g/kg obviously enhanced plant height, fresh and dry weight, improved the soil environment, and effectively alleviate ARD stress inM.hupehensisRehd. seedlings, therefore, a chitin dose of 1.0 g/kg was considered optimal for replant soil.

replant disease;MalushupehensisRehd.; chitin; soil enzyme activity; fungal community

現代農業產業技術體系建設專項資金(CARS- 28)；教育部長江學者和創新團隊發展計劃(IRT1155)；泰安市科技發展計劃項目(32802)

2015- 01- 27;

日期:2016- 01- 15

10.5846/stxb201501270221

*通訊作者Corresponding author.E-mail: mzhiquan@sdau.edu.cn

王艷芳,付風云,李家家,王森,戰將,吳萌萌,張桂娟,沈向,陳學森,毛志泉.甲殼素對連作條件下平邑甜茶幼苗生長及土壤環境的影響.生態學報,2016,36(19):6218- 6225.

Wang Y F, Fu F Y, Li J J, Wang S, Zhan J, Wu M M, Zhang G J, Shen X, Chen X S,Mao Z Q.Effects of chitin on the growth ofMalushupehensisRehd. seedlings and soil environment under replant condition.Acta Ecologica Sinica,2016,36(19):6218- 6225.