魔芋、玉米间作对根际土壤中微生物的影响初探

陈 娜

（贵州开放大学，贵州贵阳 550025）

间作系统具有提高作物对养分的吸收量、增加产量、减少病虫害发生率等积极作用[1-3]。间作中非寄主作物根系的交互作用能有效控制土传病害的发生。有研究表明，土豆与玉米间作能减少土豆晚疫病的发生，西瓜与水稻间作能减少西瓜枯萎病的发生[3-4]。魔芋（Amorphaphallus konjacDurieu）是我国西南地区普遍种植的经济作物，具有高产和高经济价值优势，同时，魔芋具有降血压、降血糖和排毒等功效[5-6]。魔芋软腐病是由胡萝卜软腐欧文氏软腐亚种（Erwinia carotovorasubsp.carotovora）引起的细菌性病害，当植株基部感病时呈软腐倒伏状，严重时叶片黄褐干枯，种芋腐烂[6-7]。常年魔芋连作、魔芋种植过密和排水不良的田块，以及在8—9月高温高湿条件下，魔芋软腐病发生普遍，其中连作地比非连作地病害发生率平均高30%[5-7]。

作物根系是吸收营养和水分的主要器官，是接触土壤微生物群落的重要部分[8]。当前，学术界鲜有关于魔芋和玉米间作对魔芋软腐病防治效果的研究报道。因此，笔者通过在田间设置试验，研究间作模式对魔芋软腐病的防治效果，并探索其对根际微生物的多样性和群落结构产生的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

种植的魔芋品种为雷山魔芋，玉米品种为金福玉。魔芋软腐病病原菌为田间自然发病接种，植株发病后进行病原菌分离，鉴定病原菌为胡萝卜软腐欧文氏软腐亚种。

1.2 试验地概况

试验地位于贵州省毕节市魔芋种植基地，土壤pH值5.62、有机质含量14.8 g·kg-1、速效氮含量115.5 mg·kg-1、速效磷含量15.6 mg·kg-1、速效钾含量133.8 mg·kg-1。

1.3 试验方法

大田采用随机区组设计，试验设置3个处理：魔芋单作、玉米单作、魔芋和玉米间作。各处理株行距均为25 cm，氮肥施用量为300 kg·hm-2，磷肥施用量为150 kg·hm-2。每个试验小区面积均为48 m2，设置 3个重复。魔芋种球和玉米种植时间分别为2021年4月 10日和6月2日，魔芋软腐病调查时间为9月18日，按照丁自立等调查方法统计病情指数[6-7]。病情分级标准：0级为不出现叶片变黄；1级为叶片轻度变黄；2级为叶片变黄并萎蔫；3级为叶片严重萎蔫或叶柄基部腐烂；4级为植株死亡。

1.4 数据测定

1.4.1 土壤微生物测定

1）玉米和魔芋收获后，每个处理随机选取4株进行根际土壤收集，部分样品保存在4 ℃冰箱中，用于测定土壤中软腐病病原菌的数量；其余保存在-80 ℃ 冰箱中，通过高通量测序分析软腐病病原菌的丰富度（Ace指数和Chao 1指数）、香农指数（Shannon diversity）及群落结构相对丰度[9]。

2）NA培养基用于测定根际土壤中魔芋软腐病病原菌的数量[5]。具体操作为取1 g魔芋根际土壤，用无菌水清洗稀释至10-6g·mL-1，然后吸取1 mL均匀涂布在LB平板培养基上，37 ℃恒温培养24 h。选取平板上的单个菌落涂布于NA培养基上，鉴定病原菌为胡萝卜软腐欧文氏软腐亚种，并于显微镜下用血球计数板统计病原菌数量。

1.4.2 根际抗氧化性测定

魔芋和玉米收获后，测定魔芋根际土壤中抗氧化物质的活性，包括总酚、类黄酮含量及多酚氧化酶（PPO）与苯丙氨酸解氨酶（PAL）酶活性。

1）总酚及类黄酮含量测定。取1 g样品加入5 mL 含有1% HCl的甲醇溶液提取24 h，然后取0.l mL提取液定容至5 mL。利用分光光度计在波长280 nm处测定总酚的吸光值，在波长325 nm处测定类黄酮的吸光值。总酚/类黄酮含量（mg·g-1）=吸光度值×提取液体积/样品鲜质量。

2）PPO和PAL酶活性测定参考赵秀娟等提出的测定与计算方法[10]。先提取粗酶液，取洗净后的2 g样品放入冰浴环境下的研钵中研磨，加6.0 mL pH值5.8的磷酸缓冲液，而后转移至离心管中10 000 r·min-1冷冻离心20 min，冷冻备用。

PPO酶活性的测定体系包括1.5 mL 0.05 mol·L-1的pH值7.0磷酸缓冲液，1.0 mL 0.05 mol·L-1邻苯二酚和 0.5 mL酶液，沸水中加热作为对照。反应体系加入酶液后，利用紫外分光光度计在波长410 nm处测定吸光值。

PAL酶活性的测定体系为1.0 mL酶液加入1.0 mL 0.02 mol·L-1苯丙氨酸和2.0 mL蒸馏水，对照不加底物。反应液在30 ℃恒温水浴保温，0.5 h后利用紫外分光光度计在波长290 nm处测定吸光值。

2 结果与分析

2.1 不同种植模式对魔芋软腐病发生的影响

由表1可知，魔芋与玉米间作显著降低了魔芋软腐病的病情指数和根际土壤中的病原菌数量。魔芋单作处理的病情指数最高，为73.69%，比魔芋和玉米间作处理高26.32%；魔芋和玉米间作下，其根际土壤中病原菌含量为5.50 log·CFU·g-1，比魔芋单作显著降低了11.29%，同时由于玉米不是软腐病病原菌的寄主，其根际土壤中病原菌含量最少。试验结果表明，魔芋和玉米间作能显著降低魔芋软腐病的发生率，减少根际土壤中软腐病病原菌数量。

表1 不同栽培模式对魔芋软腐病防控的影响

2.2 不同种植模式对魔芋根系抗氧化性的影响

由表2可知，魔芋和玉米间作显著提高了魔芋根系的抗氧化能力。魔芋和玉米间作处理的总酚和类黄酮含量最高，分别比魔芋单作处理提高了30.35%和53.85%。PPO和PAL酶活性指标也呈相同趋势，魔芋和玉米间作PPO和PAL酶活性分别比魔芋单作提高了22.34%和34.06%。

表2 不同栽培模式对魔芋根系抗氧化性的影响

2.3 不同种植模式对根际土壤中微生物多样性的影响

由表3可知，在Chao 1指标上，魔芋和玉米间作处理的指数是最高的，比魔芋单作和玉米单作分别显著提高了12.17%和10.31%，但魔芋单作和玉米单作无显著差异。Ace指数和香农指数呈相似趋势，魔芋和玉米间作的Ace指数比魔芋单作和玉米单作分别显著提高了7.79%和7.25%，香农指数分别提高了7.76%、10.15%，而魔芋单作和玉米单作的Ace指数和香农指数均无显著差异。这说明魔芋和玉米间作能增加根际土壤中微生物的多样性。

表3 不同栽培模式对根际土壤中微生物多样性的影响

2.4 不同种植模式对根际土壤中细菌在属分类水平上的影响

由表4可知，土壤根际细菌在属分类水平上，相对丰度最高的是鞘氨醇单胞菌属，其在魔芋和玉米间作、魔芋单作、玉米单作处理中分别占细菌总种群数的4.80%、4.39%、4.93%。其次是芽单胞菌属，其在魔芋和玉米间作、魔芋单作、玉米单作处理中相对丰度分别为1.71%、1.88%、1.92%。同时，魔芋和玉米间作能显著降低病原菌欧文氏菌属的相对丰度，其占细菌总种群数的1.06%，比魔芋单作低0.59个百分点，表明玉米单作或魔芋与玉米间作均能有效降低土壤中魔芋软腐病病原菌的相对丰度。

表4 不同栽培模式对根际土壤细菌在属分类水平上 相对丰度的影响 单位：%

3 结论与讨论

试验研究发现，魔芋和玉米间作能有效防治魔芋软腐病。魔芋与玉米间作时，魔芋软腐病的病情指数最低，其根际土壤中病原菌的含量显著低于魔芋单作处理。分析原因可能是间作的非寄主作物能分泌特定的抑制病原菌活性的物质，抑制病原菌的生长和繁殖，从而降低寄主作物病害的发生程度[3-4]。同时，魔芋和玉米间作提高了与抗病相关的抗氧化物质的含量。由于酚类代谢与植物抗病性密切相关，当作物受到病原物侵染时，可通过提高酚类代谢水平抵抗病原菌侵害，而PPO和PAL酶与细胞壁的增厚和酚类物质的氧化相关，均能降低病害发生率[11-12]。

间作不仅能提高作物的单位面积产量和作物对生物胁迫的抵抗能力，还能改变土壤中微生物的数量及相对丰度，且土传病害的发生与根际微生物结构区系相关[13-14]。研究发现，调控根际中的微生物群落能有效减少病原菌数量[14-16]。本研究发现，魔芋和玉米间作提高了根际土壤微生物的多样性和有益菌的相对丰度，降低了病原菌在土壤中的相对丰度。通过菌属分类可知，间作提高了链霉菌属、芽孢杆菌属和硝化杆菌属的相对丰度，这些细菌能有效促进作物的生长或抑制植物病害的发生[17-19]。因此，通过魔芋和玉米间作提高了魔芋根际土壤中微生物的多样性，减少了病原菌的数量，降低了病害的发生率。

魔芋和玉米间作能有效减轻魔芋软腐病的发生程度，其根际土壤中病原菌数量显著低于魔芋单作处理；同时提高了植株的抗氧化物质含量和酶活性；增加了根际土壤中微生物的多样性和有益菌的相对丰度，降低了欧文氏菌属病原菌的相对丰度。魔芋和玉米间作在农业上是一种简单可行的防治魔芋软腐病的策略。