不同連作年限番茄根系淀積物的變化及其與根結(jié)線蟲的關(guān)系.pdf

第 57 卷 第 3 期 土 壤 學(xué) 報(bào) Vol 57 No 3 2020 年 5 月 ACTA PEDOLOGICA SINICA May 2020 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 2016YFD0200305 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 41771287 和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi) KYYJ201702 資助 Supported by the National Key Research and Development Program of China No 2016YFD0200305 the National Natural Science Foundation of China No 41771287 and the Fundamental Research Funds for the Central Universities of China No KYYJ201702 通訊作者 Corresponding author E mail liumq 作者簡(jiǎn)介 常海娜 1993 女 山東人 碩士研究生 主要從事土壤生態(tài)學(xué)方面的研究 E mail haina0924 收稿日期 2019 04 30 收到修改稿日期 2019 08 13 優(yōu)先數(shù)字出版日期 2019 09 24 DOI 10 11766 trxb201904300132 常海娜 王春蘭 朱晨 王東升 李榮 周星 龔鑫 陳小云 胡鋒 劉滿強(qiáng) 不同連作年限番茄根系淀積物的變化及其與根結(jié)線蟲 的關(guān)系 J 土壤學(xué)報(bào) 2020 57 3 750 759 CHANG Haina WANG Chunlan ZHU Chen WANG Dongsheng LI Rong ZHOU Xing GONG Xin CHEN Xiaoyun HU Feng LIU Manqiang Variation of Rhizodeposits under Monocropping of Tomato and Its Relationship with Root knot Nematode J Acta Pedologica Sinica 2020 57 3 750 759 不同連作年限番茄根系淀積物的變化及其與根結(jié)線蟲的 關(guān)系 常海娜 1 2 王春蘭 1 2 朱 晨 1 2 王東升 1 3 李 榮 1 2 周 星 1 2 龔 鑫 1 2 陳小云 1 2 胡 鋒 1 2 劉滿強(qiáng) 1 2 1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 南京 210095 2 江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心 南京 210095 3 南京市蔬菜科 學(xué)研究所 南京 210042 摘 要 了解蔬菜連作與土傳病蟲害的關(guān)系有助于發(fā)展綠色農(nóng)業(yè) 基于根系淀積物在植物 土壤之間功能反饋中的重要地位 選擇野外定位試驗(yàn)中番茄第 2 第 6 和第 8 茬的不同連作年限處理 研究根結(jié)線蟲的變化及其與土壤性質(zhì)特別是根系淀積物 組成的關(guān)系 結(jié)果顯示 與第 2 茬相比 連作茬數(shù)增加導(dǎo)致土壤 pH 顯著降低 P 0 05 而土壤有機(jī)碳和硝態(tài)氮含量顯著 升高 同時(shí) 根系淀積物的組分類別及其相對(duì)含量也有顯著變化 其主要組分中有機(jī)酸類物質(zhì)的數(shù)量和相對(duì)含量隨連作茬數(shù) 的增加而增加 土壤化學(xué)性質(zhì) 根系淀積物和根結(jié)指數(shù)三者的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析表明 根結(jié)指數(shù)與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系伴 隨連作年限而增強(qiáng) 在第 8 茬中 根結(jié)指數(shù)與月桂酸含量呈負(fù)相關(guān) 與土壤 3 NO N 含量以及顛茄堿 麥角甾醇的含量呈正 相關(guān) 說明連作番茄根結(jié)線蟲病害加重與土壤化學(xué)性質(zhì)尤其是根系淀積物的變化有密切聯(lián)系 關(guān)鍵詞 連作障礙 生態(tài)農(nóng)業(yè) 土壤健康 根系淀積 根結(jié)線蟲 差異化合物 中圖分類號(hào) S154 1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A Variation of Rhizodeposits under Monocropping of Tomato and Its Relationship with Root knot Nematode CHANG Haina 1 2 WANG Chunlan 1 2 ZHU Chen 1 2 WANG Dongsheng 1 3 LI Rong 1 2 ZHOU Xing 1 2 GONG Xin 1 2 CHEN Xiaoyun 1 2 HU Feng 1 2 LIU Manqiang 1 2 1 College of Resources and Environmental Sciences Nanjing Agricultural University Nanjing 210095 China 2 Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization Nanjing 210095 China 3 Nanjing Institute of Vegetable Science Nanjing 210042 China 3 期 常海娜等 不同連作年限番茄根系淀積物的變化及其與根結(jié)線蟲的關(guān)系 751 Abstract Objective This paper aimed at understanding the relationship between continuous monocropping of vegetable and soil borne diseases which will contribute a lot to development of green ecological agriculture Method Based on the important role of rhizodeposition in plant soil functional feedbacks a field experiment was carried out to study incidence variation of root knot nematode diseases and explore its relationships with rhizospheric soil properties especially composition of rhizodeposits in tomato fields under monocropping for 2 6 and 8 seasons and the same cultivation management Result Results show that compared with the plot of 2 season the plots of 6 and 8 seasons were significantly lower in soil pH P 0 05 and significantly higher in concentration of soil total organic carbon and nitrate nitrogen Root knot index of the tomato and incidence of the root knot nematode disease increased with the monocropping going on A total of 150 kinds of rhizodeposits were identified with the gas chromatography time of flight mass spectrometry GC TOF MS metabolomics including alcohols organic acids amino acids carbohydrate terpenes alkaloids and steroids compounds Meanwhile with the monocropping going on composition and relative contents of the components of the rhizodeposits varied significantly and the amount and relative abundance of organic acids such as 3 3 hydroxyphenyl propionic acid salicylic acid thymol succinic acid lauric acid as main components of the rhizodeposits increased too The network architecture analysis of soil chemical properties rhizodeposits and root knot index shows that the network was reducing in complexity but intensifying in modularization after continuous tomato monocropping The compounds in the rhizosphere were quite closely related to soil chemical properties and root knot index of the tomato Among them 3 3 hydroxyphenyl propionic acid salicylic acid and succinic acid were negatively related to soil pH and 3 3 hydroxyphenyl propionic acid salicylic acid and atropine were positively to concentration of soil 3 NO N The relationships between root knot index and other nodes were strengthened with the monocropping going on Conclusion In the plot of 8 season the root knot index was negatively related to content of lauric acid but positively to concentration of soil 3 NO N atropine and ergosterol The findings shows that the monocropping of tomato aggravates root knot nematode disease which is closely related to soil chemical properties especially variation of the rhizodeposits Therefore more efforts should be made in future studies based on screening of key differential compounds to specify through simulation of the composition of the rhizodeposits functions of specific compounds in the rhizosphere and their synergic effects with biological and abiotic factors on incidence of root knot nematode diseases Key words Monocropping obstacle Ecological agriculture Soil health Rhizodeposition Root knot nematodes Differential compounds 設(shè)施蔬菜栽培具有土地利用率高 生產(chǎn)周期短 受季節(jié)影響較小等優(yōu)點(diǎn) 已成為我國公民蔬菜消費(fèi) 和農(nóng)民收入的重要來源 1 然而 由于設(shè)施蔬菜作 物的連續(xù)單一種植 肥料投入量大以及設(shè)施環(huán)境相 對(duì)封閉 造成與土壤相關(guān)的障礙問題日益突出 如 土壤酸化和鹽漬化 土壤養(yǎng)分失衡 土傳病害頻發(fā) 等 2 3 尤其是根部病蟲害的發(fā)生直接影響了蔬菜的 正常生長(zhǎng)發(fā)育 其中 根結(jié)線蟲作為設(shè)施內(nèi)普遍發(fā) 生且危害嚴(yán)重的植物土傳病害之一 已成為限制設(shè) 施蔬菜生產(chǎn)與可持續(xù)發(fā)展的重要障礙因子 4 由于 根際是植物和土壤的橋梁 能夠靈敏地反饋植物和 土壤的健康狀況 并同時(shí)影響土壤和植物的健康 因此 聚焦根際過程中與根系直接相關(guān)的病原物 了解土壤健康尤其是土壤生物群落與植物健康的關(guān) 系 逐漸受到越來越多的土壤學(xué)家的關(guān)注 5 有關(guān) 這方面的知識(shí)也會(huì)在減少農(nóng)業(yè)化學(xué)品施用 保障食 品安全及保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境等綠色發(fā)展中發(fā)揮越來 越重要的作用 6 根結(jié)線蟲是一類在蔬菜生產(chǎn)中普遍存在的植物 寄生性線蟲 其寄主范圍廣 對(duì)茄科作物危害嚴(yán)重 7 其二齡幼蟲僅感染根系 受害部位形成瘤狀根結(jié) 消耗植物的光合產(chǎn)物和養(yǎng)分 導(dǎo)致植株對(duì)其他病蟲 害的抵抗力下降 最終造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失 8 當(dāng) 前 連作過程中過量施用化肥進(jìn)一步惡化了土壤環(huán) 境 9 同時(shí)也降低了作物對(duì)病蟲害的抗性 促進(jìn)了 根結(jié)線蟲病害的發(fā)生 10 此外 根際釋放的有機(jī)物 質(zhì)影響著植物的根際環(huán)境 進(jìn)一步反饋給根結(jié)線蟲 并誘導(dǎo)其發(fā)生 11 已有的研究表明 包括根結(jié)線蟲 在內(nèi)的地下食根動(dòng)物對(duì)寄主的識(shí)別和感染依賴于一 些根際信號(hào)物質(zhì) 如酚酸類 黃酮類 糖類和生物 752 土 壤 學(xué) 報(bào) 57 卷 堿類化合物等 12 13 而根系淀積 rhizodeposition 作為植物向土壤生態(tài)系統(tǒng)輸入有機(jī)物的重要途徑之 一 其根系淀積物伴隨連作年限的不斷延長(zhǎng)也會(huì)誘 發(fā)某些病原體的定殖和感染 14 如連作條件下根系 淀積物與根結(jié)線蟲的關(guān)系 圖 1 然而 由于傳統(tǒng) 上不同學(xué)科的研究相對(duì)孤立 現(xiàn)有連作影響病蟲害 的研究通常未整合根系淀積物等與根結(jié)線蟲的關(guān) 系 限制了對(duì)連作條件下根結(jié)線蟲病害發(fā)生規(guī)律和 機(jī)制的認(rèn)識(shí) 圖 1 連作條件下根系淀積物與根結(jié)線蟲關(guān)系的概念思路 框架 實(shí)線箭頭代表正面影響 虛線箭頭代表負(fù)面影響 Fig 1 Conceptual framework showing the relationship between rhizodeposits and root knot nematodes under continuous monocropping systems Solid arrow represents positive impact and dotted arrow represents negative impact 本研究基于番茄不同連作茬數(shù)的田間定位實(shí) 驗(yàn) 分析根結(jié)線蟲危害和根系淀積物組成的差異 探討土壤化學(xué)性質(zhì)尤其是根系淀積物與根結(jié)線蟲的 關(guān)系 研究結(jié)果可進(jìn)一步加深對(duì)連作障礙條件下根 結(jié)線蟲病的認(rèn)識(shí) 為深入了解蔬菜連作中根結(jié)線蟲 發(fā)生的微生態(tài)機(jī)制及研發(fā)蔬菜連作障礙修復(fù)措施和 防控策略提供科學(xué)依據(jù) 1 材料與方法 1 1 樣品采集和預(yù)處理 不同連作茬數(shù)番茄的根系和土壤采自南京市 蔬菜花卉科學(xué)研究所內(nèi)的田間定位實(shí)驗(yàn)田 118 46 36 87 E 31 43 11 50 N 選擇具有同樣 種植歷史 辣椒 番茄 菠菜輪作 的相鄰大棚 具 有同樣的土壤基礎(chǔ)性質(zhì) 分別從 2013 年 2014 年 和 2016 年開始采用番茄連續(xù)單一種植制度 一年分 春茬 3 7 月 和秋茬 8 12 月 番茄 在 2016 年秋茬番茄 分別為第 2 6 8 茬 收獲前統(tǒng)一采 樣 各棚內(nèi)的施肥和灌溉措施保持一致 土壤類型 為淋溶土 質(zhì)地為黏壤土 黏粒 229 g kg 1 粉粒 365 g kg 1 砂 粒 406 g kg 1 土 壤 pH 7 21 水 有 機(jī) 碳 18 2 g kg 1 全 氮 3 27 g kg 1 全 磷 3 58 g kg 1 全 鉀 19 2 g kg 1 礦質(zhì)氮 銨態(tài)氮和硝態(tài)氮之和 140 5 mg kg 1 有效磷 31 5 mg kg 1 速效鉀 719 mg kg 1 供試作物為番茄 世紀(jì)紅冠 在番茄定植前兩 天將有機(jī)肥 腐熟的雞糞 75 t hm 2 作為基肥一次性 均勻翻施入耕層土壤中 于 2016 年 10 月 21 日分別 從第 2 6 8 茬番茄棚中選擇有機(jī)肥處理的小區(qū) 每 處理 3 個(gè)小區(qū) 小區(qū)面積約為 8 m 2 每個(gè)小區(qū)隨機(jī) 選取 3 株番茄挖掘根系 共 27 株 采用抖根法并用 毛刷采集植株根際土壤 同一小區(qū)的土壤樣品均勻混 合 植株用水洗凈后觀察其形態(tài) 部分土壤樣品置于 液氮中快速冷凍并儲(chǔ)存于 80 冰箱待進(jìn)行化合物 提取和氣相色譜 飛行時(shí)間質(zhì)譜 GC TOF MS 分析 其余土壤預(yù)處理后用于土壤化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定 1 2 根際土壤化合物的提取 通過改進(jìn) Ya n g 等 15 研究中樣品的提取方法 分別對(duì)不同連作茬數(shù)番茄根際土壤中的化學(xué)物質(zhì)進(jìn) 行萃取和衍生化 化合物萃取 稱取 1 0 g 根際土壤 樣品置于離心管中 加入甲醇 氯仿 3 1 v v 提 取液和乙酸乙酯進(jìn)行渦旋 再加入瓷珠 研磨并超 聲 冰水浴 重 復(fù) 5 次 然后將樣本離心后小心移 取上清液于離心管中 化合物衍生化 先于真空濃 縮器中干燥提取物 再加入甲氧胺鹽試劑并輕輕混 勻后放入烘箱中 80 培養(yǎng) 30 min 然后向每個(gè)樣 品中加入雙 三甲基硅烷基 三氟乙酰胺 BSTFA 將混合物于 70 下培養(yǎng) 1 5 h 冷卻至室溫 樣品 采用氣相色譜儀 Agilent 7890 安捷倫科技有限公 司 隨機(jī)順序上機(jī)檢測(cè) 1 3 分析方法 土壤有機(jī)質(zhì)采用外加熱重鉻酸鉀氧化 容量法 測(cè)定 銨態(tài)氮和硝態(tài)氮采用 2 mol L 1 氯化鉀浸提后 用流動(dòng)分析儀 SKALAR San 荷蘭 測(cè)定 可溶 性有機(jī)碳采用超純水浸提后用總有機(jī)碳 TOC 分 析 3 期 常海娜等 不同連作年限番茄根系淀積物的變化及其與根結(jié)線蟲的關(guān)系 753 儀 Elementar Vario EL III 德國 測(cè)定 土壤有效 磷采用 NaHCO 3 浸提 鉬銻抗比色法測(cè)定 16 土壤 速效鉀采用 NH 4 OAc 浸提 火焰光度法測(cè)定 土壤 pH 和電導(dǎo)率 EC 測(cè)定時(shí)水土比為 5 1 番茄根結(jié)線蟲病情評(píng)估 根結(jié)指數(shù) 各級(jí)病 株數(shù) 各級(jí)代表值 100 調(diào)查總株數(shù) 最高嚴(yán)重度 代表值 17 氣相色譜 飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀 Agilent 7890 安捷倫科技有限公司 配有 Agilent Rxi 5MS 毛細(xì)管 柱 30 m 250 m 0 25 m 美國 GC TOF MS 分析條件如下 進(jìn)樣量為 1 L 分流比 10 1 載 氣為氦氣 前進(jìn)樣口吹掃流速為 3 mL min 1 柱流 速為 1 mL min 1 程序升溫 50 保持 0 5 min 以 15 min 1 的速率上升至 320 并保持 10 min 前進(jìn)樣口溫度為 280 傳輸線溫度為 320 離子源溫度為 230 電離電壓為 70 eV 質(zhì)量范圍為 50 500 m z 1 掃描速率為 10 s 1 溶 劑延遲時(shí)間為 4 min 1 4 數(shù)據(jù)分析 使用 MS DIAL 軟件對(duì)質(zhì)譜原始數(shù)據(jù)進(jìn)行峰提 取 基線矯正 解卷積 峰積分和峰對(duì)齊等分析 18 使用 Fiehn Binbase 數(shù)據(jù)庫對(duì)物質(zhì)定性 19 選用匹配 度大于 700 保留時(shí)間偏差 RI 小于 5 的化合物 20 將化合物的原始數(shù)據(jù)上傳至 MetaboAnalyst 4 0 進(jìn)行 標(biāo)準(zhǔn)化 中值歸一化 對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換和自動(dòng)數(shù)據(jù)縮放 21 在軟件 R 3 3 2 中對(duì)已鑒定化合物進(jìn)行非度量多維 尺度分析 NMDS 可以直觀地體現(xiàn)不同連作茬數(shù) 番茄之間化合物的差異 然后進(jìn)行偏最小二乘法判 別分析和 t 檢驗(yàn) 根據(jù)變量投影重要性值 閾值大 于 1 2 和 t 檢驗(yàn)的 P 值 P 0 05 來確定差異性表 達(dá)的化合物 22 用 Statistics 7 1 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn) 行分析 采用單因素方差分析并用最小顯著差異 LSD 法進(jìn)行處理之間的差異顯著性檢驗(yàn) P 0 05 使用 R 軟件對(duì)化合物組成及根結(jié)指數(shù)進(jìn) 行斯皮爾曼 Spearman 相關(guān)性分析 并用 Gephi 0 9 2 軟件和 Fruchterman Reingold 算法分別對(duì)不同 連作茬數(shù)番茄的根系淀積物組分與土壤化學(xué)性質(zhì)和 根結(jié)指數(shù)的相關(guān)性結(jié)果進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)可視化 2 結(jié) 果 2 1 連作茬數(shù)對(duì)根際土壤化學(xué)性質(zhì)的影響 連作茬數(shù)顯著影響了根際土壤養(yǎng)分含量 與連 作 2 茬相比 連作 8 茬后土壤銨態(tài)氮 NH 4 N 和 溶解性有機(jī)碳 DOC 含量分別下降了 4 31 和 15 07 差異顯著 隨著連作茬數(shù)的增加 土壤有 機(jī)碳 SOC 含量顯著升高 硝態(tài)氮 NO 3 N 含 量先升高后降低 此外 土壤 pH 隨著連作茬數(shù)的 增加而降低 表 1 2 2 連作茬數(shù)對(duì)番茄根系形態(tài)的影響 隨著連作茬數(shù)的增加 側(cè)根和須根上的根結(jié)數(shù) 越來越多 并連接成串珠狀 造成根系腫脹 畸形 在連作 8 茬番茄中表現(xiàn)最為嚴(yán)重 相應(yīng)地 番茄的 根結(jié)指數(shù)隨著連作茬數(shù)的增加而增大 圖 2 表 1 不同連作茬數(shù)番茄根際土壤化學(xué)性質(zhì) Table 1 Chemical properties of the rhizosphere of monocropping tomato relative to history of monocropping 連作茬數(shù) History of monocropping SOC g kg 1 4 NH N mg kg 1 3 NO N mg kg 1 DOC mg kg 1 AP mg kg 1 pH H 2 O EC mS cm 1 第 2 茬 14 1 0 16c 3 71 0 04a 153 5 1 0b 7 3 0 1a 90 8 3 9a 7 21 0 03a 0 75 0 04c 第 6 茬 15 7 0 12b 3 59 0 03b 162 3 1 9a 6 6 0 0b 36 5 2 8b 6 91 0 02b 2 50 0 12a 第 8 茬 16 8 0 15a 3 55 0 03b 160 2 1 0a 6 2 0 1c 37 7 3 2b 6 88 0 04b 1 49 0 15b 注 SOC 土壤有機(jī)碳 4 NH N 銨態(tài)氮 3 NO N 硝態(tài)氮 DOC 溶解性有機(jī)碳 AP 有效磷 pH 酸堿度 EC 電導(dǎo) 率 表中數(shù)據(jù)為平均值 標(biāo)準(zhǔn)誤 n 3 同列不同字母表示處理間差異顯著 P 0 05 下同 Note SOC soil organic carbon 4 NH N ammonium nitrogen 3 NO N nitrate nitrogen DOC dissolved organic carbon AP available phosphorus pH potential of hydrogen EC electrical conductivity Data are means SE n 3 different letters in the same column represent significant difference between treatments P 0 05 The same below 2 nd season 6 th season 8 th season 754 土 壤 學(xué) 報(bào) 57 卷 注 紅色圓圈區(qū)域表示根結(jié)部位 綠色圓圈區(qū)域表示根系的正常部位 Note The red circle indicates the part where root knots from and the green circle indicates the part of normal roots 圖 2 不同連作茬數(shù)下的番茄根系形態(tài) Fig 2 Morphology of tomato roots relative to history of monocropping 2 3 連作茬數(shù)對(duì)番茄根系淀積物的影響 從番茄根際土壤中共鑒定出 150 種化合物 連 作茬數(shù)對(duì)這些化合物的組分及相對(duì)含量有顯著影 響 且差異隨著連作茬數(shù)的增加而增大 圖 3 根 系淀積物主要包括醇類 有機(jī)酸類 氨基酸類 糖 類 萜類 生物堿和甾族化合物等 其中有機(jī)酸類 化合物的數(shù)量最多 相對(duì)含量最高 且在第 6 茬和 第 8 茬中有機(jī)酸種類 51 種和 52 種 顯著多于第 2 茬 46 種 在第 2 茬處理中未檢測(cè)到生物堿類物 質(zhì) 但其相對(duì)含量在第 6 茬和第 8 茬中較高 分別 為 8 96 和 9 33 表 2 注 Per PerMANOVA 非參數(shù)多元方差分析 C2 代 表第 2 茬番茄 C6 代表第 6 茬番茄 C8 代表第 8 茬番茄 下同 Note Per PerMANOVA Permutational Multivariate Analysis of Variance C2 2nd season of tomato C6 6th season of tomato C8 8th season of tomato The same below 圖 3 不同連作茬數(shù)番茄根際土壤中化合物的非度量多維 尺度分析 NMDS Fig 3 Nonmetric multidimensional scaling NMDS plot of the compounds in the rhizosphere of the tomato relative to history of monocropping 2 4 不同連作茬數(shù)番茄根際差異化合物種類的變 化 在偏最小二乘法判別分析中 變量投影重要性 值大于 1 2 的候選差異化合物有 25 種 結(jié)合 t 檢驗(yàn) 確定了在不同連作茬數(shù)間具有顯著差異 P 0 05 的 11 種化合物 其中 D 半乳糖 L 蘋果酸和草酸 等化合物在第 2 茬中有較高水平 而間羥基苯丙酸 百里香酚 月桂酸 水楊酸 琥珀酸和顛茄堿等在 第 6 茬和第 8 茬中的水平顯著高于第 2 茬 圖 4 2 5 不同連作茬數(shù)番茄根系淀積物 土壤化學(xué)性 質(zhì)和根結(jié)指數(shù)的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 第 2 茬的網(wǎng)絡(luò)連接度最高 平均度為 9 484 平均路徑長(zhǎng)度 5 744 和網(wǎng)絡(luò)直徑 18 最小 隨著連作茬數(shù)的增加 網(wǎng)絡(luò)連通度降低 表明連 作降低了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性 與第 2 茬相比 第 6 和 第 8 茬網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)增加 化合物種類增多 各網(wǎng)絡(luò)均達(dá)到了模塊化程度 模塊化指數(shù)大于 0 44 連作增加了網(wǎng)絡(luò)的模塊化系數(shù) 表明網(wǎng)絡(luò) 的內(nèi)部形成不同模塊的可能性增加 表 3 圖 5a 其中 差異化合物與土壤化學(xué)性質(zhì)和根結(jié)指數(shù)的 關(guān)系比較密切 與土壤 pH 呈負(fù)相關(guān)的是間羥基苯 丙酸 水楊酸和琥珀酸 與 3 NO N 含量呈正相關(guān) 是間羥基苯丙酸 水楊酸和顛茄堿 與 AP 含量呈 負(fù)相關(guān)的是麥角甾醇 此外 代表根結(jié)指數(shù)的節(jié) 點(diǎn)隨著連作茬數(shù)的增加其與其他化合物的相關(guān)性 明顯增大 在第 2 和第 6 茬中與月桂酸含量呈正 相關(guān) 在第 8 茬中與月桂酸含量呈負(fù)相關(guān) 與土 壤 3 NO N 含量以及顛茄堿和麥角甾醇的含量呈正 相關(guān) 圖 5b 3 期 常海娜等 不同連作年限番茄根系淀積物的變化及其與根結(jié)線蟲的關(guān)系 755 表 2 不同連作茬數(shù)下根系淀積物的組分及相對(duì)含量 Table 2 Composition and relative contents of its components in the rhizodeposits relative to history of monocropping 數(shù)量 Number 相對(duì)含量 Relative contents 類別 Categories C2 C6 C8 C2 C6 C8 醇類 Alcohols 9 9 10 19 33 0 52a 14 12 0 73b 12 55 0 39b 有機(jī)酸 Organic acids 46 51 52 51 25 0 45a 53 62 1 43a 54 36 1 76a 氨基酸 Amino acids 16 17 16 5 23 0 15a 4 88 0 26a 5 07 0 16a 糖類 Carbohydrate 14 12 14 4 89 0 40a 2 56 0 13b 2 22 0 10b 萜類 Terpene 5 5 5 2 77 0 57a 2 23 0 15a 2 79 0 05a 生物堿 Alkaloids 0 1 1 0 8 96 0 34a 9 33 1 25a 甾類 Steroids 14 14 12 6 23 0 46ab 4 93 0 11b 7 55 1 03a 其他 Others 31 32 32 10 30 0 33a 8 7 0 46b 6 13 0 18c 注 用色譜峰面積歸一化法測(cè)定各組分的相對(duì)含量 并將相對(duì)含量小于 0 5 的化合物歸類到其他類別中 Note Relative contents of the components determined with the photospectral peak area normalization and compounds 0 5 in proportion sorted into other categories 注 圖右側(cè)的彩色方框表示每個(gè)處理中對(duì)應(yīng)化合物的相對(duì)含量 Note The colored square boxes on the right of figure indicate relative content of the corresponding compounds relative to treatment 圖 4 不同連作茬數(shù)番茄根際差異化合物的變量投影重要性預(yù)測(cè)值分布 Fig 4 Distribution of predictions of importance of variable projections of differential compounds in the tomato rhizosphere relative to history of monocropping 3 討 論 3 1 連作對(duì)土壤理化性質(zhì) 根系淀積物和根結(jié)線 蟲病情的影響 番茄連茬種植后土壤 pH 下降 而硝態(tài)氮含量 升高 一方面因?yàn)殚L(zhǎng)期高強(qiáng)度單作從土壤中選擇性 地吸收較多的堿基元素和中微量元素 導(dǎo)致土壤向 酸化方向發(fā)展 23 另一方面 棚內(nèi)施肥量和蒸發(fā)量 較大 導(dǎo)致土壤中硝酸鹽累積及土壤表層的次生鹽漬 化 24 連作對(duì)番茄根系淀積物的組分及其相對(duì)含量 有顯著影響 其中 有機(jī)酸類物質(zhì)的數(shù)量和相對(duì)含量 伴隨連作茬數(shù)的增加而增加 表 2 而多數(shù)有機(jī)酸 類物質(zhì)被認(rèn)為是化感物質(zhì)或自毒物質(zhì) 當(dāng)其積累到一 定水平 能直接影響自身或周圍植株的生長(zhǎng) 這是導(dǎo) 致作物發(fā)生連作障礙的重要原因之一 25 此外 連 作茬數(shù)的增加導(dǎo)致番茄根結(jié)指數(shù)增大 這表明根結(jié)線 756 土 壤 學(xué) 報(bào) 57 卷 表 3 不同連作茬數(shù)番茄網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)指標(biāo) Table 3 Network topology structure indices of the tomato relative to history of monocropping 連作茬數(shù) History of monocropping 圖的度量 Graph metric C2 C6 C8 節(jié)點(diǎn)數(shù) Number of nodes 128 140 137 邊數(shù) Number of edges 607 653 624 平均度 Average degree 9 484 9 329 9 109 平均路徑長(zhǎng)度 Average path length 5 744 8 947 9 686 模塊化指數(shù) Modularity index 2 071 3 029 2 977 網(wǎng)絡(luò)直徑 Diameter 18 30 31 正相關(guān) Positive correlation 69 85 66 62 67 47 負(fù)相關(guān) Negative correlation 30 15 33 38 32 53 注 連線代表相關(guān)系數(shù)大于 0 6 正相關(guān) 紅線 或小于 0 6 負(fù)相關(guān) 綠線 和統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性 P0 6 positive correlation red line or 0 6 negative correlation green line and statistical significance P 0 05 Nodes different in color indicate different compounds soil chemical properties and root knot index and size of the node is proportional to degree of the connection degree Differential compounds include 1 Galactose 2 L Malic acid 3 Oxalic acid 4 Gluconic acid 5 3 Hydroxypropionic acid 6 Lauric acid 7 3 3 hydroxyphenyl propionic acid 8 Atropine 9 Salicylic acid 10 Succinic acid and 11 Ergosterol Moi soil moisture and RKI root knot index 圖 5 不同連作茬數(shù)番茄的根系淀積物 土壤化學(xué)性質(zhì)和根結(jié)指數(shù)的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò) a 根系淀積物中的所有化合物 b 根系 淀積物中的差異化合物 Fig 5 Network co occurrence analysis of rhizodeposits soil chemical properties and root knot index relative to history of monocropping a All compounds in rhizodeposits and b Differential compounds in rhizodeposits 3 期 常海娜等 不同連作年限番茄根系淀積物的變化及其與根結(jié)線蟲的關(guān)系 757 蟲病情隨著連作時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷加劇 26 主要是 因?yàn)樵谠O(shè)施栽培條件下 連茬種植不僅導(dǎo)致根系淀積 物中自毒物質(zhì)的積累 而且伴隨著根際土壤生物群落 結(jié)構(gòu)和多樣性的破壞 如土壤中有益生物減少而有害 病原物增多 抑制植株生長(zhǎng)并降低其抗性 促使根結(jié) 線蟲等土傳病害發(fā)生 27 同時(shí) 連茬種植改變了根 際土壤的線蟲群落結(jié)構(gòu) 使根結(jié)線蟲成為優(yōu)勢(shì)種群 且土壤中病蟲基數(shù)不斷增大 致使根結(jié)線蟲病害持續(xù) 流行并逐年加重 28 此外 由于連茬種植同種作物 根系向根際反復(fù)釋放相似的組分 不僅改變了根際土 壤環(huán)境 還可能誘發(fā)根結(jié)線蟲的發(fā)生 29 3 2 連作茬數(shù)影響下根系淀積物與根結(jié)線蟲的關(guān) 系 根際是根結(jié)線蟲的主要活動(dòng)空間 根際土壤環(huán) 境的變化特別是根系淀積物中化合物組分及含量 的變化密切聯(lián)系著根結(jié)線蟲的生存及活動(dòng) 11 本研 究發(fā)現(xiàn)番茄根系淀積物中的有機(jī)酸類物質(zhì) 如間羥 基苯丙酸 水楊酸 百里香酚 琥珀酸 月桂酸等 的相對(duì)含量隨著連作茬數(shù)的增加而不斷升高 圖 4 其中 間羥基苯丙酸和水楊酸等酚酸類化合物 被認(rèn)為是土壤和植物根系分泌物中普遍存在的化 感物質(zhì) 30 琥珀酸對(duì)番茄青枯病有正趨化作用 31 這些物質(zhì)在根際中隨著連作茬數(shù)的增加而不斷積 累 間接降低了植株抵抗病蟲害的能力 從而有利 于根結(jié)