南瓜作砧木嫁接冬瓜根系分泌物對土壤微生態的影響

符厚隆　廖道龍　劉子凡　云天?！『G平　朱昌飛

摘 ? ?要：采用室內模擬法，在未種植過冬瓜的土壤中加入自根冬瓜、自根南瓜和嫁接冬瓜根系分泌物后，測定土壤基本理化性質、土壤酶活性和土壤可培養微生物數量的變化，以探究南瓜作砧木嫁接克服冬瓜連作障礙的內在機制，為砧木的選育及其配套栽培技術的應用提供理論依據。結果表明，相對于自根冬瓜根系分泌物，嫁接冬瓜根系分泌物能提高根際土壤pH及有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀含量，增加土壤脲酶與酸性磷酸酶活性、可培養細菌與放線菌數量，降低可培養真菌數量;相對于自根南瓜根系分泌物，嫁接冬瓜根系分泌物可顯著降低土壤脲酶和酸性磷酸酶活性;添加自根南瓜根系分泌物、自根冬瓜根系分泌物、嫁接冬瓜根系分泌物處理的土壤pH值、堿解氮含量、脲酶活性和酸性磷酸酶活性均呈現出隨處理時間的變化而變化。綜上所述，南瓜砧木與接穗之間存在互作效應，嫁接冬瓜可通過根系分泌物的作用來改善土壤質量，形成并維持一個特殊的微生態環境，提高土壤生態系統的穩定性。

關鍵詞：冬瓜;南瓜;嫁接;根系分泌物;土壤微生態;連作障礙

中圖分類號：S642.1+S642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2022）06-056-06

Root exudates affect soil microecology of grafted wax gourd with pumpkin as rootstock

FU Houlong LIAO Daolong LIU Zifan YUN Tianhai HU Yanping ZHU Changfei

（1. College of Tropical Crops， Hainan University， Haikou 570228， Hainan， China; 2. Hainan Province Academy of Agricultural Sciences Institute of Vegetables， Haikou 571100， Hainan， China; 3. Hainan Province Key Laboratory of Vegetable Biology， Haikou 571100， Hainan， China）

Abstract： In order to provide theoretical basis for the breeding of rootstocks and their application to integrated cultivation technique， the mechanism of grafted wax gourd with pumpkin as rootstock to overcome continuous cropping obstacle was studied. Adding root exudates of self-rooted wax gourd， self-rooted pumpkin and grafted wax gourd into the soil unplanted wax gourd， the dynamic changes of the soil physical and chemical properties， the soil enzyme activities and culturable microorganism number were measured by indoor simulation method. The result showed that root exudates of grafted wax gourd increased pH， organic matter， alkali hydrolytic nitrogen， available phosphorus and available potassium contents in rhizosphere soil， increased the activities of urease and phosphatase， the number of bacteria and actinomycetes， and decreased the number of fungi compared with root exudates of self-rooted wax gourd. Root exudates of grafted wax gourd decreased soil urease and acid phosphatase activities compared with root exudates of self-rooted pumpkin， and pH value， alkali hydrolytic nitrogen， urease and acid phosphatase activities of treatments with root exudates of self-rooted wax gourd， self-rooted pumpkin and grafted wax gourd varied as treatment time. These data suggest that there was an interaction effect between rootstock and scion， and the disease resistance of rootstock was weakened to some extent during the process of transmission to scion， and grafted wax gourd can form and maintains a special microecological environment in the rhizosphere through the effect of root exudates to improve the stability of soil ecosystem.

Key words： Wax gourd; Pumpkin; Grafted; Root exudate; Soil microecology; Continuous cropping obstacle

冬瓜[Benincasa hispida （Thunb.） Cogn.]是葫蘆科冬瓜屬一年生蔓性草本植物，因其價格穩定，營養豐富，深受消費者歡迎。海南是我國冬瓜生產和供應的重要基地之一，2019年海南種植冬瓜面積達8230 hm2[1]，且仍有不斷增加的趨勢。但是適合冬瓜種植土地面積有限，瓜農不得不長期連作。隨著連作年限的增加，冬瓜產量下降、品質變劣，而相應的農資和人力投入不斷增加，形成難以解決的惡性循環問題，成為制約冬瓜產業健康可持續發展的重要因素[2]。

當前，有效防控冬瓜土壤連作障礙的主要措施有使用化學殺菌劑和選育抗性品種?；瘜W措施有效性低，易出現抗藥性，破壞土壤、污染環境，與“一控兩減三基本”的基本目標相背離[3-5];選育抗性品種雖能從根本上解決問題，但由于抗重茬品種推廣的種類較少，價格較高，因此使用嫁接苗是目前可以有效緩解連作障礙的首選方法，但是，砧木的正確選擇是嫁接栽培能否克服連作障礙的關鍵[6-8]。海砧1號專用砧木具有高抗枯萎病特性，嫁接后的冬瓜枯萎病病情指數為0[9]，且該砧木嫁接冬瓜的產量[10]、氮吸收效率比傳統黑籽南瓜砧木嫁接的冬瓜高[11]。然而，該砧木減輕冬瓜連作障礙的機制還不清楚。

根系分泌的自毒物質是引起連作障礙的主要原因之一[12-15]，其主要通過影響土壤微生態環境，選擇性增加土壤中某些微生物的種類，導致土壤酶活性和土壤微生物結構發生變化，從而影響土壤病原菌生長，加重或減緩連作障礙[16-17]。海砧1號嫁接冬瓜后根系分泌物的成分和含量均發生了變化[18]，但嫁接后其對土壤微生態的研究還未見報道。為此，筆者以海砧1號為砧木材料，通過分析嫁接冬瓜根系分泌物對土壤微生態的影響，來探究其嫁接克服冬瓜連作障礙的機制，為砧木的選育及其配套栽培技術的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

冬瓜為鐵柱2號，由廣東省農業科學院蔬菜研究所提供，南瓜為海砧1號，由海南省農業科學院蔬菜研究所提供，嫁接冬瓜是以鐵柱2號為接穗、海砧1號為砧木。室內模擬試驗用土（簡稱模擬用土）采自海南大學海甸校區農科基地。土壤為未種植過冬瓜的0～20 cm土壤，其基本理化性質為：pH 5.69;有機質含量（w，后同） 0.37%;堿解氮含量 22.39 mg·kg;速效磷含量 20.34 mg·kg;速效鉀含量 45.32 mg·kg，過篩風干。

1.2 根系分泌物的獲得

根系分泌物采用土培收集法獲得。2019年12月5日，將生長至3葉1心時的嫁接冬瓜（gw）、自根冬瓜（sw）和自根南瓜（sp） 3種幼苗種植于海南澄邁縣永發試驗基地設施大棚中，常規管理。2020年3月21日挖取sp、sw和gw植株，抖取土壤后獲得攜帶根際土壤的植株根系，加入90 mL的去離子水和若干個玻璃珠封口后放在振蕩培養箱中振蕩24 h，轉速約150 r·min，取出根系，過濾、離心，得上清液，用0.45 g的濾膜抽濾[19]，獲得sp、sw和gw 3種來源的根系分泌物，4 ℃冰箱保存備用。

1.3 試驗設計

采用室內模擬試驗法。設3個處理，分別為添加sp、sw和gw 根系分泌物（用RE、RE和RE表示）。將模擬用土加入至洗凈的組培瓶，每瓶100 g，每處理1瓶，4次重復，分別加0.1 g·mL RE、RE和RE12 mL，攪勻，完全隨機放置于28 ℃培養箱培養。

1.4 測定指標與方法

分別于試驗第7天、第14天和第21天采集土壤，每次約30 g，一部分置于-20 ℃冰箱中密封保存用于測定土壤可培養微生物數量和土壤酶活性，一部分風干用于測定土壤理化性質。

1.4.1 土壤可培養微生物數量 采用平板計數法測定真菌、細菌和放線菌的數量。細菌采用牛肉膏蛋白胨培養基，真菌采用馬丁氏培養基，放線菌采用改良的高氏一號培養基，計算干土中微生物菌落數（CFU·g）。

1.4.2 土壤理化性質的測定 采用電位法測定pH值;采用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法測定有機質含量;采用堿解擴散法測定土壤堿解氮含量;采用鹽酸-氟化銨法測定速效磷含量;采用1 mol·L乙酸銨浸提-火焰光度計法[20]測定速效鉀含量。

1.4.3 土壤酶活性 采用對應的試劑盒測定土壤脲酶和酸性磷酸酶活性。

1.5 數據處理

數據采用DPS 9.05以及 Excel 2016軟件處理，多重比較選用Duncan’s新復極差法。

2 結果分析

2.1 對土壤理化性質的影響

由圖1可知，無論是處理后第7天、第14天還是第21天，RE處理的土壤pH值及有機質、速效鉀含量均顯著小于RE和RE處理。處理后第7天和第14天，RE處理的土壤pH值顯著大于RE處理，而處理后第21天，RE處理的土壤pH值顯著大于RE處理。處理后第14天，RE處理的有機質含量顯著高于RE處理，但在處理后第7天和第21天兩者間均無顯著差異，不論是處理后第7天、第14天和第21天，RE和RE處理間速效鉀含量無顯著差異。

另外，不論是處理后第7天、第14天還是第21天，RE處理與RE處理之間堿解氮和速效磷含量均無顯著差異，RE和RE處理在第14天與第21天的堿解氮和速效磷含量均顯著大于RE處理，處理后第7天土壤速效磷含量RE處理顯著小于RE處理。

從圖1還可知，RE處理的土壤pH及有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀含量均呈現出隨著處理時間的延長而不斷增加的趨勢;REsp處理除有機質含量和速效鉀含量隨處理時間延長無顯著差異外，土壤pH及堿解氮、速效磷含量呈現隨時間的延長不斷增大的趨勢。RE處理的土壤pH呈現隨處理天數的增加而不斷增加的趨勢，有機質含量隨處理時間的延長呈先下降后上升的趨勢，堿解氮含量呈不斷降低的趨勢，速效磷則是隨處理時間的延長呈現先上升后下降的趨勢，速效鉀含量隨處理天數的增加無顯著差異。

2.2 對土壤脲酶和酸性磷酸酶活性的影響

由圖2可知，處理后第7天，RE、RE和RE 3個處理之間脲酶和酸性磷酸酶活性均無顯著差異;在處理后第14天和第21天，各處理之間脲酶和酸性磷酸酶活性均存在顯著差異，均表現為RE處理>RE>RE處理。

由圖2還可知，RE處理的脲酶活性隨著時間的延長呈現先下降后上升的趨勢，RE處理的酸性磷酸酶活性呈現隨處理時間的延長而不斷降低的趨勢;RE處理的脲酶活性和酸性磷酸酶活性與RE處理的酸性磷酸酶活性均隨處理時間的延長而不斷增大，RE處理的脲酶活性則是隨著處理時間的延長呈現先上升后下降的趨勢。

2.3 對土壤可培養微生物數量的影響

由圖3可知，處理后第7天和第14天，RE、RE和RE處理之間土壤可培養細菌和真菌數量均無顯著差異。處理后第21天，RE處理的土壤可培養細菌數量顯著低于RE和RE處理，而RE和RE處理之間無顯著差異;RE處理土壤可培養真菌數量顯著大于RE和RE處理，而RE和RE處理之間無顯著差異。處理后第7天，RE、RE和RE處理之間的土壤放線菌數量均無顯著差異，處理后第14天，RE處理土壤放線菌數量顯著大于RE處理;但RE和RE處理之間土壤放線菌數量無顯著差異;處理后第21天，3種處理之間土壤可培養放線菌數量均存在顯著性差異，且表現為RE處理sp

從圖3還可知，RE處理土壤可培養真菌數量呈現隨處理時間的延長而逐漸下降趨勢;RE和RE處理土壤可培養細菌、真菌和放線菌數量以及RE處理的土壤可培養細菌和放線菌數量均在不同處理后不同天數間無顯著差異。

2.4 土壤微生態各指標的相關分析

由表1可知，土壤pH值與有機質、速效磷、速效鉀含量呈顯著或極顯著正相關，有機質含量與速效鉀含量呈顯著正相關，堿解氮含量與速效磷含量、速效鉀含量、脲酶活性、酸性磷酸酶活性、可培養細菌數量、可培養放線菌數量呈顯著或極顯著正相關，速效磷含量與速效鉀含量、脲酶活性、酸性磷酸酶活性、土壤可培養放線菌數量呈顯著或極顯著正相關，速效鉀含量與脲酶活性、酸性磷酸酶活性、土壤可培養細菌數量、土壤可培養放線菌數量呈顯著或極顯著正相關，脲酶活性與酸性磷酸酶活性、土壤可培養細菌數量呈顯著或極顯著正相關，酸性磷酸酶活性與可培養細菌數量、可培養放線菌數量呈顯著或極顯著正相關，可培養細菌數量與可培養放線菌數量呈極顯著正相關。除此之外，可培養真菌數量與堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、酸性磷酸酶活性、可培養細菌數量、可培養放線菌數量均呈顯著或極顯著負相關關系。

3 討論與結論

連作障礙的產生與植物產生的化感物質密切相關[21-22]。長期種植單一作物，植株分泌物和殘留物不斷積累，何志鴻等[23]指出大豆連作減產的主要原因可能是大豆在生長過程中根系分泌了某些物質。作物連作后形成的特殊土壤微生態環境也是造成連作障礙的主要原因[24]。土壤微域環境是土壤物理、化學和生物學特征的聯合[25]。土壤養分是土壤中能夠直接或間接轉化而被植物吸收的礦質元素;土壤酶參與土壤中物質和能量的轉化;土壤中大部分的微生物參與礦物質和有機質的轉化，作為養分轉化的驅動因子，在土壤結構和肥力的形成過程中發揮重要作用。

土壤微域環境的養分積累與植物根系分泌物的種類和數量息息相關。植物根系分泌物在植物和環境的相互作用中起著信息傳遞的作用。根系分泌物中的有機酸可以活化根際中的營養元素，增加營養元素的有效性[26]，有機酸及酸性基團所釋放的 H+會使土壤酸化[27]。酸化土壤中，細菌多樣性下降，真菌增多，打破了微生物群落的平衡，促使土傳病原菌大量增殖，加劇土傳病害發生[28]。Deltour 等[29]研究表明，高土壤pH能增強土壤抑鐮刀菌枯萎病能力，施入堿性肥料能有效地抑制尖孢鐮刀菌的萌發和致病。Haynes等[30]研究表明，在土壤中添加石灰可以提高土壤pH并降低枯萎病的發病率。本研究結果表明，相對自根冬瓜，嫁接冬瓜根系分泌物可使植株根際土壤pH及有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀含量提高，土壤脲酶和酸性磷酸酶活性升高，可培養細菌和放線菌數量增加，可培養真菌數量下降;添加自根南瓜根系分泌物、自根冬瓜根系分泌物、嫁接冬瓜根系分泌物處理的土壤pH值、堿解氮含量、脲酶活性和酸性磷酸酶活性均呈現出隨處理時間的變化而變化。另外，研究還表明，相對自根南瓜，嫁接冬瓜根系分泌物可降低土壤脲酶和酸性磷酸酶活性，這表明砧木與接穗之間存在著互作效應，砧木的抗病性向接穗傳遞過程中在一定程度上會削弱。

砧木與接穗間的相互作用可改變嫁接體原有的生理生化反應[31-32]，繼而影響根系分泌物的種類與數量?？剐哉枘究赏ㄟ^產生根系分泌物影響根際微生物群落并激活宿主的有效防御反應，降低土壤中病原菌的數量[33]。

綜上所述，嫁接冬瓜可通過根系分泌物的作用來改善土壤質量，形成并維持一個特殊的微生態環境，提高了土壤生態系統的穩定性，這是南瓜嫁接克服連作障礙的機制之一。

參考文獻

[1] 海南省統計局. 海南統計年鑒[M].北京：中國統計出版社，2019.

[2] 廖道龍，馮學杰，朱白俾，等.冬瓜嫁接砧木評價及其產量與性狀的相關性分析[J].南方農業學報，2017，48（8）：1434-1440.

[3] 帥正彬，陳慧琨.冬瓜枯萎病的防治[J].四川農業科技，1994，（5）：17-18.

[4] 謝大森，何曉明，彭慶務，等.冬瓜枯萎病的抗性遺傳規律[J].熱帶作物學報，2009，30（7）：1005-1008.

[5] 張智釵，吳錦富.冬瓜疫病、枯萎病的識別與防治[J].福建熱作科技，1999，24（2）：36.

[6] 廖道龍，伍壯生，鄧長智.海南冬瓜抗枯萎病嫁接砧木篩選研究[C]//中國園藝學會2014年學術年會論文摘要集（2014-12-26，南昌），《園藝學報》編輯部，2014：152.

[7] 王春霞.茄子嫁接栽培對黃萎病及其他土傳病害防治的研究[J].安徽農業科學，2003，31（1）：155.

[8] 伍倩慧，司雨，梁見冰，等.黑皮冬瓜嫁接砧木的篩選與鑒定[J].長江蔬菜，2016（6）：54-57.

[9] 朱白婢，胡艷平，云天海，等.冬瓜砧木新品種“海砧1號”的選育[J].北方園藝，2018（10）：208-210.

[10] 廖道龍，馮學杰，朱白俾，等.冬瓜嫁接砧木評價及其產量與性狀的相關性分析[J].南方農業學報，2017，48（8）：1434-1440.

[11] 廖道龍，劉子凡，陳貽誦，等.一種冬瓜減氮增產施肥方法：201811378403.4[P].2019-01-18.

[12] 王廣印，韓世棟，陳碧華，等.黃瓜種子及其萌發期的化感作用研究[J].西北植物學報，2012，32（8）：1654-1663.

[13] 陳玲，董坤，楊智仙，等.連作障礙中化感自毒效應及間作緩解機理[J].中國農學通報，2017，33（8）：91-98.

[14] 李雪楓，王堅，胡堅，等.瓜類蔬菜化感作用研究進展[J].北方園藝，2019（16）：136-145.

[15] 馬云華，王秀峰，魏珉，等.黃瓜連作土壤酚酸類物質積累對土壤微生物和酶活性的影響[J].應用生態學報，2005，16（11）2149-2153.

[16] QU X H，WANG J G.Effect of amendments with different phenolic acids on soil microbial biomass activityand community diversity[J].Applied Soil Ecology，2008，39（2）：172-179.

[17] 張鳳麗，周寶利，王茹華，等.嫁接茄子根系分泌物的化感效應[J].應用生態學報，2005，16（4）：750-753.

[18] 袁飛，劉子凡，廖道龍，等.南瓜嫁接提高冬瓜枯萎病抗性的化感機制[J].中國瓜菜，2021，34（5）：26-29.

[19] 袁飛，劉子凡，閆文靜，等.木薯根系分泌物與土壤浸出液對橡膠樹2 種致病菌的化感效果[J].熱帶作物學報，2020，41（8）：1708-1713.

[20] 鮑士旦.土壤農化分析[M].3版.北京：中國農業出版社，2000，39-114.

[21] BOOKER F L，BLUM U FISUS E L.Short-term effects of ferulic acid onion uptake and water relations in cucumber seedlings[J].Journal of Experimental Boteny，1992，43（5）：649-655.

[22] YU J Q，MATSUI Y.Effects of root exudates of cucumber（Cucumis sativus）and allelochemicals on the ion uptake by cucumber seedline[J].Journal of Chemical Ecology，1996，22（3）：812-834.

[23] 何志鴻，許艷麗，劉忠堂，等.大豆重迎茬減產的原因及農藝對策研究：重迎茬大豆的根系分泌物與根茬腐解物[J]. 大豆科技，2011（4）：7-14.

[24] LEWIS J A，PAPAVIZAS G.C.Biocontrol of plant diseases：the approach for tomorrow[J].Crop Protection，1991，10（2）：95-105.

[25] BREJDA J J，KARLEN D L，SMITH J L，et al.Identification of regional soil quality factors and indicators Ⅱ.Northern Mississippi Loess Hills and Palousr Prairie[J].Soil Science Society of America Journal，2000，64（6）：2125-2135.

[26] 蘭忠明，林新堅，張偉光，等.缺磷對紫云英根系分泌物產生及難溶性磷活化的影響[J].中國農業科學，2021，45（8）：1521-1531.

[27] 李浩成，左應梅，楊紹兵，等.三七根系分泌物在連作障礙中的生態效應及緩解方法[J].中國農業科技導報，2020，22（8）：159-167.

[28] 任改弟，王光飛，馬艷.根系分泌物與土傳病害的關系研究進展[J].土壤，2021，53（2）：229-235.

[29] DELTOUR P，FRANCA S C，LIPARINI PEREIR O，et al.Disease suppressiveness to Fusarium wilt of banana in an agroforestry system： Influence of soil characteristics and plant community[J].Agriculture Ecosystems and Environment，2017，239：173–181.

[30] HAYNES R.J，NAIDU R. Influence of lime，fertilizer and manure applications on soil organic matter content and soil physical conditions：A review[J].Nutrient Cycling in Agroecosystems，1998，51（2）：123-137.

[31] 劉德興，荊鑫，焦娟，等.嫁接對番茄產量、品質及耐鹽性影響的綜合評價[J].園藝學報，2017，44（6）：1094-1104.

[32] 孫敬爽，李少峰，董辰希，等.嫁接植物體中RNA分子長距離傳遞研究進展[J].林業科學，2014，50（11）：158-165.

[33] RUMBERGER A，YAO S R，MERWIN I A，et al.Rootstock genotype and orchard replant position rather than soil fumigation or compost amendment determine tree growth and rhizosphere bacterial community composition in an apple replant soil[J].Plant and Soil，2004，264（1）：247-260.