黃瓜植株根際土壤ph和微生物數(shù)量的測(cè)定

黃瓜植株根際土壤ph和微生物數(shù)量的測(cè)定

根系是植物的活躍代謝器官之一。根系從土壤中吸收水分和養(yǎng)分，并繼續(xù)從土壤中排出大量物質(zhì)。有研究表明,植物根系分泌物能對(duì)土壤微生物群落產(chǎn)生較大影響。根際土壤是圍繞在根系周圍幾毫米的土壤,植物根系向根際土壤分泌大量的物質(zhì),使得根際土壤特性相對(duì)受到更大程度的影響。有研究表明,南方根結(jié)線蟲侵染植株根系后,根部形成的根結(jié)成為植株的代謝庫,大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過韌皮部被轉(zhuǎn)運(yùn)到根結(jié)內(nèi),從而導(dǎo)致從根系溢流到根際土壤中的物質(zhì)增加。Nyczepir等研究表明根結(jié)線蟲侵染桃樹后根區(qū)土壤pH雖有一定程度的降低,但相對(duì)于未感染根結(jié)線蟲的植株差異并不顯著。Mashela研究表明,根結(jié)線蟲侵染番茄植株后,根系分泌出較多的氨基酸和一些其他酸性物質(zhì)導(dǎo)致土壤pH顯著降低。這樣有理由推測(cè),根結(jié)線蟲侵染植物后可能對(duì)根際土壤微生物群落造成影響。土壤微生物直接參與土壤中的養(yǎng)分循環(huán)過程,土壤微生物群落結(jié)構(gòu)一定程度上反映了土壤的質(zhì)量。目前根結(jié)線蟲侵染植物后對(duì)土壤微生物影響的研究尚少見報(bào)道。本文以黃瓜植株為試驗(yàn)材料,通過人工接種根結(jié)線蟲卵的方法,對(duì)黃瓜植株根際土壤pH以及土壤微生物數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,以期確定根結(jié)線蟲對(duì)黃瓜植株根際土壤質(zhì)量影響的程度,并為土壤質(zhì)量恢復(fù)提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。1材料和方法1.1根結(jié)線蟲昆蟲的分離試驗(yàn)于2006年10~11月在南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院恒溫光照培養(yǎng)室內(nèi)進(jìn)行。供試黃瓜品種為“津春4號(hào)”,由天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。從山東省壽光市國(guó)家“十五”科技攻關(guān)項(xiàng)目園藝作物示范區(qū)收集已感染根結(jié)線蟲(Meloidogynespp.)的番茄(LycopersiconesculentumMill.)植物根系,帶回實(shí)驗(yàn)室分離得到根結(jié)線蟲蟲卵。試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理:對(duì)照CK(注入清水)、處理A(線蟲接種量2000個(gè)·株-1)、處理B(線蟲接種量4000個(gè)·株-1)、處理C(線蟲接種量6000個(gè)·株-1)、處理D(線蟲接種量8000個(gè)·株-1),處理和對(duì)照均設(shè)6次重復(fù),共30盆,隨機(jī)排列。1.2黃瓜種子制備和微生物培養(yǎng)參照劉維志根結(jié)線蟲卵懸浮液的制備方法,得到線蟲卵懸浮液。加入硫酸鏈霉素,使線蟲卵懸浮液中硫酸鏈霉素的濃度為1mg·g-1,表面殺菌2min后,在500目篩上用自來水洗去硫酸鏈霉素,收集卵于試劑瓶,調(diào)節(jié)線蟲卵懸浮液的濃度至1000個(gè)·mL-1,保存于4℃冰箱備用。10月8日將黃瓜種子播種于15cm×13cm的花盆中,每盆播種8個(gè)種子。盆內(nèi)土壤經(jīng)120℃高溫殺菌2h。將花盆放置在25℃的恒溫培養(yǎng)室內(nèi),補(bǔ)充光照12h·d-1,光照強(qiáng)度為100μmol·m-2·s-1。10月20日定苗,待第2片真葉完全展開后(10月24日),用打孔器在黃瓜苗根周圍鉆3個(gè)深度為3cm的孔,用加樣器加入根結(jié)線蟲卵懸浮液,然后用周圍的土壤覆蓋。11月27日,將黃瓜植株小心地從土壤中拔出,采用抖動(dòng)法采集土壤,作為根際土。將土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室,取部分土壤樣品測(cè)定土壤含水量,土壤鮮樣用于測(cè)定微生物數(shù)量,風(fēng)干過篩后的土樣用于測(cè)定土壤pH。用1∶3水土比溶液測(cè)定土壤pH。采用稀釋平板法測(cè)定微生物數(shù)量,好氣性細(xì)菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白培養(yǎng)基,厭氣性細(xì)菌培養(yǎng)采用高澤有機(jī)氮瓊脂培養(yǎng)基,真菌培養(yǎng)采用馬丁氏孟加拉紅培養(yǎng)基,放線菌培養(yǎng)采用淀粉銨鹽培養(yǎng)基。微生物計(jì)數(shù)均計(jì)3個(gè)重復(fù),微生物數(shù)量均以每克干土中菌落數(shù)(cfu·g-1)表示。1.3dunpan多重比較分析測(cè)定結(jié)果用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行One-wayANVOA方差分析,并進(jìn)行Duncan多重比較。pH與土壤微生物相關(guān)指標(biāo)相關(guān)關(guān)系采用Pearson法分析,顯著性水平設(shè)為0.05。2結(jié)果與分析2.1根際土壤ph、h的變化線蟲接種量為2000個(gè)·株-1和4000個(gè)·株-1時(shí),與對(duì)照相比,黃瓜植株根際土壤pH無顯著變化當(dāng)接種量繼續(xù)增加,根際土壤pH顯著降低(圖1),表明根結(jié)線蟲侵染黃瓜植株后,根系分泌物的種類或數(shù)量發(fā)生了變化。2.2接種量對(duì)放線菌和真菌數(shù)量的影響隨著根結(jié)線蟲接種量的增加,黃瓜植株根際土壤中好氣性細(xì)菌數(shù)量、厭氣性細(xì)菌數(shù)量以及細(xì)菌總數(shù)均呈逐漸降低趨勢(shì);放線菌數(shù)量在接種量為2000個(gè)·株-1時(shí)顯著升高,之后隨著接種量的增加又逐漸降低;真菌的變化趨勢(shì)與細(xì)菌相反,隨著接種量的增加,真菌數(shù)量逐漸升高(圖2)。表明根結(jié)線蟲侵染黃瓜植株后,不利于根際土壤中細(xì)菌生長(zhǎng),但卻有利于真菌生長(zhǎng),輕度感染有利于放線菌生長(zhǎng),重度感染卻不利于放線菌生長(zhǎng)。2.3株-1和接種量對(duì)黃瓜根際土壤a/f和b/f的影響放線菌數(shù)量/真菌數(shù)量(A/F)和細(xì)菌數(shù)量/真菌數(shù)量(B/F)的大小反映了微生物的群落組成結(jié)構(gòu)。接種量為2000個(gè)·株-1時(shí),黃瓜植株根際土壤A/F無顯著變化,之后隨著接種量的增加逐漸降低;B/F值隨著接種量的增加逐漸降低(圖3)。表明接種根結(jié)線蟲對(duì)黃瓜植株根際土壤微生物群落組成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了很大影響。2.4各微生物指標(biāo)與ph的關(guān)系接種根結(jié)線蟲后,黃瓜植株根際土壤好氣性細(xì)菌數(shù)量和B/F與pH呈顯著正相關(guān),厭氣性細(xì)菌數(shù)量、細(xì)菌總數(shù)、放線菌數(shù)量以及A/F與pH呈極顯著正相關(guān),但真菌數(shù)量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)(表1)。表明根結(jié)線蟲侵染黃瓜植株后根系分泌物對(duì)土壤pH產(chǎn)生了較大影響,從而影響了微生物種群數(shù)量和群落組成結(jié)構(gòu)。3黃瓜植株對(duì)根結(jié)線蟲的化感作用由于根系的影響,根際土壤在物理、化學(xué)和生物特性方面與土體主體不同。同時(shí),根際土壤是植物根系營(yíng)養(yǎng)成分吸收最直接的場(chǎng)所,與植物根系間不斷地進(jìn)行著能量和物質(zhì)交換,根際土壤質(zhì)量是限制植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素之一。土壤pH是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的一個(gè)重要化學(xué)指標(biāo)。土壤pH不僅影響土壤有機(jī)質(zhì)分解、礦物質(zhì)溶解、膠體的凝聚與分散、氧化還原及微生物的活動(dòng)強(qiáng)度,還直接影響土壤酶參與的生化反應(yīng)速度。有研究表明,根結(jié)線蟲侵染植株根系會(huì)導(dǎo)致從根系溢流到根際土壤中的物質(zhì)增加,其中含有大量碳水化合物。本試驗(yàn)中,當(dāng)線蟲接種量為2000個(gè)·株-1和4000個(gè)·株-1時(shí)黃瓜植株根際土壤pH并無顯著變化。當(dāng)線蟲接種量繼續(xù)增加達(dá)到6000個(gè)·株-1時(shí),黃瓜植株根際土壤pH顯著降低,這與Mashela研究根結(jié)線蟲侵染番茄植株后土壤pH顯著降低的結(jié)果一致,表明根結(jié)線蟲感染程度加重時(shí)黃瓜植株根系分泌物中酸性物質(zhì)的種類或數(shù)量增加。有研究表明,根系分泌物中的多種有機(jī)酸能起到金屬螯合劑的作用,并對(duì)植物根系增加磷的吸收起著重要作用。Mashela認(rèn)為,根結(jié)線蟲侵染番茄植株后導(dǎo)致土壤pH顯著降低是番茄植株對(duì)根結(jié)線蟲侵染的一種反應(yīng)。本試驗(yàn)黃瓜植株在根結(jié)線蟲感染程度加重時(shí)根際土壤pH顯著降低,可能也是黃瓜植株對(duì)根結(jié)線蟲侵染的一種適應(yīng)性反應(yīng),以利于根系對(duì)土壤中某些養(yǎng)分的吸收。本試驗(yàn)中根結(jié)線蟲侵染黃瓜植株對(duì)根際土壤pH產(chǎn)生影響的同時(shí)也對(duì)根際土壤微生物種群數(shù)量和群落組成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大影響,并且根際土壤pH與土壤微生物種群數(shù)量都呈顯著相關(guān)關(guān)系,表明根系分泌物對(duì)土壤微生物產(chǎn)生了化感作用(Allelopathy)。Rice將化感作用定義為某種植物通過向環(huán)境釋放化學(xué)物質(zhì)而對(duì)其他植物(包括微生物)所產(chǎn)生的有益的或有害的作用。接種根結(jié)線蟲后,黃瓜植株根際土壤中好氣性細(xì)菌數(shù)量、厭氣性細(xì)菌數(shù)量以及細(xì)菌總數(shù)降低,且好氣性細(xì)菌數(shù)量以及B/F與pH呈顯著正相關(guān)(P<0.05),厭氣性細(xì)菌數(shù)量、細(xì)菌總數(shù)以及A/F值與pH呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),表明黃瓜植株感染根結(jié)線蟲后根系分泌物中的酸性物質(zhì)不利于細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖從而導(dǎo)致其數(shù)量的降低。放線菌數(shù)量?jī)H在接種量為2000個(gè)·株-1時(shí)顯著增加,之后隨著接種量的增加逐漸降低,并且放線菌數(shù)量與pH呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),表明在根結(jié)線蟲感染程度較輕時(shí),根系分泌物中的酸性物質(zhì)有利于放線菌的生長(zhǎng)和繁殖,但當(dāng)根結(jié)線蟲感染程度加重時(shí),可能由于根系分泌物中酸性物質(zhì)的種類或數(shù)量發(fā)生變化從而不利于放線菌的生長(zhǎng)和繁殖。與細(xì)菌正好相反,根際土壤中真菌數(shù)量隨著線蟲接種量的增加逐漸升高,真菌數(shù)量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),表明黃瓜植株感染根結(jié)線蟲后根系分泌物中的酸性物質(zhì)有利于真菌的生長(zhǎng)和繁殖從而導(dǎo)致其數(shù)量升高。一般而言,土壤微生物區(qū)系中細(xì)菌是數(shù)量最多的一個(gè)類群,占到微生物總數(shù)的96%以上,在植物根系微生態(tài)環(huán)境中對(duì)物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化起決定性作用。放線菌不僅參與土壤有機(jī)質(zhì)的分解,同時(shí),放線菌在生長(zhǎng)過程中分泌的抗生素可以抑制其他有害病原微生物的生長(zhǎng)。本試驗(yàn)中接種根結(jié)線蟲導(dǎo)致黃瓜植株根際土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量降低,這不僅不利于根際土壤中有機(jī)殘?bào)w的分解和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化,也可能會(huì)增加根系被土壤病原真菌感染的機(jī)率。目前已有研究發(fā)現(xiàn)土壤病原真菌與線蟲能對(duì)植物造成復(fù)合侵染。真菌也是土壤微生物的一個(gè)類群,具有耐酸的特點(diǎn)。一般認(rèn)為,土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量減少,真菌數(shù)量增加,表明土壤發(fā)生“真菌化”。大量研究表明,土壤發(fā)生“真菌化”是土壤質(zhì)量下降的一個(gè)重要標(biāo)志。本研究中,黃瓜植株感染根結(jié)線蟲后根際土壤pH呈降低趨勢(shì),真菌數(shù)量增加,A/F和B/F降低,表明根結(jié)線蟲侵染造成根際土壤由“細(xì)菌化”向“真菌化”轉(zhuǎn)化,導(dǎo)致根際土壤質(zhì)量下降。黃瓜是容易發(fā)生連作障礙的園藝作物之一。有研究認(rèn)為,作物自身分泌的化感物質(zhì)是作物連作障礙的主要原因之一。目前已從黃瓜植株根系分泌物中分離出多種酚酸類自毒物質(zhì)(Autotoxin),主要包括對(duì)羥基苯甲酸、香草酸和阿魏酸3種。本研究中,根結(jié)線蟲侵染黃瓜植株后對(duì)根系分泌物產(chǎn)生了較大影響,不僅改變了根際土壤pH,也對(duì)根際土壤微生物產(chǎn)生了化感作用。黃瓜植株感染根結(jié)線蟲后根系分泌物中的化感物質(zhì)與引起黃瓜連作障礙的自毒物質(zhì)有無差別尚不能確定,其化學(xué)成分的