甲殼素對(duì)連作條件下平邑甜茶幼苗生長(zhǎng)及土壤環(huán)境的影響

王艷芳,付風(fēng)云,李家家,王 森,戰(zhàn) 將,吳萌萌,張桂娟,沈 向,陳學(xué)森,毛志泉,*

1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院/作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 泰安 271018 2 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院, 泰安 271018 3 山東青云街道辦事處林業(yè)站, 新泰 271000

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甲殼素對(duì)連作條件下平邑甜茶幼苗生長(zhǎng)及土壤環(huán)境的影響

王艷芳1,2,付風(fēng)云1,李家家1,王 森1,戰(zhàn) 將2,吳萌萌2,張桂娟3,沈 向1,陳學(xué)森1,毛志泉1,*

1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院/作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 泰安 271018 2 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院, 泰安 271018 3 山東青云街道辦事處林業(yè)站, 新泰 271000

研究在蘋果連作土壤中添加甲殼素對(duì)蘋果幼苗生長(zhǎng)、土壤酶及土壤真菌群落結(jié)構(gòu)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(jù)。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(cè)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(hù)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(jié)構(gòu)的變化。9月份結(jié)果表明,與對(duì)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(duì)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(hù)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(hù)酶活性。1.0 g/kg甲殼素處理可提高土壤中細(xì)菌/真菌值,并且提高了土壤中蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶、過(guò)氧化氫酶和多酚氧化酶活性,分別比對(duì)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(duì)照相當(dāng)。根據(jù)T-RFLP的圖譜中OUT的數(shù)量、種類及豐度,分別計(jì)算了不同處理土壤的真菌多樣性,發(fā)現(xiàn)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(shù),分別比對(duì)照增加了52.2%、8.0%和87.1%。主成分分析(PCA)結(jié)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(fù)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(shuō)明添加不同量的甲殼素對(duì)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(huì)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(jié)構(gòu)多樣性。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(huán)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(jié)構(gòu)

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(huì)產(chǎn)生產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣、生長(zhǎng)發(fā)育狀況變差的現(xiàn)象。蘋果連作障礙表現(xiàn)為植株矮小、葉片變小、生長(zhǎng)衰弱、根系分生能力差且抗性差、果實(shí)品質(zhì)低劣,而且再植成活率低[1]。盡管連作障礙的產(chǎn)生的原因復(fù)雜多樣,但土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)失衡,尤其是土壤中真菌群落結(jié)構(gòu)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(zhǎng)期連作后,土壤中的真菌成上升趨勢(shì),根際土壤微生物結(jié)構(gòu)失調(diào),連作障礙明顯[4]；劉星等[5]研究認(rèn)為根際土壤真菌群落組成結(jié)構(gòu)的改變,特別是與土傳病害有關(guān)的致病菌滋生可能是導(dǎo)致馬鈴薯連作障礙的重要原因。因此,土壤真菌群落結(jié)構(gòu)變化的研究,對(duì)于進(jìn)一步了解和預(yù)防蘋果連作障礙具有重要意義。

土壤化學(xué)消毒法是緩解連作障礙的有效措施之一,但是隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)綠色無(wú)公害食品的需求,探尋其他無(wú)污染、可緩解防控連作障礙的措施是生產(chǎn)者亟需解決的問(wèn)題。研究表明土壤添加劑可以改善土壤結(jié)構(gòu),促進(jìn)作物生長(zhǎng),提高農(nóng)作物的品質(zhì)與產(chǎn)量,如連作土壤中添加外源物質(zhì)如NO、有機(jī)物料、芥菜籽粉、殼質(zhì)粗粉、綠肥、餅肥、堆肥和糞肥等有利于提高土壤養(yǎng)分,降低土壤中有害物質(zhì),提高土壤質(zhì)量,緩解連作障礙[6]。張國(guó)斌等[7]研究發(fā)現(xiàn)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(nèi) MDA 積累,緩解自毒作用對(duì)辣椒幼苗的傷害,增強(qiáng)辣椒的抗逆性。連作果園連續(xù)兩年施用芥菜籽粉后,蘋果根際具有獨(dú)特的細(xì)菌和真菌群落,其中包括一部分對(duì)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(fā)現(xiàn),春季發(fā)酵60 d、夏季和秋季發(fā)酵45 d的有機(jī)物料發(fā)酵流體,對(duì)促進(jìn)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(jī)肥可有效防治連作條件下黃瓜枯萎病。甲殼素及其水解產(chǎn)物殼聚糖可有效促進(jìn)植物的生長(zhǎng),提高作物的產(chǎn)量,并且可以改善土壤的結(jié)構(gòu),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(hù)酶活性,對(duì)提高茶樹抗逆能力具有潛在的調(diào)節(jié)作用[12]。甲殼素可提高蘋果幼苗的抗旱性[13]。關(guān)于甲殼素緩解逆境脅迫方面已有較多報(bào)道,但是甲殼素對(duì)連作條件下平邑甜茶幼苗生長(zhǎng)的影響,以及對(duì)連作土壤酶和土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響未見(jiàn)報(bào)道,缺乏對(duì)其施用效果和作用機(jī)制的研究和探討。本實(shí)驗(yàn)以60a果園連作土為研究對(duì)象,通過(guò)添加不同量的甲殼素,測(cè)定蘋果幼苗植株生物量、主要土壤酶活性,結(jié)合土壤真菌多樣性、豐富度以及群落結(jié)構(gòu)的變化,分析甲殼素對(duì)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(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.2 試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果及本試驗(yàn)預(yù)試結(jié)果設(shè)定。試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)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(jī)排列,正常肥水管理。分別于7、8、9月份取樣測(cè)定植株生物量；9月份測(cè)定植株生物量的同時(shí),對(duì)根系保護(hù)酶活性、MDA含量,以及相應(yīng)的土壤環(huán)境進(jìn)行測(cè)定。土壤樣品研磨過(guò)2mm篩,分3部分保存,一部分裝入無(wú)菌封口袋,放入實(shí)驗(yàn)室4℃冰箱保存,用于測(cè)定土壤微生物數(shù)量；另一部分風(fēng)干,用于土壤酶活的測(cè)定；第三部分帶回實(shí)驗(yàn)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(yàn)方法

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

土壤酶活采用關(guān)松蔭[16]的方法測(cè)定。

土壤細(xì)菌、真菌、放線菌均用平板涂抹法測(cè)定[17],測(cè)定前計(jì)算水分系數(shù)。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基,真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基,放線菌采用高氏一號(hào)培養(yǎng)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(shuō)明書操作,提取樣品DNA,每個(gè)樣品重復(fù)3次。然后用真菌ITS區(qū)通用片段引物(ITS1-F和ITS4)[18]進(jìn)行擴(kuò)增,反應(yīng)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(yīng)條件為94 ℃預(yù)變性3 min；94 ℃變性1 min,51 ℃退火1 min,72 ℃延伸1 min,共34個(gè)循環(huán)；最后72 ℃延伸10 mim。取5 μL ITS-PCR擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)1.5% (g/mL)瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè),然后用EasyPure PCR純化試劑盒(北京全式金生物技術(shù)有限公司)純化。將純化產(chǎn)物用限制性內(nèi)切酶FastDigest HhaⅠ(Thermo Scientific, USA)進(jìn)行酶切。酶切反應(yīng)體系為10 μL ITS-PCR純化產(chǎn)物,2 μL HhaⅠ(10 U/L),2 μL 10×Buffer,加ddH2O至30 μL。反應(yīng)體系于37 ℃保溫孵育15 min,將酶切產(chǎn)物送至上海生工生物技術(shù)有限公司進(jìn)行測(cè)序,掃描結(jié)果采用 Peak Scanner 1.0 軟件輸出。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)SPSS 19.0進(jìn)行方差分析,采用 Duncan′s 新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢測(cè),用Origin 8.5完成對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(jìn)行分析。每個(gè) T-RF視為1個(gè) OTU(Operational Taxonomic Unit),以相對(duì)峰面積作為對(duì)應(yīng) OTU 的豐度。BIO-DAP程序(http://nhsbig.inhs.uiuc.edu/wes/populations.html)計(jì)算 Shannon-Wiener 指數(shù)、Simpson 指數(shù)、Pielou 指數(shù)和 Margalef 指數(shù),分別對(duì)應(yīng)真菌群落的多樣性、優(yōu)勢(shì)度、均勻度和豐富度[19-20]。使用SPSS 19.0軟件進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果

2.1 甲殼素對(duì)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(duì)平邑甜茶幼苗的影響趨勢(shì)相同,因此分析9月份的影響。與對(duì)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(duì)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(jìn)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(zhǎng)。

表1 甲殼素對(duì)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(jiǎn)的差異(P<0.05)

2.2 甲殼素對(duì)幼苗根系保護(hù)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(duì)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(shì)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(duì)照的2.1、1.7、1.8倍。

與對(duì)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(duì)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(duì)平邑甜茶幼苗根系保護(hù)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(jiǎn)的差異(P<0.05)

2.3 甲殼素對(duì)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(guò)氧化氫酶和多酚氧化酶活性分別比對(duì)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(duì)照相當(dāng)。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(guò)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(duì)土壤微生物數(shù)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(shù)量明顯減少而細(xì)菌數(shù)量顯著增加,但是對(duì)放線菌影響規(guī)律不明顯。2.5 g/kg的甲殼素添加量,增加了真菌、細(xì)菌數(shù)量,減少了放線菌數(shù)量。細(xì)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(duì)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(duì)土壤酶活性的影響

表3 甲殼素對(duì)微生物數(shù)量的影響

2.5 T-RFLP圖土壤真菌多樣性分析

根據(jù)T-RFLP的圖譜中OUT的數(shù)量、種類及豐度,分別計(jì)算了不同處理土壤的真菌多樣性指數(shù)(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(shù),分別比對(duì)照增加了52.2%、8.0%和87.1%,同時(shí)具有最低的優(yōu)勢(shì)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(yōu)勢(shì)度是最高的,比對(duì)照增加了68%。

表4 甲殼素對(duì)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(jù)主成分分析的提取原則,被選的主成分所代表的主軸總長(zhǎng)度占所有主軸長(zhǎng)度之和約85%即可。本研究根據(jù)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(jìn)行主成分分析(PCA),結(jié)果顯示,第一主成分方差貢獻(xiàn)率為66.36%,第二主成分方差貢獻(xiàn)率為19.83%,兩者貢獻(xiàn)和為86.19%,可以代表整個(gè)系統(tǒng)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(fù)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(shuō)明不同添加量的甲殼素對(duì)連作土壤真菌群落多樣性有強(qiáng)烈的影響,添加量太多或者太少均會(huì)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(jié)構(gòu)多樣性。

3 討論

大量研究表明,殼質(zhì)粗粉、植物殘?bào)w、綠肥、堆肥、糞肥和生物炭等土壤添加劑有利于提高土壤養(yǎng)分,降低土壤中有害物質(zhì),改善土壤的微生物體系以及團(tuán)粒結(jié)構(gòu),提高土壤質(zhì)量,增強(qiáng)土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,降低連作土壤中農(nóng)作物病害的發(fā)生,從而緩解連作障礙[6, 14, 21-22]。本研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)連作土壤中添加的甲殼素的量為1.0 g/kg時(shí),可顯著增加平邑甜茶幼苗株高與干鮮重,增強(qiáng)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(jié)果發(fā)現(xiàn)殼聚糖可提高辣椒抗氧化物質(zhì)的含量,降低 MDA的積累,進(jìn)而緩解水分脅迫對(duì)幼苗造成的膜脂過(guò)氧化,增強(qiáng)辣椒幼苗的抗旱性。甲殼素對(duì)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(zhǎng),這可能是因?yàn)槭┤脒^(guò)量的甲殼素對(duì)幼苗根系產(chǎn)生了毒害作用,進(jìn)而抑制了幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。

土壤酶是土壤活躍的有機(jī)組分之一,是土壤中物質(zhì)、能量代謝的驅(qū)動(dòng)力,對(duì)土壤養(yǎng)分循環(huán)和污染物的凈化起著重要作用[16],土壤酶來(lái)源于動(dòng)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(xué)過(guò)程的強(qiáng)度和方向,也是土壤肥力評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一。玉米長(zhǎng)期連作土壤脲酶活性呈先上升后下降的趨勢(shì)[24]；大豆重茬使土壤脲酶和轉(zhuǎn)化酶活性均顯著降低[25],陳慧等研究發(fā)現(xiàn)地黃連作土壤中過(guò)氧化氫酶活性降低[26]；連作土壤中,過(guò)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(huán)境惡化表現(xiàn)之一,而澆灌3%濃度的有機(jī)物料發(fā)酵液可提高蘋果連作土壤酶活性[27]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),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(guò)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(guò)氧化氫酶活性,對(duì)其他酶活影響不明顯,這可能是因?yàn)檫m量甲殼素可改變土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)[28],而其脫N-乙?；螽a(chǎn)物的殼聚糖對(duì)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(jié)構(gòu),使主要由土壤微生物產(chǎn)生的土壤酶數(shù)量和活性增加,改善了土壤酶系統(tǒng),推測(cè)這可能是甲殼素緩解連作障礙的一個(gè)原因。

微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最具活力的組成部分,長(zhǎng)期連作可導(dǎo)致土壤微生物群落結(jié)構(gòu)失衡、增加病原菌數(shù)量而減少有益微生物,使土壤微生物從細(xì)菌主導(dǎo)型向真菌主導(dǎo)型轉(zhuǎn)化,使病原菌更容易侵染植物而引發(fā)植物的各種土傳病害[30]。本研究用平板涂布法結(jié)合末端限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(T-RFLP)技術(shù)研究連作蘋果園土壤中微生物數(shù)量和真菌群落結(jié)構(gòu)。基于T-RFLP圖譜,運(yùn)用多樣性指數(shù)和主成分分析比較了不同處理間真菌多樣性及群落結(jié)構(gòu)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),添加1.0 g/kg甲殼素能增加土壤中細(xì)菌、放線菌的數(shù)量,降低土壤真菌數(shù)量,顯著增加細(xì)菌/真菌值,使土壤類型由真菌型向細(xì)菌型轉(zhuǎn)變。而2.5 g/kg的甲殼素卻增加了土壤中真菌的數(shù)量,對(duì)細(xì)菌數(shù)量影響不大。甲殼素的添加,對(duì)連作土壤中真菌種類及豐度均產(chǎn)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(yōu)勢(shì)度,使得病原菌數(shù)量減少,整個(gè)真菌群落結(jié)構(gòu)往更利于幼苗生長(zhǎng)的方向漸變。因此,在生產(chǎn)應(yīng)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(xì)菌型轉(zhuǎn)變,而且也有利于維持土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的多樣性,緩解連作障礙,提高連作條件下蘋果幼苗生長(zhǎng)發(fā)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(hù)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(xì)菌和放線菌數(shù)量,增加土壤微生物多樣性,緩解蘋果連作障礙。

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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(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金(CARS- 28)；教育部長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃(IRT1155)；泰安市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)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(fēng)云,李家家,王森,戰(zhàn)將,吳萌萌,張桂娟,沈向,陳學(xué)森,毛志泉.甲殼素對(duì)連作條件下平邑甜茶幼苗生長(zhǎng)及土壤環(huán)境的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),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.