辣椒不同品种对土壤连作障碍的响应效应研究

李晓雪，武菊平，李翔宇，杜佳燕，刘文菊，陆秀君，李博文

（1.河北农业大学 资源与环境科学学院/河北省蔬菜产业协同创新中心，河北 保定 071001；2.河北农业大学 植物保护学院，河北 保定 071001）

辣椒（Capsicum annuumL.）为茄科辣椒属植株，是世界十大蔬菜之一［1］，是我国重要的蔬菜作物［2］。辣椒的维生素C含量是番茄的5倍、茄子的20倍［3］。目前，我国辣椒年种植面积已超过 180万公顷，占全国蔬菜总种植面积的8%～10%［4-5］。随着蔬菜生产的专业化、集约化和规模化水平日益提升，复种指数高，品种相对单一，这种模式带来高效益的同时，更加剧了蔬菜连作障碍的发生。据统计，辣椒连作产地，轻者减产30%左右，严重的减产60%以上，甚至绝产［6］。许多集约化种植区，辣椒连作障碍问题日渐突出。

连作障碍产生的原因复杂多样，其原因主要分为三个方面：一是植物自身分泌的自毒物质，自毒物质来源包括植株根系分泌和植株残茬腐解［7］；二是连作造成有害微生物积累，随着连作年限的增加，会导致土壤微生物细菌和真菌比例失衡，土壤由“细菌型”土壤转向“真菌型”［8］，某些病原真菌得到富集，从而影响植物的正常生长和生命活动。现国内外报道的辣椒病害主要包括由茄科劳尔氏菌（Ralstonia solanacearum）引起的细菌性土传病害青枯病，由辣椒疫霉（Phytophthora capsica）引起的疫病、由棉黄萎轮枝孢（Verticillium alboatrumReinke&Berthold）侵染引起的黄萎病、由多种真菌侵染引起的苗期猝倒病以及尖孢镰刀菌（F. oxysporum）引起的枯萎病、茄病镰刀菌（F.Solani）引起的茎腐病和根腐病［9-10］；三是长期单一种植使土壤养分失衡，土壤物理性质遭到破坏；研究表明，同一作物长期连作，必然造成某种元素的亏缺，导致作物生长不良甚至大幅度减产［11-12］。

因此，本研究采用土壤培养试验，探究不同辣椒品种‘航椒8号’和‘航椒5号’，在辣椒连作土壤（CC）以及对照土壤（CK）中的生长状况和抗氧化酶系统以及微生物区系的响应效应，旨在探明辣椒连作土壤障碍发生的原因，阐明辣椒对连作障碍土壤的响应，为解决辣椒土壤连作障碍提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤连作土壤(CC)：采自辣椒国家特色农产品优势区邯郸市鸡泽县露地辣椒连作10年种植基地。

非连作土壤(CK)：上述辣椒连作区附近没有种植过辣椒的农田土壤。

供试辣椒品种：‘航椒8号’（HJ 8），‘航椒5号’（HJ 5）购自天水神舟绿鹏农业科技有限公司。

供试土壤的理化生性质见表1。

表1 供试土壤基本理化性质Table 1 The characteristics of soil in the study

1.2 土壤前处理及试验设计

2种供试土壤取回实验室后在阴凉处风干，过5 mm筛，混匀后，装入培养钵中。每盆装土1.3 kg，底肥施用量为N：200 mg/kg、P2O5：150 mg/kg、K2O：200 mg/kg。肥料混匀后置于人工气候室中。每盆浇水500 mL，使土壤保持田间持水量的70%～80%，土壤平衡7 d后播种，期间为保持土壤水分要每2 d补1次水。种子经表面消毒后，培养至露白播种，每盆种3颗，待植株长至6叶期间苗，每盆留2株。本试验共分4个处理，12次重复，共种植48盆。

1.3 样品的采集与测定

辣椒于2019年7月29日播种，于花期（10月12日）和收获期（11月4日）进行2次取样。

1.3.1 样品采集 自苗期每15 d进行1次植株生长指标调查，包括株高、茎粗、叶绿素（SPAD）、叶片数以及花蕾数。辣椒花期选取一株植株收集辣椒叶片洗净擦干后用铝箔纸包住，用液氮迅速冷冻后保存在-80 ℃冰箱用于叶片酶测定。

辣椒花期以及收获期，沿植株茎基处剪开，将植株地上部与地下部分离，在收获期，摘下地上部植株果实，称重计果实鲜重；将培养钵中的土全部倒出，挑出植株根系，清洗后擦干，将地上部、辣椒果实以及根系放在烘箱中85 ℃杀青15 min，65 ℃烘干至恒重。

在辣椒花期，将培养钵中土壤全部混匀，取一部分鲜土样品储存于4 ℃用于土壤微生物活菌计数，剩余部分土壤样品风干后研磨过1 mm尼龙筛，混匀后取100 g样品，再研磨过0.25 mm尼龙筛，分别贮存，用于测定土壤养分指标。

1.3.2 样品测定方法 根据辣椒长势，在苗期建立辣椒长势分级表，比较各处理辣椒生长情况，计算辣椒健康指数［13］。健康指数（%）=100-∑（各级株数×各级代表值）/（调查总株树×最高级别代表值）×100。用天平称取植株地上部、地下部以及果实干重。采用试剂盒提取分光光度计法测定辣椒叶片丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）活性，试剂盒购自苏州科铭生物技术有限公司。

表2 辣椒长势分级表Table 2 Classification of pepper growth

微生物数量测定采用稀释平板计数法，细菌用牛肉膏蛋白胨培养基；真菌用马丁孟加拉红培养基；放线菌用改良高氏一号培养基，并计算土壤中细菌和真菌数量的比值(B/F)［14］。

1.4 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel 2010软件进行数据处理和图表绘制，采用SPSS 17.0软件进行方差分析，数据分析用独立样本T检验。

2 结果与分析

2.1 连作土壤中不同品种辣椒的生长情况分析

2.1.1 苗期辣椒植株健康指数 植株长势分级表根据辣椒生长过程中出现的叶片卷曲现象确定，按照长势分级标准计算辣椒植株健康指数。在辣椒苗期，连作情况下‘航椒8号’和‘航椒5号’的植株健康指数分别比对照低45.81 %（P＜0.05）和40.71 %（图1）。这说明辣椒连作产生的土壤障碍性因素已严重影响了2个品种植株苗期的正常生长，尤其是‘航椒8号’对连作障碍的响应程度更大。

图1 连作土壤对苗期不同品种辣椒植株健康指数的影响Fig.1 Effect of continuous cropping soil on the health index of two varieties of chili pepper at the seedling stage

2.2.2 不同生育期辣椒生长情况 在苗期，生长在连作土壤中的‘航椒8号’叶片数、株高、茎粗分别较对照显著降低74.62%、25.89%、17.30%（P＜0.05）。‘航椒5号’只有株高较对照低6.67%（P＜0.05）（表3）。在植株幼苗期，除正常土壤中生长的‘航椒8号’外，其他处理植株叶片会出现不同程度的卷曲现象；连作土壤中生长的‘航椒8号’叶片卷曲、植株生长缓慢的情况最严重。此外，同种土壤环境不同植株品种比较，在正常土壤中，‘航椒8号’除叶片数明显多于‘航椒5号’外，其他的生长指标二者没有差异；在连作土壤中，‘航椒5号’的株高、叶绿素较‘航椒8号’分别高20.96%、9.31%，其他生长指标差异不显著。

表3 连作土壤对苗期不同品种辣椒植株生长情况的影响Table 3 Effects of continuous cropping soil on the growth of two varieties of chili pepper at the seedling stage

在现蕾期，生长在连作土壤中的航椒8号叶片数、花蕾数、株高、茎粗以及叶绿素含量分别较对照显著低41.40%、66.32%、45.85%、33.33%、14.07%（P＜0.05）（表4）；‘航椒5号’只有株高、茎粗分别较对照低20.95%、14.57%（P＜0.05）。此外，同种土壤环境不同植株品种比较，辣椒2品种长势规律与苗期一致。

表4 连作土壤对现蕾期不同品种辣椒植株生长情况的影响Table 4 Effects of continuous cropping soil on the growth of two varieties of chili pepper at the budding stage

花期连作土壤中，‘航椒8号’植株的茎粗、株高、地上部植株干重以及地下部干重分别较对照显著降低42.59%、22.10%、51.09%、51.38%（P＜0.05）；而‘航椒5号’植株仅株高、地上部植株干重和地下部干重分别较对照低36.35%、49.91%、48.51%（表5），且受抑制的程度较‘航椒8号’小。此外，无论是在正常土壤还是连作土壤，2品种的长势差异不显著。

表5 连作土壤对花期不同品种辣椒植株生长情况的影响Table 5 Effects of continuous cropping soil of two varieties of chili pepper at the flowering stage

在收获期，生长在连作土壤中的‘航椒8号’植株茎粗、株高、地上部植株干重、地下部干重以及果实干鲜重分别较对照降低的15.89%、29.13%、25.13%、33.17%、67.43%、70.72%（P＜0.05）；‘航椒5’号茎粗、株高以及地上部植株干重分别较对照降低1.90%、26.50%、35.52%（P＜0.05）（表6）。在连作土壤中，‘航椒5号’和‘航椒8号’长势情况与前期规律一致，但是连作土壤中生长的‘航椒8号’辣椒果实均较小，干果重显著降低，这也说明连作障碍不仅使植株生长缓慢且导致减产。

表6 连作土壤对收获期不同品种辣椒植株生长情况的影响Table 6 Effects of continuous cropping soil of two varieties of chili pepper at the harvest stage

2.2 不同品种植株抗氧化酶系统酶对连作土壤的响应

植株抗氧化酶系统酶活性代表着植株清除活性氧的抗逆境胁迫的能力，在辣椒生长关键时期花期测定了植株叶片内MDA含量、POD、SOD以及CAT酶活性（图2）。‘航椒8号’植株叶片MDA含量、CAT酶活性较对照高74%、8.82%（图2a），POD酶、SOD酶活性分别较对照显著降低40.56%、32.21%均差异显著（图2b,2c）。

同种土壤环境2辣椒品种比较发现（图2a,2c）正常土壤中，‘航椒5号’植株叶片MDA含量显著较‘航椒8号’高23.18%。连作土壤中，‘航椒8号’植株叶片SOD酶活性较‘航椒5号’显著低28.25%。这说明，在正常土壤里，‘航椒5号’植株膜质氧化程度较‘航椒8号’严重；在连作土壤中植株的抗氧化酶系统紊乱，植株受到逆境破坏，‘航椒5号’的抗逆性优于‘航椒8号’。

图2 连作土壤对花期不同品种辣椒植株叶片酶活性、MDA含量的响应情况的影响Fig.2 Effect of continuous cropping soil on enzyme activity and MDA content in leaves of two varieties of chili pepper at the flowering stage

2.3 不同品种土壤微生物数量分析

‘航椒8号’生长的连作土壤中细菌、真菌、放线菌数量分别较正常土壤降低39.63%、40.49%、53.40%，其中土壤放线菌数量差异显著；‘航椒5号’土壤细菌、真菌、放线菌数量分别较对照低19.02%、35.19%、37.88%，但差异不显著。

表7 连作土壤对花期不同品种辣椒植株土壤微生物数量情况的影响Table 7 Effect of continuous cropping soil on soil microbial quantity of two varieties of chili pepper at the flowering stage

通过计算土壤微生物总数发现，‘航椒8号’和‘航椒5号’连作土壤中微生物总数均低于对照土壤分别较对照低39.75%、19.23%。

有研究表明，土壤细菌/真菌比值（B/F）越高，土壤抑病能力越强。‘航椒8号’和‘航椒5号’的B/F值均低于对照，分别较对照低13.48%、22.59%。这说明连作障碍会使土壤放线菌数量显著下降，土壤微生物总数减少，土壤B/F值下降，土壤由细菌型向真菌型转化。

3 讨论与结论

近年来, 连作障碍日益加剧，造成蔬菜生长发育不良，产量品质降低，制约了蔬菜产业的可持续发展［15-16］。在本试验中，连作显著影响了辣椒植株的正常生长，在辣椒整个生长时期，连作土壤中生长的辣椒植株均不同程度的低于对照，这与周倩等［17-18］连作明显影响了辣椒的营养生长的结论一致，植株生长受到连作障碍的影响势必会导致产量降低［19］。在本研究中，连作土壤中‘航椒8号’产量明显低于正常生长情况，这说明连作障碍使辣椒植株生长缓慢，植株干物质积累量下降，从而导致产量下降。

抗氧化酶是植株抗逆性保护机制的重要部分，通过酶催化清除氧自由基，避免对细胞膜的伤害。须文［20］研究表明连作6年的辣椒土壤溶液、辣椒植株水浸提液均对辣椒幼苗的正常生长造成不良影响，POD、SOD活性下降，MDA积累增多，膜伤害程度加重。此外，伴生大麦和芥菜会提高土壤CAT、POD酶活性提高辣椒植株抗性［21］。在本试验研究中，连作土壤中，‘航椒8号’叶片POD、SOD酶活性显著低于对照。这说明连作障碍使植株保护酶系统紊乱，造成植株抗逆性能力下降。这与王彩云［22］通过连作土壤施入生物炭处理显著提高黄瓜植株叶片保护酶活性，提高植物抗性结果一致。生长在连作土壤中的‘航椒5号’SOD酶活性显著高于‘航椒8号’，这说明在连作造成的逆境胁迫中，‘航椒5号’辣椒品种自身调节清除活性氧能力优于‘航椒8号’。在正常土壤中，‘航椒5号’叶片中MDA含量显著高于‘航椒8号’这说明，‘航椒5号’膜质氧化程度较严重，这也是在正常土壤中2辣椒品种长势出现差异的原因。

随着连作年限的增加，会导致土壤微生物比例失衡，影响植物的正常生长和生命活动［2,8］。前人研究表明，连作会导致土壤真菌数量增多，土壤细菌以及放线菌数量下降，土壤B/F值下降［23-24］。本试验结果表明，连作情况下土壤微生物数量以及土壤B/F值均低于对照，其中‘航椒8号’土壤放线菌数量显著低于对照，放线菌可以产生大量抗生素拮抗病原菌，增加植物对病原菌的抵抗能力，这说明连作导致土壤拮抗病原菌能力下降，这一研究结果与刘来［12］结果是一致的。

在实际生产中，可以筛选抗性品种，增强植株抗性克服连作障碍。在本试验结果中，对比2个辣椒品种发现，‘航椒5号’在克服辣椒连作障碍方面优于‘航椒8号’，在实际生产中可以通过种植‘航椒5号’抗性品种克服连作障碍。