蘋果幼樹根際和根內細菌豐度及根際酶活性對土壤緊實脅迫的響應特征

李佳琦，荀咪，石鈞元，宋建飛，石宇佳，張瑋瑋，楊洪強

蘋果幼樹根際和根內細菌豐度及根際酶活性對土壤緊實脅迫的響應特征

李佳琦，荀咪，石鈞元，宋建飛，石宇佳，張瑋瑋，楊洪強

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，山東泰安 271018

【目的】明確引起緊實脅迫下蘋果根系微域環境中細菌豐度變化的主要因子，揭示土壤脅迫下蘋果根際生物學特征，為果園土壤管理提供參考。【方法】以砧木分別為平邑甜茶（Rehd）和八棱海棠（Rehd.）的2年生‘紅富士’蘋果（Borkh.cv. Red Fuji）盆栽幼樹為試材，通過鎮壓土壤設置緊實脅迫，檢測根際礦質養分含量和土壤酶活性以及根際細菌和根系內生細菌豐度。【結果】無論是紅富士/平邑甜茶還是紅富士/八棱海棠，土壤緊實脅迫均明顯提高蘋果根際速效磷和有效鉀含量，提高根際過氧化氫酶活性；顯著降低根際堿解氮含量和根際蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶活性，以及根系內生細菌的豐度，并改變根際微生物組成結構。土壤緊實脅迫下，根際細菌數量和豐度、根際熒光素二乙酸酯（fluorescein diacetate，FDA）水解酶活性的變化因砧木而不同，它們在紅富士/平邑甜茶中顯著降低，降低幅度分別為46.88%、50.50%和29.13%；在紅富士/八棱海棠中則顯著升高，升高幅度分別為51.41%、20.22%和13.76%。土壤緊實脅迫下，紅富士/平邑甜茶根際堿解氮含量、水解酶（蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶）活性以及根內細菌豐度的下降幅度大于紅富士/八棱海棠；紅富士/八棱海棠根際比紅富士/平邑甜茶具有更強的FDA水解酶活性。冗余分析顯示，土壤緊實脅迫下，根際有效鉀、堿解氮和FDA水解酶活性對蘋果根際和根內細菌豐度變異的解釋率最高。【結論】土壤緊實脅迫顯著影響蘋果根際微生物組成，進而改變根際土壤酶活性和根際有效性礦質養分的含量。根際細菌和FDA水解酶活性的變化因砧木而不同，其在紅富士/平邑甜茶中受到土壤緊實脅迫的抑制程度較高。土壤緊實脅迫下，蘋果根際有效鉀和堿解氮磷含量以及FAD水解酶酶活性的改變與根際和根內細菌豐度的變化存在更密切的關系。

土壤緊實；蘋果砧木；根際；土壤酶；根內生細菌

0 引言

【研究意義】土壤酶是土壤物質轉化、養分循環和能量流動的主要推動因子，土壤酶主要來自微生物。土壤緊實度會顯著影響土壤微生物群落結構和活性，土壤緊實度過高會重塑根際微生物群落[1-2]，降低土壤健康水平和農業生產力。根際是土壤生物活動非常旺盛的微域，其中細菌是評估土壤環境質量的指示性標志，對環境變化十分敏感[3]。因此，探討土壤緊實脅迫對根際環境的影響，分析土壤緊實脅迫下的根微域細菌響應特征及其與環境因子的相關性，有助于認識土壤脅迫下果樹根際生物學特征及為指導果園土壤管理提供理論參考。【前人研究進展】由于重型機械的使用、頻繁踐踏、不當耕作、土壤黏粒沉積以及土壤水分和有機質含量下降等多種因素的影響，土壤緊實現象普遍存在并有逐年增加的趨勢[2,4]。緊實度增加不僅提高土壤容重，改變土壤理化性質和土壤生物環境，增加根系穿透阻力，抑制根系生長，干擾植物對養分的吸收和代謝[5-7]，還降低土壤孔隙度和導水率，限制土壤水分和養分的運輸和有效性[8-9]，抑制乙烯等活性氣體分子在根系和根際之間的擴散[10]。土壤微生物參與土壤結構的構建，驅動碳、氮、磷和硫等元素循環，調節植物生長和根部營養，是促進植物和土壤進行物質交換的媒介[11-12]。根系與土壤相連的“根際”形成了特定的根系微環境，該微環境中存在著大量活躍的根際微生物[1]，它們不僅受土壤類型、人類農事活動等因素影響，還受砧木類型的影響[13-14]。同時，在根系內還存在被認為是植物“次級基因”的根內微生物，它們是根系與土壤的橋梁，能夠為宿主植物提供重要的功能性化合物[1,15]。根際和根內微生物的種類、數量和活性是影響土壤養分有效性和植物養分高效利用的重要因素之一，是反映根區土壤肥力的重要指標[15-16]。土壤微生物是土壤酶的主要來源，微生物的種類、數量和活性決定著土壤酶的種類、數量和活性，土壤酶能直接催化土壤物質的轉化、調節有效養分的含量[17-18]。土壤微域是微生物的棲息場所，緊實度增加會改變土壤微域環境，進而會影響植物養分吸收、代謝和生長，這種影響因果樹砧木不同而存在明顯差異[6]。【本研究切入點】根際是被根系所影響的土壤微域，是土壤生物活動非常旺盛的區域，在緊實度增加的情況下，該土壤微域的微生物和酶活性等變化尚不清楚。【擬解決的關鍵問題】平邑甜茶和八棱海棠是蘋果生產中兩種比較常用的砧木，本研究選用以它們為砧木的蘋果嫁接樹，探討土壤緊實脅迫下蘋果根際礦質養分、酶活性以及根際和根內細菌豐度的變化，分析它們之間的關系，為深入揭示土壤緊實脅迫下蘋果根際生物學特征及果園土壤管理提供參考。

1 材料與方法

試驗于2021年3—12月在山東農業大學國家蘋果工程技術研究中心蘋果試驗站和山東省高校果樹生物學重點實驗室進行。

1.1 材料與處理

試材是砧木分別為平邑甜茶（Rehd.）和八棱海棠（Rehd.）的2年生‘紅富士’蘋果（Borkh cv. Red Fuji）盆栽樹。盆高23 cm、直徑32 cm；盆土由壤土、有機肥、河沙按照3﹕1﹕1體積比混合而成[6]，有機質含量10.05 g·kg-1，全氮0.30 g·kg-1、堿解氮110.28 mg·kg-1、全磷3.39 g·kg-1、速效磷44.69 mg·kg-1、全鉀2.67 g·kg-1、有效鉀296.9 mg·kg-1、pH 6.5。

2021年4月選取長勢一致的2年生盆栽蘋果幼樹，在遮雨棚下移至陶盆，逐層填入盆土，在填土過程中逐層鎮壓形成“緊實土壤”，以未進行鎮壓的“正常土壤”為對照。“緊實土壤”和“正常土壤”充分澆水，連續多次澆水沉實后，“緊實土壤”的機械阻力穩定在1 200—1 500 kPa，正常土壤的機械阻力穩定在800—900 kPa，其他相關性狀見表1。試驗期間處理和對照均采用相同的常規管理，在緊實脅迫處理3個月后（2021年7月12日）測定土壤物理性狀（表1），隨后取樣分析。

表1 緊實脅迫下蘋果根區土壤物理性狀

數值為平均值±標準差（n=3）。同行不同小寫字母表示差異顯著（Duncan’s新復極差法）（＜0.05）

All values are mean ± standard deviation (n=3). Different lowercase letters in the same row indicate significant difference (Duncan’s New Multiple Range Method) (＜0.05)

1.2 取樣方法與測定指標

1.2.1 根際土壤與根系取樣 參照Marasco等[19]和CHERIF等[20]的方法采集根際土壤和根系樣品，即去除2 cm表土，將根系連同土壤取出，輕輕抖落根系附著的疏松土塊，用無菌剪刀剪取直徑1—2 mm、長4—6 cm的根系，放入含無菌液的離心管中，在搖床上以200 r/min震蕩清洗20 min，移出根系轉至含無菌液的另一離心管中繼續震蕩清洗，取出根系，將兩次清洗液合并，在4 000×下離心20 min，沉淀即為根際土壤，一部分保存于-80℃用于根際細菌總豐度測定，另一部分風干后分析理化性質；取出的根系進行表面清洗和消毒后，保存于-80 ℃用于分析根內細菌總豐度。

1.2.2 土壤理化性質測定 土壤緊實度用土壤緊實度儀（TISD-750-11，浙江托普云農科技股份有限公司）測定，氧氣濃度用便攜式光纖測氧儀（Microx 4 trace，慧諾德科技有限公司）測定，測點均在地表下10 cm并靠近根系處。土壤容重采用“環刀法”，土壤孔隙度=（1-容重/比重）×100%。土壤總氮（TN）、總磷（TP）和總鉀（TK）含量分別采用凱氏定氮法、鉬藍比色法和火焰光度法測定；土壤堿解氮（AN）、速效磷（AP）和有效鉀（AK）含量分別采用堿溶液擴散法、NaHCO3浸提-硫酸鉬銻抗比色法和NH4OAc浸提-火焰光度計法測定。土壤過氧化氫酶（CAT）、蔗糖酶（SAC）、脲酶（URE）以及酸性磷酸酶（ACP）活性按照關松蔭[21]《土壤酶及其研究方法》中的方法檢測。

1.2.3 根際細菌、真菌、放線菌數量測定 參照李振高等[22]的方法，用稀釋平板培養計數法統計細菌、真菌、放線菌數量，測定細菌數量使用牛肉膏蛋白胨培養基，測定真菌數量使用馬鈴薯-蔗糖瓊脂培養基（PDA培養基），測定放線菌數量使用改良高氏（Gause）1號培養基。準確稱取1 g干樣重的新鮮土樣，加入盛有100 mL無菌水的500 mL錐形瓶中，放置于振蕩機上振蕩30 min，制作土壤懸液。吸取1 mL土壤懸液到9 mL稀釋液（無菌水）中，依次按10倍法進行稀釋，測定細菌稀釋至10-5，真菌稀釋至10-3，放線菌稀釋至10-4，吸取50 μL土壤懸液，用玻璃刮刀涂布于對應培養基。將接種土壤懸液的培養皿倒置在28—30 ℃培養箱中培養一定時間（細菌2 d、真菌3 d、放線菌5 d）后取出，細菌和放線菌選取20—200菌落數的培養皿，真菌選取10—100菌落數的培養皿。

1.2.4 根際、根內生細菌總豐度測定 參照Lu等[23]的方法分析根際、根內細菌總豐度，即稱取根際土壤，用E.Z.N.A.?Soil DNA Kit（OMEGA，美國）試劑盒提取土壤微生物總DNA；稱取根系，用新型快速植物基因組DNA提取試劑盒（Cat#DP3112，無錫百泰克生物技術有限公司）提取根系總DNA。DNA經瓊脂糖凝膠電泳測定完整性、BioDrop測定純度和濃度后，根據細菌rRNA的V3-V4高變區設計引物進行實時熒光定量PCR，其中，根際土壤細菌特異引物[24]為：338F：5'-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG -3'；806R：5'-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3'，根內生細菌特異引物[25]為：322F：5'-ACGGHCCARACT CCTACGGGA-3'；796R：5'-CTACCMGGGTATCTAA TCCKG-3'。

PCR反應體系為20 μL，其中包括SYBR? Premix Ex TaqTM (2×) 10 μL，上、下游引物各0.4 μL，DNA模板1 μL，ddH2O 8.2 μL；反應條件為：預變性90 ℃ 30 s；變性95 ℃ 5 s；退火延伸60 ℃ 30 s，60個循環。將上述特異性引物制備的標準品在同樣反應體系和條件下進行熒光定量，其結果繪制標準曲線，根據曲線計算根際土壤和根內細菌16S rRNA拷貝數。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2010和Origin 2021進行數據統計和作圖，利用SPSS 20.0對數據進行統計分析，單因素（one-way ANOVA）和Duncan法進行方差分析和多重比較(α=0.05)分析各個指標在4種處理間的差異顯著性；使用Pearson相關系數和Canoco 5軟件進行冗余分析，評價根際、根內細菌豐度與根際土壤酶活性和環境因子之間的相關關系。

2 結果

2.1 土壤緊實脅迫下蘋果根際礦質養分含量的變化

由圖1可見，無論砧木是平邑甜茶還是八棱海棠，土壤緊實脅迫對蘋果根際總氮（TN）、總磷（TP）、總鉀（TK）含量均無顯著影響，但降低根際土壤堿解氮（AN）含量，提高速效磷（AP）、有效鉀（AK）含量。其中，緊實土壤下紅富士/平邑甜茶和紅富士/八棱海棠的根際AN含量分別降低33.67%和7.55%，AP含量分別增加17.39%和35.64%，AK含量分別增加129.10%和198.97%。

Mh：紅富士/平邑甜茶；Mr：紅富士/八棱海棠；Cs：緊實土壤；Ns：正常土壤。不同小寫字母表示差異顯著（P＜0.05）。下同

2.2 土壤緊實脅迫下蘋果根際土壤酶活性的變化

由圖2可見，在土壤緊實脅迫下，無論砧木是平邑甜茶還是八棱海棠，蘋果根際過氧化氫酶（CAT）活性均顯著提高，而蔗糖酶（SAC）、脲酶（URE）以及酸性磷酸酶（ACP）活性均顯著降低。其中，在緊實土壤的紅富士/平邑甜茶和紅富士/八棱海棠中，根際土壤CAT活性分別提高23.46%和22.89%，SAC活性分別降低42.18%和22.25%，URE活性分別降低33.33%和30.00%，ACP活性分別降低58.88%和35.87%。與對照相比，土壤緊實脅迫顯著降低紅富士/平邑甜茶中蘋果根際FDA水解酶活性，但顯著提高紅富士/八棱海棠中根際FDA水解酶活性。

圖2 土壤緊實脅迫下蘋果砧木根際土壤酶活性

2.3 土壤緊實脅迫下蘋果根際微生物群落結構變化

由表2可見，根際細菌數量顯著高于真菌和放線菌數量，土壤緊實脅迫顯著改變根際細菌、真菌和放線菌的數量結構。在土壤緊實脅迫下，紅富士/平邑甜茶和紅富士/八棱海棠的根際真菌數量分別降低52.51%和45.67%，放線菌數量分別增加31.03%、39.10%。根際細菌數量在土壤緊實脅迫下的變化因砧木而不同，它在紅富士/平邑甜茶中顯著降低（降低幅度46.88%），而在紅富士/八棱海棠中顯著升高（升高幅度51.41%）。

土壤細菌和真菌數量的比值（ratio of bacteria to fungi，B/F）及放線菌和真菌數量的比值（ratio of actinomyces to fungi，A/F）是反映土壤微生物群落結構的重要指標。表2顯示，無論砧木是平邑甜茶還是八棱海棠，根際B/F和A/F在土壤緊實脅迫下均顯著增加，其中B/F在紅富士/平邑甜茶和紅富士/八棱海棠分別增加了12.81%、187.67%，A/F分別增加了177.99%、202.75%，說明緊實脅迫顯著改變了蘋果根際微生物群落組成，增加了細菌和放線菌群落在微生物群落結構組成中的相對比例，在紅富士/八棱海棠中變化更突出。

因此，蘋果根際細菌對土壤緊實脅迫的反應不同于真菌和放線菌，根際細菌數量遠遠大于真菌和放線菌數量，而且細菌和真菌數量的比值（B/F）在土壤緊實脅迫下顯著提高，暗示緊實土壤中細菌群落在根際微環境變化中具有獨特作用。

表2 土壤緊實脅迫下蘋果根際微生物群落組成結構

2.4 土壤緊實脅迫下蘋果根際及根內細菌豐度的變化

rRNA拷貝數可反映總細菌豐度（total bacteria abundance）[26]。由圖3可見，蘋果根際細菌rRNA拷貝數整體上高于根內細菌rRNA拷貝數。蘋果根際rRNA拷貝數在土壤緊實脅迫下的變化也因砧木種類而異，在以平邑甜茶為砧木時顯著降低（60.18%）、以八棱海棠為砧木時顯著提高（389.53%）（圖3-A）。

圖3-B顯示，無論砧木是平邑甜茶還是八棱海棠，根內細菌rRNA拷貝數在土壤緊實脅迫下均顯著降低，紅富士/平邑甜茶和紅富士/八棱海棠中分別降低50.50%和20.22%，即根內細菌豐度在紅富士/平邑甜茶中降低幅度更大，紅富士/平邑甜茶根系內生細菌對土壤緊實脅迫的反應比八棱海棠根系的更敏感。

圖3 土壤緊實脅迫下蘋果根際（A）和根內（B）細菌16S rRNA拷貝數

2.5 土壤緊實脅迫下蘋果根際和根內生細菌豐度與根區土壤性狀的關系

相關性分析結果顯示，在土壤緊實脅迫下，蘋果根際和根內細菌豐度與根區土壤物理性狀、根際礦質養分含量和根際酶活性存在普遍的相關性，相關性程度因砧木種類的不同而存在差異。其中，紅富士/平邑甜茶蘋果根際細菌和根內細菌豐度與土壤SP、O2、根際AN、URE、ACP和FDA水解酶活性具有極顯著正相關性，與土壤SBD、根際AP和AK具有極顯著負相關性；根際細菌豐度與根際CAT顯著負相關，SAC顯著正相關，而根內細菌與CAT無顯著相關性，與SAC極顯著正相關（表3）。紅富士/八棱海棠蘋果根際細菌豐度與根際CAT活性具有顯著正相關性，與土壤SBD、根際AP、AK和FDA水解酶活性具有極顯著正相關性；而與根際AN、ACP活性具有顯著負相關性，與土壤SP、O2、根際SAC、URE活性具有極顯著負相關性。另外，紅富士/八棱海棠蘋果根內細菌豐度與土壤SBD、根際AP、AK、CAT和FDA水解酶活性具有極顯著負相關性，與土壤SP、O2、根際AN、SAC、URE和ACP具有極顯著正相關性（表4）。

表3 紅富士/平邑甜茶根際和根內細菌豐度與土壤理化性狀和根際酶活性相關系數

*：＜0.05；**：＜0.01。下同The same as below

表4 紅富士/八棱海棠根際和根內細菌豐度與土壤理化性狀和根際酶活性的相關系數

土壤緊實脅迫下的根際和根內細菌豐度的變化是土壤中多個因素綜合作用的結果。以根際和根內細菌豐度作為響應變量、以根際土壤酶活性及環境因子作為解釋變量進行冗余分析。由圖4可以看出，橫軸和縱軸分別解釋了總細菌豐度變異的83.79%和16.08%，AK、AN、FDA、URE是引起根際和根內總細菌豐度變異的顯著變量（＜0.05），其中AK解釋了變異的63.60%，FDA水解酶和AN分別解釋了變異的16.60%和16.30%，說明土壤緊實脅迫下根際AK、AN和FDA水解酶與根際和根內細菌豐度的變化存在更密切的關系，尤其是AK。

3 討論

土壤中“水、肥、氣、熱”諸因子相互協調是保證作物健康生長的重要條件[27]。然而土壤緊實度增加提高了土壤容重，降低了土壤孔隙度和氧氣濃度，改變了土壤諸因子之間的關系和根際微環境[7-8]，而這必然會使依存于該微環境的微生物重新組裝[28]。本研究結果顯示，無論是紅富士/平邑甜茶還是紅富士/八棱海棠，土壤緊實度的提高均顯著影響蘋果根際細菌、真菌和放線菌的數量，也顯著改變根際有效土壤礦質養分的含量和根際酶活性。包括礦質養分在內的多種土壤物質需要在土壤酶的直接催化下發生轉化，土壤酶主要來源于土壤中的微生物。氧氣對土壤生物尤其是微生物的群落組成和根系養分吸收影響顯著[29-30]，土壤緊實度增加降低了土壤氧氣濃度，影響土壤養分的轉化和含量。

圖4 土壤緊實脅迫下蘋果根際和根內總細菌豐度與根際土壤酶活和理化性狀的冗余分析

3.1 土壤緊實脅迫影響根際礦質養分

土壤氮、磷、鉀等養分的狀態和含量是構成土壤理化性狀的重要因子，也是植物生長發育的必需元素，土壤緊實度提高會限制養分在土壤中的移動，影響根系對它們的吸收[31]。土壤緊實脅迫導致蘋果根際AN含量降低，AP和AK含量顯著提高，但沒有明顯影響它們在根際中的總含量。土壤緊實使植物根系和土壤界面緊密接觸，使P和K通過濃度梯度驅動的擴散方式更易到達根系附近[28]，而根際養分總量沒有顯著變化；同時，緊實脅迫降低根區氧氣濃度，限制根系對養分的吸收，加上土壤養分擴散也被限制[27]，導致AP、AK養分滯留于根際而使其含量提高。土壤緊實脅迫時，蘋果根系含硫量因砧木種類不同而異[6]。本研究中的蘋果根際礦質養分含量也會因砧木種類不同而表現出差異，紅富士/平邑甜茶根際AN含量降低幅度高于紅富士/八棱海棠，其根際AP和AK含量增加幅度低于紅富士/八棱海棠，說明土壤緊實脅迫對紅富士/平邑甜茶根際有效礦質養分含量的負面影響更大。此外，蘋果根際AN含量的降低會抑制微生物對養分的獲取，進而降低微生物豐度和活性[32]，而根際AN含量和AK含量在土壤緊實脅迫下的變化與蘋果根際和根內細菌豐度的變化關系尤為密切。

3.2 土壤緊實脅迫影響根際土壤酶活性和根際微生物

土壤中大部分酶來源于微生物，微生物的種類、數量和活性又決定著土壤酶的種類、數量和活性[17-18]。土壤酶推動土壤中的物質轉化、元素循環和能量流動，與土壤健康緊密相連，是土壤微生物功能性的體現[17]。CAT可以促進過氧化氫的分解，其活性是土壤微生物氧化還原性能指標[17]，緊實土壤的低氧環境使土壤中的生物化學變化更多地趨向還原反應[29]。低氧是對需氧生物一種逆境脅迫，而逆境脅迫下活性氧的增加會誘導過氧化氫酶活性的升高[33]，這可能是土壤緊實脅迫導致蘋果根際CAT活性增強的重要原因。研究發現，在耕層或耕層以下，土壤緊實度增加顯著抑制土壤轉化酶和水解酶（SAC、URE、ACP）活性，降低微生物功能性[34]，本研究發現蘋果根際的這些酶活性也同樣受到緊實脅迫的抑制，這可能與緊實脅迫限制了土壤通氣有關。除上述的土壤酶能夠反映土壤微生物功能外，土壤FDA水解酶也是評價土壤微生物量和微生物活性的重要指標，它與微生物的相關性比其他酶更顯著[35]。其活性與根際細菌在紅富士/平邑甜茶（減少）和紅富士/八棱海棠（增加）均表現出相似的變化趨勢，說明FDA水解酶與蘋果根際和根內細菌豐度的變化關系更密切。除土壤緊實脅迫外，蘋果根際土壤酶活性還受砧木種類的影響，紅富士/平邑甜茶根際CAT活性的提高幅度及SAC、URE、ACP活性的降低幅度均高于紅富士/八棱海棠；另外，FDA水解酶活性在紅富士/平邑甜茶根際中更易受到抑制，卻在紅富士/八棱海棠根際具有更強活性，說明紅富士/平邑甜茶根際酶活性對土壤緊實脅迫更敏感。

土壤理化性質的改變會造成微生物組成結構的變化[12]。本研究也得到類似的結果，土壤緊實脅迫顯著改變蘋果根際微生物群落組成結構，增加根際細菌群落所占比例。有研究表明土壤微生物特別是細菌對環境變化十分敏感，并將細菌群落作為評估土壤環境質量的指示性標志[3]，本研究中，蘋果根際細菌數量遠遠大于真菌和放線菌的數量，而且細菌數量因砧木種類而異，說明細菌群落對土壤緊實脅迫最敏感。且有研究證明，土壤細菌等一些微生物能通過產生乙烯等信號分子緩解環境壓力，協調根系生長與環境的關系[36]，由此推測在土壤緊實脅迫下細菌發揮更為重要的生理作用。根際微生物存在于根土界面，受土壤環境與根系活動的雙重影響[11]，在本研究中，土壤緊實脅迫下，紅富士/平邑甜茶根際細菌豐度受到抑制，紅富士/八棱海棠則能夠招募更多的根際細菌。DE CAMPOS等[37]認為影響根際細菌群落的因素主要是植物而不是土壤。本研究中，根際細菌豐度與土壤性狀在兩種砧木中呈現不同的相關性，也說明植物本身對根際細菌群落組成起主要作用。根內微生物存在于植物根組織內，能夠直接影響根系對環境脅迫的響應[1]。另外，本研究也發現蘋果根內細菌豐度受到土壤緊實脅迫的顯著抑制，其原因可能在于緊實脅迫改變了土壤結構以及土壤物理、化學與生物環境平衡[8]。綜合來看，土壤緊實度增加對蘋果根際與根內細菌豐度變化的影響，是土壤多個因素綜合作用的結果，其中AN、AK以及FDA水解酶活性對細菌豐度的影響最大。此外，砧木種類對土壤緊實脅迫的反應存在明顯差異[6]。而且，植物種類（基因型）不同所導致的根系形態和根系分泌物組成和數量不同，明顯影響根際及根內生菌的菌群數量和結構[38-39]。本研究結果也表明蘋果根際與根內細菌豐度及其土壤理化因子的相關性也受到砧木種類的影響。

4 結論

土壤緊實脅迫顯著影響蘋果根際微生物組成，進而改變根際土壤酶活性和根際有效性礦質養分的含量。根際細菌和FDA水解酶活性的變化因砧木而不同，它們在紅富士/平邑甜茶中更易遭受土壤緊實脅迫抑制；紅富士/八棱海棠根際具有更強的FDA水解酶活性以及能夠招募更多細菌。土壤緊實脅迫下，蘋果根際有效鉀和堿解氮、磷含量以及FAD水解酶酶活性的改變與根際和根內細菌豐度的變化存在更密切的關系，且其變化因砧木不同而異。

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Response Characteristics of Rhizosphere and Root Endosphere Bacteria and Rhizosphere Enzyme Activities to Soil Compaction Stress in Young Apple Tree

LI JiaQi, XUN Mi, SHI JunYuan, SONG JianFei, SHI YuJia, ZHANG WeiWei, YANG HongQiang

College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an 271018, Shandong

【Objective】The aim of this study was to identify the main factors causing bacterial abundance changed in the apple roots microenvironment under compaction stress, so as to provide a reference for further revealing the biological characteristics of apple rhizosphere and orchard soil management under soil stress.【Method】The experimental materials were potted young apple (Borkh.cv. Red Fuji) tree with the rootstocks ofRehd. andRehd., respectively. After pressing the potted soil to form compaction stress, the rhizosphere mineral nutrient content, soil enzyme activity and the bacterial abundance of rhizosphere and root endosphere were measured.【Result】In bothand, the soil compaction stress significantly increased rhizosphere available phosphorus content, available potassium content and catalase activity, however, significantly decreased rhizosphere alkaline-hydrolyzed nitrogen content, sucrase activity, urease activity, acid phosphatase activity and root endosphere bacterial abundance. Furthermore, the soil compaction stress also changed the composition and structure of rhizosphere microorganisms. Under soil compaction stress, the amount and abundance of rhizosphere bacterial and the activity of fluorescein diacetate (FDA) hydrolase changed with different rootstocks; however, which were significantly decreased inRed Fuji, with the reduction rates were 46.88%, 50.50% and 29.13%, respectively, and significantly increased in Red Fuji, with the increases were 51.41%, 20.22% and 13.76%, respectively. In compacted soil, rhizosphere alkali- hydrolyzed nitrogen content, hydrolase (sucrase, urease, acid phosphatase) activities and the bacterial abundance of root endosphere in Red Fujidecreased more than that inRed Fuji. Compared with Red Fuji,Red Fujihad stronger FDA hydrolase activity and recruited more rhizosphere bacteria. Redundancy analysis showed that rhizosphere available potassium, alkali-hydrolyzed nitrogen, and FDA hydrolase activities had the highest explanatory rate for variation of bacterial abundance in rhizosphere and root endosphere of apple under soil compaction stress.【Conclusion】The soil compaction stress significantly affected rhizosphere microbial composition, then changed soil enzyme activity and mineral nutrient content in apple rhizosphere. Rhizosphere bacteria and FDA hydrolase activity were different with rootstock, and highly inhibited by soil compaction stress in Red Fuji. Under soil compaction stress, the content of rhizosphere available potassium and alkali-hydrolyzed nitrogen, and the activity of rhizosphere FDA hydrolase were more closely related to the abundance of rhizosphere and root endosphere bacteria.

soil compaction; apple rootstock; rhizosphere; soil enzymes; root endosphere bacteria

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.13.010

2022-09-08；

2023-02-13

國家自然科學基金（32172517）、國家重點研發計劃（2019YFD1000103）

李佳琦，E-mail：907383250@qq.com。通信作者楊洪強，Tel：0538-8249304；E-mail：hqyang@sdau.edu.cn

（責任編輯 趙伶俐）