微生物菌劑對連作地塊辣椒生長和微生物群落的影響

中圖分類號：S641.3 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2025）08-154-07

Effects of microbial agents on the pepper growth and microbial community in continuous cropping plots

LIU Zhiliang'，LIU Yubing2，LIUXinhua2， YANJiqiong3， CAO Chunxin2 （1.TaishunCoutAgricuturalecholgExtesionenteTishun5ejanghna;naAgriculturaliee searchsttenuotd Abstract：Usingthe chili variety Chicken Claw x Jilin as the material， the effect of microbial agents on the growth and microbialcommunityofchili pepper incontinuous cropping plots was studied through holeapplication method.The results indicate that themicrobial agent（SW）promotes the growth ofpepper toacertain extent.The plant height，stemdiameter，fruitlength，fruit widthandyieldoftheplantaresignificantlyhigherthanthoseofthecontrol（CK）.Notablythe yield is the largest，with an increase of 14.76% compared to the control. The application of microbial agent increases the relativespeciesnumberandOTU numberoffungiand bacteria inthesoil.Through KEGGmetabolic pathwayanalysis，it is foundthatmetabolismisthepathwaywiththe mostsignificant enrichmentofdiferential functions，with relative abundance of nearly 80% . Comprehensive analysis shows that microbial agent can improve the community structure of soil fungi and bacteria， promote the growth of pepper plant，and increase pepper yield.

Key words：Pepper;Microbial agent; Crop continuous; Growth;Microbial community

近年來，隨著全球人口增加，城市化進程加快，耕地面積逐漸減少，重茬導致的連作障礙已成為制約辣椒生產和發展的一大難題。微生物菌劑具有改善土壤結構、預防土傳病害、維持根際微生物區系平衡和降解有毒有害物質等作用2。研究表明，施用微生物菌劑后，蕃茄、辣椒和草莓等作物的株高、莖粗、單果質量、果實維生素C含量均有不同程度的增加，改善了植株長勢并提高了營養品質[3-4}；施用微生物菌劑可顯著提高土壤的電導率、有效磷和速效鉀含量，增加土壤中芽孢桿菌屬的豐度以及真菌群落的豐富度和多樣性，進而提高草莓的存活率和產量]。

施用微生物菌劑能夠增加土壤中微生物種類、數量，并增強其活性，通過代謝產物轉化土壤中的營養元素，從而提高作物產量，改善作物品質，減少化肥用量，降低成本，改良土壤；同時抑制土壤有害物質產生，降低草莓炭疽病的發病率和致死率，增強辣椒抵抗辣椒疫霉菌侵染的能力[，降低設施番茄灰霉病、葉霉病、晚疫病的發病率[8；增強抵抗干旱脅迫響應的能力，以及在Cd和Pb污染土壤修復等方面具有良好的生態環境效應[]。

筆者選用的試驗地已連續種植辣椒15a（年），雖然利用夏季高溫悶棚、生石灰消毒、冬季低溫冷凍及雨水淋溶等物理手段，在一定程度上減少了土壤中病蟲的數量，減輕了病害的發生程度，緩解了土壤連作障礙等問題。然而在第二年辣椒種植過程中，尤其秋季辣椒生長后期，土傳病害加劇，土壤營養失衡，土壤板結、酸化，微生物群落失衡等問題依然存在，最終導致辣椒產量降低、品質下降。試驗地種植戶在施用微生物菌劑后發現，辣椒植株在生長后期病害發生率及病害癥狀有一定程度的下降和緩解。眾多研究者采用每棚定量、均勻撒施的方式，而本試驗采用打孔定位、定量穴施的方式，探究微生物菌劑對連作地塊辣椒生長和產量的影響，并對土攘中養分含量和微生物群落結構進行分析，探索微生物菌劑促生、抗病的作用機制，以期為緩解辣椒連作障礙提供一定的理論和技術支撐。

1材料與方法

1.1材料

試驗于2023年 _7-12 月在浙江省金華市白龍橋鎮金華市農業科學院辣椒基地進行，試驗地連續種植辣椒 15a ，土壤肥力中等，有機質含量（ w ，后同 11.32g?kg^-1 全氮（N）含量 0.65g?kg^-1， 速效磷 （P₂O₅） 含量 4.81mg?kg^-1. 速效鉀 （K₂O） 含量114.66mg?kg^-1，pH=6.8 。供試辣椒品種為雞爪 × 吉林；微生物菌劑采購于山東金惠農生物科技有限公司，有效活菌數 ?5.0 億·g^-1 ，主要成分為解淀粉芽孢桿菌。

1.2試驗設計

2023年7月15日辣椒播種，采用穴盤育苗，8月20日定植。試驗共設置2個處理：1個微生物菌劑處理（SW），1個不施用微生物菌劑處理作為對照（CK），每個處理3次重復，共6個小區，每小區面積40m² ，各小區隨機排列。采用高壟覆膜栽培，每壟雙行定植160株，株距 40cm ，行距 40cm 。在定植前7～10d，整地作畦，每 667m² 施復合肥 25kg 和過磷酸鈣 20kg ，定植當天對畦面打孔，孔內穴施約16g 微生物菌劑，隨后將辣椒定植到施有微生物菌劑的孔內，后續管理按照田間正常管理。

在最后一次采摘時（即12月14日），通過五點取樣法采集辣椒植株根部周邊、土層厚為 15cm 的土壤，每組處理隨機采集3份樣品，然后立即置于干冰中，帶回實驗室并置于 -80^°C 冰箱中保存，用于后續土壤真菌、細菌多樣性及群落結構的測定。

1.3 測定指標及方法

1.3.1辣椒植株性狀及產量測定在成熟期每小區隨機選取10株辣椒，用直尺測量莖最底部到最高枝生長點的高度為株高，用游標卡尺測量植株第1節間的寬度為莖粗。從坐果期開始，每小區選擇代表性植株10株，采用標記稱質量法測定果長、果寬、單果質量。在果實采收期，各處理小區果實達到采摘標準后每隔5d采收一批并稱量鮮質量，小區總產量為每次采摘的質量之和。

1.3.2土壤DNA提取、擴增和高通量測序稱取1g 土壤樣品，采用DNA提取試劑盒（PowerSoilDNAIsolationKit）提取土壤總DNA，使用引物338-F（ 5% ACTCCTACGGGAGGCAGCA- 3^′ ）和806-R（ 5^′? -GGACTACHVGGGTWTCTAAT- 3^′ ）對細菌16SrRNAV3-V4區和真菌ITS1分別進行擴增。反應體系：采用諾唯贊生物科技有限公司生產的 2× ChamQUniversalSYBRqPCRMasterMix試劑盒進行熒光定量PCR（表1）。反應程序：采用三步法PCR擴增程序進行PCR反應：第一步， 95^°C 30s；第二步， 95^°C10s，60^°C30s，40 個循壞；第三步， 95^°C15s，60^°C60s，95^°C15s s。將PCR擴增片段純化和定量分析后進行高通量測序，測序由北京華大基因生物科技有限公司完成。

表1熒光定量PCR反應體積

Table1 ReactionvolumeoffluorescentquantitativePCR

1.4 數據分析

采用MicrosoftExcel軟件進行數據處理，利用R軟件包“vegan”與SPSS22.0統計軟件進行分析。KEGG功能預測：細菌測序使用PICRUSt軟件通過比對16S測序數據獲得物種組成信息，真菌測序使用PICRUSt軟件通過比對ITS1測序數據獲得物種組成信息，然后分別推測樣本中的功能基因組成，并分析不同樣本或分組之間在功能上的差異。

2 結果與分析

2.1微生物菌劑對辣椒生長和產量的影響

從表2可以看出，施用微生物菌劑處理（SW）能促進辣椒植株生長，株高、莖粗、果長、果寬及產量分別較CK顯著增加了 12.06%.5.70%.3.41% 6.02%，4.34% 和 14.76% ；而單果質量略高于對照，但差異不顯著。

表2微生物菌劑對辣椒生長和產量的影響

Table2Effects of microbial agents on pepper growth and yield

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。下同。 Note：Different small letters in thesame column indicate significant difference at 0.O5level.The same below.

2.2土壤微生物群落組成及關鍵物種差異比較

從圖1可以看出，不同處理下土壤真菌和細菌微生物群落組成有所差異。土壤中真菌在屬水平上的前5個優勢菌門分別為散囊菌（Eurotiomyce-tes）、被孢霉菌（Mortierellomycetes）、糞殼菌（Sordar-iomycetes）、傘菌（Agaricomycetes）和座囊菌（Do-thideomycetes）；細菌在屬水平上的前5個優勢菌門分別為 a. -蛋白菌（Alphaproteobacteria）、伽馬桿菌（Gammaproteobacteria）、芽單胞菌（Gemmati-monadia）、酸桿菌Gp2和Gpl（Acidobacteria_Gp2和Acidobacteria_Gpl）。如圖2所示，通過分析土壤中真菌和細菌的10個關鍵物種發現，SW處理下土壤中真菌和細菌的關鍵物種相對豐度之和分別占總群落的 83% 和 59% ，而CK為 86% 和 55% ; SW處理下土壤中真菌和細菌前5個優勢菌綱（門）相對豐度之和分別占總群落的 76% 和 45% ，而CK為71% 和 42% 。另外，真菌中被孢霉菌、散囊菌、黑粉菌、球囊菌和細菌中的 a. -蛋白菌、芽單孢菌、酸桿菌 -變形菌相對豐度在SW處理下高于CK，其他菌綱（門）相對豐度低于CK。

2.3土壤真菌和細菌群落 α 多樣性

如圖3所示，隨著樣本量的增加，土壤真菌和細菌群落OTU豐富度稀釋曲線逐漸趨于平緩。

圖2不同處理下土壤真菌（A）和細菌（B）關鍵物種差異比較

圖3不同處理下土壤真菌（A）細菌（B）OTU豐富度稀疏曲線 Fig.3Sparse OTU richness curves of soil fungi（A）and bacteria（B）under different treatments

SW處理下土壤中的真菌相對物種數約2500種，而CK僅2000種左右；細菌相對物種數低于真菌相對物種數，SW處理下土壤中的細菌相對物種數約500種，CK約450種，說明施用生物菌劑后土壤中的真菌和細菌相對物種數量均有所增加。

由圖4可知，真菌OTU總數為621個，其中SW處理下特有真菌OTU數為328個，CK特有真菌OTU數為293個，共有真菌OTU數為376個；

而細菌OTU總數高于真菌OTU總數，共有OTU數達2238個，其中SW處理下特有細菌OTU數為994個，CK特有細菌OTU數為564個。因此，在施用生物菌劑后，土壤中的真菌和細菌數量均高于CK，具有更豐富的微生物多樣性。

從表3可以看出，SW處理下土壤真菌和細菌中的Chaol指數和香農一維納指數（Shannon）高于CK，但差異不顯著；而SW處理下真菌中辛普森指數（Simpson）略低于CK，但差異不顯著，而細菌中Simpson指數相同。因此，施用微生物菌劑可豐富土壤中真菌和細菌多樣性，改善土壤真菌和細菌群落結構。

圖4不同處理下真菌（A）和細菌（B）OTUs韋恩圖

表3不同處理下土壤真菌和細菌多樣性變化

Table3Changes in soil fungal and bacterial diversityunder different treatments

2.4KEGG通路富集分析

如圖5所示，KEGG通路主要富集在代謝通道（metabolism）、遺傳信息處理（geneticinformationprocessing）、細胞過程（cellularprocesses）、環境信息處理（environmental information processing），其中代謝通道是差異功能最顯著富集的通路，相對豐度近80% 。此外，兩處理間的 p -value和FDR值在所有通路中差異均不顯著。

圖5不同處理下土壤細菌KEGG差異分析

Fig.5Differentialanalysisof soil bacterialKEGGunderdifferent treatments

從圖6可以看出，最顯著富集通路代謝通道上的代謝物主要有碳水化合物代謝（carbohydrateme-tabolism）、萜類化合物和聚酮類化合物代謝（metab-olismofterpenoidsandpolyketides）、輔因子和維生素代謝（metabolism of cofactorsand vitamins）、氨基酸代謝（aminoacidmetabolism）、其他氨基酸代謝（metabolismofotheraminoacids）、脂質代謝（lipidmetabolism）、外源性物質的生物降解和代謝（xeno-bioticsbiodegradationandmetabolism）、能量代謝（energymetabolism）及復制和修復（replicationandrepair）。其中SW處理下相對豐度分別為 12.68% 、9.26% 、 11.95% 、 12.86% 、 8.22% 、 6.92% 、 6.57% 、5.29% 和 4.92% ；CK處理下相對豐度分別為12.79% 小 9.52% 、 12.04% 、 12.86% 、 7.75% 、 6.77% 、6.12%.5.22% 和 5.12% 。因此，在SW處理下代謝通道上的代謝物總相對豐度為 78.67% ，高于CK的78.18% ，說明在SW處理下細菌群落代謝物的相對豐度較高。

3 討論與結論

近年來，施用微生物菌劑已成為保障土壤可持續發展、促進作物生長、提高作物產量和品質的重要措施之一。研究表明，微生物菌劑處理能促進番茄植株生長，提高果實產量和品質[12-13]；可有效控制棘椒發病率，減輕疫病發生程度，緩解溫室辣椒連作障礙[1415]。本研究結果表明，與對照相比，施用微生物菌劑處理顯著增加了辣椒的株高、莖粗、果長、果寬和產量。說明微生物菌劑的施用對促進辣椒植株生長、提高辣椒產量有較好的效果。這一結論與前人在甜瓜、生菜上的研究結果相同[16-17]。

微生物群落結構是影響土壤質量和植物病害的關鍵因素[18]。研究表明，不同微生物菌劑對秸稈中可培養微生物數量有顯著影響，秸稈中可培養真菌、細菌、放線菌數量在前30d顯著高于不施菌劑的對照和混合菌劑處理[19-20]；楊楠等[21]研究表明，施加微生物菌劑可以顯著提高馬鈴薯根際土壤細菌OTU數量、Chaol指數和ACE指數，以及土壤中根瘤菌屬Rhi—zobium、假單胞菌屬Pseudomonas、芽孢桿菌屬Bacillus等細菌屬及被孢霉屬Mortierella等真菌屬物種的相對豐度[22-23]，同時減少病原真菌數量，增加了細菌數量和生物量[24-25]。侯棟等[2]采用微生物菌肥替代部分化肥，發現施用微生物菌肥不僅增加了有益微生物如浮霉菌門（Planctomcetota）、放線菌門（Actinobacteria）、厚壁菌門（Firmicures）和被孢霉屬（Mortierella）等的相對豐度，而且降低了病原菌如油壺菌屬（Olpidium）和小壺菌屬（Spizello-myces）的相對豐度。本研究結果顯示，施用微生物菌劑土壤中的真菌和細菌相對物種數量均多于CK，OTU數量也多于CK。在真菌和細菌群落 α 多樣性方面，SW處理下土壤真菌和細菌中的Chaol指數和香農一維納指數明顯大于CK，真菌中辛普森指數略低于CK，但差異不顯著，而細菌中辛普森指數相同，說明施用微生物菌劑可豐富土壤中真菌和細菌多樣性，改善土壤真菌和細菌群落結構組成。通過KEGG代謝途徑分析，觀測不同處理土壤細菌群落的功能基因在代謝途徑上的差異和變化，結果顯示，KEGG通路主要富集在代謝通道、遺傳信息處理、細胞過程和環境信息處理，其中代謝通道是差異功能最顯著富集的通路，相對豐度近80% 。說明施用微生物菌劑可以促進細菌生長和繁殖，提高細菌群落多樣性、優勢菌群豐度及代謝物相對豐度，改善根際土壤細菌群落結構組成。

綜上所述，施用微生物菌劑顯著促進了辣椒生長，提高了產量，增加了土壤中的真菌和細菌相對物種數量及OTU數，豐富了土壤中真菌和細菌多樣性，改善了土壤真菌和細菌群落結構的組成。

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