王玫,段亞楠,孫申義,相立,王功帥,陳學(xué)森,沈向,尹承苗*,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)國家重點實驗室,山東泰安271018;2山東省招遠市果業(yè)總站,山東招遠265400)
不同氮形態(tài)對連作平邑甜茶幼苗生長及土壤尖孢鐮孢菌數(shù)量的影響
王玫1,段亞楠1,孫申義2,相立1,王功帥1,陳學(xué)森1,沈向1,尹承苗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)國家重點實驗室,山東泰安271018;2山東省招遠市果業(yè)總站,山東招遠265400)
【目的】研究盆栽條件下不同形態(tài)氮對蘋果砧木—平邑甜茶幼苗生長以及對連作土壤微生物的影響,為連作建園時科學(xué)施肥、減輕蘋果連作障礙提供依據(jù)?!痉椒ā吭囼炗?015年露地進行,以平邑甜茶幼苗為試材,以連作土為對照1(CK1)和溴甲烷熏蒸為對照2(CK2),設(shè)置施入銨態(tài)氮(T1)、硝態(tài)氮(T2)和酰胺態(tài)氮(T3) 3個不同形態(tài)氮處理(N180mg/L),于2015年8月測定平邑甜茶生物量、光合參數(shù)和土壤微生物等相關(guān)指標?!窘Y(jié)果】銨態(tài)氮(T1)和酰胺態(tài)氮(T3)處理均能明顯提高連作條件下‘平邑甜茶’蘋果幼苗的生物量,其中T1處理的株高、地徑、鮮重、干重與CK1相比分別提高了35.3%、24.4%、42.0%、57.7%。添加3種形態(tài)氮素均可不同程度地提高平邑甜茶幼苗葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和根系呼吸速率,其中T1處理的Pn、Gs和根系呼吸速率分別比CK1提高了27.6%、35.6%、43.3%,卻并未達到CK2的效果。實時熒光定量PCR結(jié)果表明,CK2尖孢鐮孢菌的基因拷貝數(shù)降低最為明顯,比CK1降低了52.6%,T1也有效地降低了尖孢鐮孢菌的基因拷貝數(shù),而T2和T3處理尖孢鐮孢菌的基因拷貝數(shù)與CK1沒有顯著性差異。T-RFLP結(jié)果表明,T1和T3處理的真菌群落結(jié)構(gòu)與CK1有明顯差異,T1處理與CK2的真菌群落結(jié)構(gòu)較為相似,T2處理的真菌群落結(jié)構(gòu)與CK1較為相似。【結(jié)論】銨態(tài)氮處理可更好地提高連作平邑甜茶幼苗的生物量、凈光合速率以及根系呼吸速率,降低土壤尖孢鐮孢菌的基因拷貝數(shù),明顯改變連作土壤的真菌群落結(jié)構(gòu),可作為減輕蘋果連作障礙的措施。
平邑甜茶;蘋果連作障礙;氮形態(tài);光合參數(shù);土壤尖孢鐮孢菌
蘋果作為我國栽培面積最大的果樹之一,每年都面臨著大規(guī)模的老果園改造,老果園更新時面臨的連作障礙現(xiàn)象非常普遍,連作障礙通常表現(xiàn)為植株矮小、光合作用減弱、產(chǎn)量和品質(zhì)下降、病蟲害加重等問題,造成巨大的經(jīng)濟損失[1–2]。連作障礙已成為中國蘋果優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)一個普遍存在且亟需解決的生產(chǎn)問題[3–4]。眾多研究表明,造成連作障礙的主要致病真菌屬有柱孢屬、鐮孢屬、絲核屬、疫霉屬和腐霉屬等[5–6]。Van Schoor等研究發(fā)現(xiàn),在南非所有連作蘋果園中土壤有害真菌鐮孢屬、柱孢屬及腐霉屬是引起連作障礙的主要原因[7–8],Tewoldemedhin等從連作蘋果園腐爛的根中分離到了大量的尖孢鐮孢菌[9]。
目前用于防治連作障礙的方法很多,如抗性品種選育、輪作與間作、土壤熏蒸及生物防治等[10–12]。這些措施中以輪作和土壤熏蒸效果最佳,但輪作耗時太長,熏蒸對環(huán)境和人體不利[13],生物防治存在不同有益微生物(拮抗菌)在土壤中定殖能力差、效果不穩(wěn)定等不足。其他措施效果不穩(wěn)定或不顯著,目前均難以在生產(chǎn)中大面積推廣應(yīng)用。
氮素是蘋果栽培過程中施用較多的營養(yǎng)元素,是果樹生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ),對植株抗性、生長代謝、植株病害及產(chǎn)量的形成有重大影響,因此研究不同形態(tài)氮素對果樹的影響具有重要意義[14]。大量研究表明,不同氮素形態(tài)與植物微生物病害(連作障礙的重要原因之一)有關(guān),氮素營養(yǎng)可以通過影響植株所在土壤環(huán)境進而調(diào)控植物的生長發(fā)育過程[15–16],如銨態(tài)氮能夠抑制草莓黑根腐病,硝態(tài)氮能夠抑制番茄和豌豆的根腐病等[17]。有研究表明液氨作為熏蒸劑能夠殺死土壤中有害真菌,可用于連作障礙的防治[18]。不同形態(tài)的氮素營養(yǎng)不僅可以調(diào)節(jié)植株的生長代謝,如光合作用、礦物質(zhì)吸收等,而且會影響土壤動物、微生物生長及其代謝物分泌等,從而改變植株根系的土壤環(huán)境、影響植株生長[19]。Snoeijers等[20]研究發(fā)現(xiàn),氮素本身是一些真菌侵染植物根部細胞時的信號分子,植物體內(nèi)的氮代謝會影響某些基因的表達或超表達。因此,通過氮素營養(yǎng)改變果樹根系生長的土壤環(huán)境從而調(diào)控果樹生長發(fā)育是可行的,但不同形態(tài)氮如何影響連作條件下蘋果植株的生長、連作土壤微生物結(jié)構(gòu),以及對連作障礙發(fā)生程度的影響有何不同等鮮有報道。本研究以平邑甜茶幼苗為試材,探討不同形態(tài)氮對其生長及連作土壤微生物的影響,以期為減輕蘋果連作障礙提供新的措施。
1.1 試驗材料
試驗于2015年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)南校區(qū)國家蘋果工程中心試驗基地進行。供試材料為平邑甜茶(Malus hupeheusis Rehd.)實生苗。將平邑甜茶種子于4℃層積30d左右,種子露白后,于2015年4月播種于裝有育苗基質(zhì)的培養(yǎng)缽中育苗。待幼苗長至6片真葉時選取長勢一致、無病蟲害植株,于5月1日移栽至裝有6.5kg不同處理土壤的泥瓦盆中(上直徑25cm、下直徑為17cm、高18cm),每盆定植2棵幼苗,統(tǒng)一肥水管理。
供試土壤取自山東省泰安市滿莊鎮(zhèn)25年生紅富士蘋果園,砧木為八棱海棠(Malus micromalus Makino.),土壤類型為棕壤,土壤pH為6.08,速效鉀含量為90.6mg/kg,有效磷含量為9.3mg/kg,硝態(tài)氮含量為5.5mg/kg,銨態(tài)氮含量為3.8mg/kg,有機質(zhì)含量為5.3g/kg。
試驗共設(shè)置5個處理,分別為:連作土壤(CK1),溴甲烷熏蒸的連作土壤(CK2),連作土壤施用銨態(tài)氮(NH4HCO3)5g/pot(T1),硝態(tài)氮[Ca(NO3)2·4H2O]7.5g/pot(T2),酰胺態(tài)氮(尿素) 2g/pot(T3),所用氮肥均為分析純試劑,施氮量相當于純N180mg/L,每處理20盆。栽植前將連作土與不同形態(tài)氮肥充分混勻。
1.2 測定指標
葉片光合參數(shù):于8月14日上午10時左右選取3株長勢一致植株的健康功能葉(自上向下第3~5片展開葉),采用CIRAS-3便攜式光合儀(PP System,英國)測定凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(E)等。
幼苗生物量:于8月15日選擇長勢一致的植株并完整地從盆中取出,各處理均取3株,取出后將根系清洗干凈后,用常規(guī)方法測定苗木株高、地徑和干鮮重。
根系呼吸速率:于8月15日取幼苗根系上的新鮮白根,采用Oxytherm氧電極(Hansatech公司,英國)測定根系呼吸速率,參照毛志泉等[21]的方法。
實時熒光定量(qPCR):取0.5g過篩的新鮮土壤,按E.Z.N.A.?土壤DNA提取試劑盒提取DNA,采用CFX96TMThermal Cycler(Bio-Rad)對土壤中尖孢鐮孢菌的基因拷貝數(shù)進行實時熒光定量分析,參照李家家等[22]的方法。
末端限制性片段長度多態(tài)性(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)技術(shù)分析:提取土壤總DNA后,用真菌ITS區(qū)通用片段引物(ITS1-F和ITS4)進行擴增,用限制性內(nèi)切酶Hha I對PCR產(chǎn)物酶切,將酶切產(chǎn)物送至生工生物工程(上海)股份公司進行測序,采用SPSS19.0軟件對測序結(jié)果進行真菌群落聚類分析和主成分分析,參照尹承苗等[23]的方法。
1.3 數(shù)據(jù)處理
試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel2003和SPSS19.0軟件進行計算、作圖和差異顯著性分析。
表1 不同形態(tài)氮對平邑甜茶幼苗生物量的影響Table 1 Effects of different forms of nitrogen on plant biomass and growth of Malus hupehensis Rehd. seedlings
2.1 不同形態(tài)氮對平邑甜茶幼苗生物量的影響
由表1看出,銨態(tài)氮和酰胺態(tài)氮均能明顯提高連作條件下平邑甜茶幼苗的生物量,其中銨態(tài)氮處理的株高、地徑、鮮重、干重都有所增加,與連作土對照(CK1)相比分別提高了35.3%、24.4%、42.0%、57.7%;酰胺態(tài)氮處理與CK1相比分別提高了33.1%、26.5%、46.0%、58.0%。而硝態(tài)氮處理的株高雖與CK1相比達顯著性差異,但地徑、鮮重、干重3項指標與CK1沒有顯著性差異,銨態(tài)氮處理與酰胺態(tài)氮處理沒有顯著性差異;添加不同形態(tài)氮素后相對于CK1其生物量均有所提高,但未達到溴甲烷熏蒸(CK2)處理的效果。
2.2 不同形態(tài)氮對平邑甜茶幼苗葉片光合參數(shù)的影響
由圖1可以看出,溴甲烷熏蒸(CK2)能夠明顯地提高平邑甜茶幼苗的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和蒸騰速率(E),添加不同形態(tài)氮素后均可提高平邑甜茶幼苗葉片Pn和Gs,銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和酰胺態(tài)氮處理的Pn分別比連作土對照(CK1)提高了27.6%、17.9%、21.1%,Gs分別提高了35.6%、23.8%、33.0%;不同形態(tài)氮素處理的蒸騰速率(E)均比CK1高,但不同處理之間未達顯著性差異;不同形態(tài)氮處理胞間CO2濃度(Ci)與CK1和CK2相比未達顯著性差異。
2.3 不同形態(tài)氮對平邑甜茶幼苗根系呼吸速率的影響
圖2顯示,銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、酰胺態(tài)氮處理均能提高平邑甜茶幼苗的根系呼吸速率,與連作土對照(CK1)相比均達到顯著性差異,分別比CK1提高了43.3%、28.1%、34.2%,其中銨態(tài)氮處理效果最明顯;溴甲烷熏蒸(CK2)能夠有效地提高平邑甜茶幼苗根系呼吸速率,添加3種氮素后平邑甜茶幼苗的根系呼吸速率均與其達到顯著性差異。
2.4 不同形態(tài)氮對連作土壤真菌的實時熒光定量分析
通過實時熒光定量PCR分析了土壤中尖孢鐮孢菌的基因拷貝數(shù)。從圖3可以看出,連作土對照(CK1)的尖孢鐮孢菌拷貝數(shù)最高,溴甲烷滅菌(CK2)的拷貝數(shù)最低,CK2與CK1相比降低了52.6%;銨態(tài)氮處理有效地降低了尖孢鐮孢菌的基因拷貝數(shù),降低了41.3%,與CK2相比未達顯著性差異,說明銨態(tài)氮的加入能夠有效地抑制尖孢鐮孢菌的生長,減少尖孢鐮孢菌的數(shù)量;硝態(tài)氮處理后尖孢鐮孢菌的拷貝數(shù)有小幅升高,酰胺態(tài)氮處理的拷貝數(shù)有所降低,但兩者與CK1沒有顯著性差異。
圖1 不同形態(tài)氮對平邑甜茶幼苗葉片凈光合速率、胞間 CO2濃度、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的影響Fig. 1 Effects of different nitrogen forms on the net photosynthetic rate, intercellular carbon dioxide concentration, stomatal conductance and transpiration rate in leaves of Malus hpehensis Rehd. seedlings
2.5 不同形態(tài)氮對連作土壤真菌的 T-RFLP 分析
由主成分分析(圖4)和聚類分析(圖5)可以看出,添加不同形態(tài)的氮素對蘋果連作土真菌群落結(jié)構(gòu)的影響不同。結(jié)果顯示,第一主成分方差貢獻率為82.9%,第二主成分方差貢獻率為12.9%,兩者貢獻之和為95.8%,可以代表整個土壤系統(tǒng)狀況(圖4)。銨態(tài)氮和酰胺態(tài)氮處理后的真菌群落結(jié)構(gòu)與連作土對照(CK1)有明顯差異,其中銨態(tài)氮處理與溴甲烷滅菌(CK2)的真菌群落結(jié)構(gòu)相近(圖5),相似度達0.975~0.989(表2),而酰胺態(tài)氮處理則形成一個獨立的真菌群落(圖5),說明銨態(tài)氮處理與溴甲烷滅菌(CK2)對真菌群落結(jié)構(gòu)的作用機理有一定的相似性;硝態(tài)氮處理的真菌群落結(jié)構(gòu)與連作土對照(CK1)較相似(圖5),相似度為0.897~0.920(表2),可能是硝態(tài)氮的加入為土壤中的真菌提供營養(yǎng),增加了真菌的數(shù)量。
圖2 不同處理對平邑甜茶幼苗根系呼吸速率的影響Fig. 2 Effects of different treatments on the root respiration rate of Malus hupehensis Rehd. seedlings
圖3 不同處理對尖孢鐮孢菌的實時熒光定量分析Fig. 3 Real-time quantitative analysis of Fusarium oxysporum under different treatments
圖4 不同處理間 T-RFLP 圖譜的主成分分析Fig. 4 Principle component analysis for T-RFLP patterns of different treatments
圖5 不同處理間 T-RFLP 圖譜的聚類分析Fig. 5 Cluster analysis of T-RFLP patterns of different treatments
銨態(tài)氮(NH4+)和硝態(tài)氮(NO3–)是植物根系吸收利用的主要氮素形態(tài),根系吸收NO3–后,經(jīng)氮同化將NO3–還原為NH4+加以利用,而尿素可直接被植物根系吸收,一般認為蘋果是喜硝植物,無論是春施還是夏施其植株氮吸收量均是NO3–-N多于NH4+-N[24],這與本研究的結(jié)果相反。本試驗中,在連作土壤中施入適量的銨態(tài)氮和酰胺態(tài)氮后,可顯著增加平邑甜茶的生物量并提高根系呼吸速率,增強平邑甜茶幼苗抗性,但兩者在生物量指標上并未達顯著性差異,而施入硝態(tài)氮后生物量指標并未與連作土對照形成顯著性差異。說明在連作條件下,氮素營養(yǎng)通過影響土壤環(huán)境來調(diào)控植物生長的作用大于植物直接從土壤中吸收氮素營養(yǎng)作用。
植物通過光合作用利用光能進行物質(zhì)同化形成干物質(zhì),是植物生長發(fā)育的重要生理過程,而逆境脅迫會引起膜質(zhì)過氧化,破壞類囊體內(nèi)膜結(jié)構(gòu),降低葉綠素含量,導(dǎo)致光合速率下降[25]。陳貴等[26]研究發(fā)現(xiàn),逆境條件下,NH4+-N營養(yǎng)供給對作物光合效率的抑制效應(yīng)小于供給NO3–-N,本研究也有類似發(fā)現(xiàn)。在本研究中,連作(逆境)條件下,銨態(tài)氮處理的平邑甜茶幼苗凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(E)均比連作土對照(CK1)高,但處理之間的胞間CO2濃度沒有達到顯著性差異。有研究表明,在自然光和弱光兩種光照條件下,無論是否進行脅迫,銨態(tài)氮營養(yǎng)下的植株單位面積凈光合速率均高于硝態(tài)氮[27]。幼苗光合速率的增加有利于植物生長發(fā)育,促進植株葉片葉綠素合成,提高植物同化速率,說明銨態(tài)氮能夠緩解連作(逆境)條件對平邑甜茶幼苗光合作用的抑制。
表2 不同處理間相似系數(shù)Table 2 The similarity coefficient of different treatments
植物根系是地下部代謝的中心,植物根系通過呼吸作用為植物生長發(fā)育提供能量,同時又通過消耗葉片光合作用產(chǎn)生的同化物質(zhì)來帶動整個植株的代謝,根系呼吸速率的強弱是植物根系功能和抵御逆境脅迫的重要指標之一[28]。大多數(shù)研究表明,氮作為植物生長發(fā)育的必需元素,有維持根系呼吸的作用,根系組織的氮濃度越高,根系呼吸速率越強[29–30]。本研究中,不同形態(tài)氮素的添加均可不同程度地提高平邑甜茶幼苗的根系呼吸速率,其中銨態(tài)氮處理的效果最為明顯,酰胺態(tài)氮次之。根系呼吸速率的增加,有助于促進根系對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收,刺激根系生長,增加植株生長量,提高平邑甜茶幼苗抗逆性來緩解連作障礙對植株的脅迫;同時銨態(tài)氮的施入在促進根系生長的同時,也會影響植株根系分泌物的種類或數(shù)量,從而影響根際微生物的生長環(huán)境,使微生物群落結(jié)構(gòu)得到改善,進而減輕蘋果連作障礙,關(guān)于植物根系分泌物與土壤微生物的互作機理還需進行深入研究。
長期連作會降低有益微生物數(shù)量,增加有害真菌數(shù)量,導(dǎo)致土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的改變[31–32],而有害真菌數(shù)量的增加是造成連作障礙的主要原因[33–34]。Marschner等[35]采用PCR-DGGE技術(shù)研究了不同施肥方式對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響,結(jié)果表明,長期施肥顯著改變了土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)。本研究采用實時熒光定量PCR和末端限制性片段長度多態(tài)性技術(shù)(T-RFLP)研究了不同形態(tài)氮對連作土壤尖孢鐮孢菌及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響,運用聚類分析和主成分分析比較了添加不同形態(tài)氮后連作土壤中的真菌群落結(jié)構(gòu)的差異。結(jié)果表明,加入銨態(tài)氮后能夠明顯改變土壤真菌群落結(jié)構(gòu),尖孢鐮孢菌基因拷貝數(shù)明顯降低,張茂星等在研究香蕉枯萎病時也有類似結(jié)果[36],這可能是植物在吸收NH4+的同時會使土壤酸化,而有害真菌(尖孢鐮孢菌)在pH6~7生長最快[37],有害真菌的減少使土壤趨于細菌化,改變土壤真菌群落結(jié)構(gòu)。也有研究表明,在銨態(tài)氮作為氮源時尖孢鐮孢菌不能穿透根系細胞壁進入根系組織[38],即也有可能是土壤中銨態(tài)氮的加入能夠直接影響微生物,抑制其菌絲生長,這方面還需進一步研究證實。加入硝態(tài)氮的土壤真菌群落結(jié)構(gòu)則與連作土對照相近,相似度為0.897~0.920,可能是因為硝態(tài)氮的加入使有害真菌獲得養(yǎng)分,促使有害真菌的大量增殖,使土壤微生物結(jié)構(gòu)類型趨于真菌化。加入酰胺態(tài)氮后,土壤真菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化,形成單獨的群落,可能是因為植物根際氮水平的提高,促進了植株根系的生長,根系分泌物質(zhì)如酚酸、有機酸、生物堿等增多,進而導(dǎo)致根際土壤環(huán)境的改變(如土壤pH)[39],土壤真菌微生物群落結(jié)構(gòu)也隨之改變,也可能是氮肥的加入直接誘導(dǎo)了土壤中某些微生物的生長繁殖,其機理需進一步研究驗證。植物與土壤養(yǎng)分具有相輔相成的作用,連作土壤中氮素的加入可以影響植物根系的生長發(fā)育和分泌特性,改變植物根際有害真菌數(shù)量以及微生物種群結(jié)構(gòu)與功能[40],或氮形態(tài)通過直接影響根系某些基因的表達,從而影響根系代謝水平以及整個植株的生長發(fā)育,亦或影響到土壤中微生物體內(nèi)某些基因表達導(dǎo)致植物根際有害真菌數(shù)量以及微生物種群結(jié)構(gòu)與功能的改變[20],氮形態(tài)如何與微生物互作的具體機理還需深入研究。
添加適量的銨態(tài)氮能夠提高平邑甜茶幼苗生物量,調(diào)節(jié)根際環(huán)境,影響病原菌生長,并可改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu),因此在連作土壤中添加適宜含量的銨態(tài)氮可作為蘋果連作障礙的防治措施,但其并未達到溴甲烷熏蒸的防治效果,不可直接作為溴甲烷替代品,今后還需結(jié)合其他防治措施進行更深入研究。
[1]Liu ET,Wang GS,Li YY,et al.Replanting affects the tree growth and fruit quality of gala apple[J].Journal of Integrative Agriculture, 2014,13(8):1699–1706.
[2]Mazzola M,Manici LM.Apple replant disease:role of microbial ecology in cause and control[J].Annual Review of Phytopathology, 2012,50:45–65.
[3]Tewoldemedhin TY,Mazzola M,Mostert L,et al.Cylindrocarpon speces associated with apple tree roots in South Africa and their quantification using real-time PCR[J].European Journal of Plant Paithology,2011,129(4):637–651.
[4]孫海兵,毛志泉,朱樹華.環(huán)渤海灣地區(qū)連作蘋果園土壤中酚酸類物質(zhì)變化[J].生態(tài)學(xué)報,2011,31(1):90–97. Sun HB,Mao ZQ,Zhu SH.Changes of phenolic acids in the soil of replanted apple orchards surrounding Bohai Gulf[J].Acta Ecologica Sinica,2011,31(1):90–97.
[5]Dullahide SR,Stirling GR,Nikulin A,et al.The role of nematodes, fungi,bacteria,and abiotic factors in the etiology of apple replant problems in the Granite Belt of Queensland[J].Australian Journal of Experimental Agriculture,1994,34(8):1177–1182.
[6]Mazzola M.Elucidation of the microbial complex having acausal role in the development of apple replant disease in Washington[J]. Phytopathology,1998,88(9):930–938.
[7]Van Schoor L,Denman S,Cook NC.Characterisation of apple replant disease under South African conditions and biological management strategies[J].Scientia Horticulturae,2009,19(2): 153–162.
[8]相立,徐少卓,王功帥,等.微酸性電解水對蘋果連作土壤環(huán)境的影響[J].園藝學(xué)報,2016,43(7):1236–1244. Xiang L,Xu SZ,Wang GS,et al.Effects of slightly acid electrolyzed oxidizing water on apple replanted soil environment[J]. Acta Horticulturae Sinica,2016,43(7):1236–1244.
[9]Tewoldemedhin YT,Mazzola M,Botha WJ,et al.Characterization of fungi(Fusarium arrd Rhizoctonia)and oomycetes(Phytophthora and Pythium)associated with apple orchards in South Africa[J]. European Journal of Plant Pathology,2011,130(2):215–229.
[10]Cao Y,Zhang Z,Ling N,et al.Bacillus subtilis SQR9can control Fusarium wilt in cucumber by colonizing plant roots[J].Biology and Fertility of Soils,2011,47(5):495–506.
[11]Zhao S,Du CM,Tian CY.Suppression of Fusarium oxysporum and induced resistance of plants involved in the biocontrol of Cucumber Fusarium Wilt by Streptomyces bikiniensis HD-087[J].World Journal of Microbiology and Biotechnology,2012,28(9):2919–2927.
[12]Qiu M,Zhang R,Xue C,et al.Application of bio-organic fertilizer can control Fusarium wilt of cucumber plants by regulating microbial community of rhizosphere soil[J].Biology and Fertility of Soils, 2012,48(7):807–816.
[13]曹坳程,張文吉,劉建華.溴甲烷土壤消毒替代技術(shù)研究進展[J].植物保護,2007,33(1):15–20. Cao AC,Zhang WJ,Liu JH.Progress in the alternatives to methy1 bromide in soil disinfestation[J].Plant Protection,2007,33(1): 15–20.
[14]巨曉棠,谷保靜.我國農(nóng)田氮肥施用現(xiàn)狀、問題及趨勢[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2014,20(4):783–795. Ju XT,Gu BJ.Status-quo,problem and trend of nitrogen fertilization in China[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2014,20(4):783–795.
[15]Huber DM,Watson RD.Nitrogen form and plant disease[J].Annual Review of Phytopathology,1974,12(1):139–165.
[16]Taylor RG,Jackson TL,Powelson RL,et al.Chloride,nitrogen form,lime,and planting date effects on take-all root rot of winter wheat[J].Plant Disease,1983,67(10):1116–1120.
[17]王敏.土傳黃瓜枯萎病致病生理機制及其與氮素營養(yǎng)關(guān)系研究[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士論文,2013. Wang M.Study on physiological mechanisms of soil-borne disease of cucumber Fusarium wilt and the relationships with nitrogen nutrition [D].Nanjing:PhD Dissertation of Nanjing Agricultural University, 2013.
[18]劉慶城,許玉蘭.液氨施肥防治作物土傳病害的研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),1986,19(1):29–32. Liu QC,Xu YL.Study on ammonia fertilizer control of soil-borne diseases of crops[J].Scientia Agricultura Sinica,1986,19(1):29–32.
[19]Janvier C,Villenenve F,Alabouvette C,et al.Soil health through soildisease suppression which strategy from descriptors to indication[J]. Soil Biology and Biochemistry,2007,39(1):1–23.
[20]Snoeijers SS,Pérez-García A,Joosten MH AJ,et al.The effect of nitrogen on disease development and gene expression in bacterial and fungal plant pathogens[J].European Journal of Plant Pathology, 2000,106(6):493–506.
[21]毛志泉,王麗琴,沈向,等.有機物料對平邑甜茶實生苗根系呼吸強度的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2004,10(2):171–175. Mao ZQ,Wang LQ,Shen X,et al.Effect of organic materials on respiration intensity of annual Malus.hupehensis Rehd.root system[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,2004,10(2): 171–175.
[22]李家家,相立,潘鳳兵,等.平邑甜茶幼苗與蔥混作對蘋果連作土壤環(huán)境的影響[J].園藝學(xué)報,2016,43(10):1853–1862. Li JJ,Xiang L,Pan FB,et al.Effects of Malus hupehensis seedlings and Allium fistulosum mixed cropping on replanted soil environment[J].Acta Horticulturae Sinica,2016,43(10):1853–1862.
[23]尹承苗,王功帥,李園園,等.連作蘋果園土壤真菌的T-RFLP分析[J].生態(tài)學(xué)報,2014,34(4):837–846. Yin CM,Wang GS,Li YY,et al.Assessment of fungal diversity in apple replanted orchard soils by T-RFLP analysis[J].Acta Ecologica Sinica,2014,34(4):837–846.
[24]顧曼如,束懷瑞,張若杼,等.蘋果氮素營養(yǎng)研究初報-植株中氮素營養(yǎng)的變化特性[J].園藝學(xué)報,1981,(4):21–28. Gu MR,Shu HR,Zhang RZ,et al.A study on the nitrogen nutrition of apple tree-The variation of nitrogen nutrition within the plant in a year’s cycle[J].Acta Horticulturae Sinica,1981(4):21–28.
[25]尹承苗,張先富,胡艷麗,等.不同濃度有機物料發(fā)酵流體對連作蘋果幼樹葉片光合熒光參數(shù)和根系抗氧化酶活性的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,47(9):1847–1857. Yin CM,Zhang XF,Hu YL,et al.Effect of different concentrations of organic matter fermentation fluid on the young apple tree leaf photosynthesis fluorescent parameters and root antioxidant activity under replant conditions[J].Scientia Agricultura Sinica,2014,47(9): 1847–1857.
[26]陳貴,周毅,郭世偉,等.水分脅迫條件下不同形態(tài)氮素營養(yǎng)對水稻葉片光合效率的調(diào)控機理研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,40(10): 2162–2168. Chen G,Zhou Y,Guo SW,et al.The regulatory mechanism of different nitrogen form on photosynthetic efficiency of rice plants under water stress[J].Scientia Agricultura Sinica,2007,40(10): 2162–2168.
[27]Guo SW,Zhou Y,Gao YX,et al.New insights into the nitrogen form effect on photosynthesis and photorespiration[J].Pedosphere, 2007,17(5):601–610.
[28]李志霞,秦嗣軍,呂德國,等.植物根系呼吸代謝及影響根系呼吸的環(huán)境因子研究進展[J].植物生理學(xué)報,2011,47(10):957–966. Li ZX,Qin SJ,LüD G,et al.Research progress in root respiratory metabolism of plant and the environmental influencing factors[J]. Plant Physiology Journal,2011,47(10):957–966.
[29]Burton AJ,Pregitzer KS,Ruess RW.Root respiration in North American forest:effects of nitrogen concentration and temperature across biomes[J].Oecologia,2002,131(4):559–568.
[30]Desrochers A,Landh?usser SM,Lieffers VJ.Coarse and fine root respiration in aspen(Papulus tremuloides)[J].Tree Physiology,2002, 22(10):725–732.
[31]Yim B,Smalla K,Winkelmann T.Evaluation of apple replant problems based on different soil disinfection treatments—links to soil microbial community structure[J].Plant and Soil,2013,366(1–2): 617–631.
[32]Zhang Y,Fan T,Jia W,et al.Identification and characterization of a Bacillus subtilis strain TS06as bio-control agent of strawberry replant disease(Fusarium and Verticilium wilts)[J].African Journal of Biotechnology,2012,11(3):570–580.
[33]徐文鳳.環(huán)渤海灣地區(qū)重茬蘋果園土壤真菌群落多樣性及生防真菌的篩選[D].泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文,2011. Xu WF.Diversity analysis of soil fungi from Bohai Bay apple replanted orchard and the screening of the antagonistic fungi[D]. Tai'an:MS Thesis of Shandong Agricultural University,2011.
[34]Ju R,Zhao Y,Li J,et al.Identification and evaluation of apotential biocontrol agent,Bacillus subtilis,against Fusarium sp.in apple seedlings[J].Annals of Microbiology,2014,64(1):377–383.
[35]Marschner P,Kandeler E,Marschner B.Structure and function of the soil microbial community in along-term fertilizer experiment[J].Soil Biology and Biochemistry,2003,35(3):453–461.
[36]張茂星,張明超,陳鵬,等.硝/銨營養(yǎng)對香蕉生長及其枯萎病發(fā)生的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2013,19(5):1241–1247. Zhang MX,Zhang MC,Chen P,et al.Influence of nitrate/ammonium ratio on the plant growth of banana and related wilt disease development[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2013,19(5):1241–1247.
[37]林妃,高劍,曾會才,等.海南省香蕉枯萎病病原菌的分離鑒定及1號4號小種的生物學(xué)特性[J].基因組學(xué)與應(yīng)用生物學(xué),2010, 29(2):314–321. Lin F,Gao J,Zeng HC,et al.Isolation and identification of banana vasicular wilt in Hainan Province and determination of biological characteristics of strains Focr1and Focr4[J].Genomics and Applied Biology,2010,29(2):314–321.
[38]張茂星,陳鵬,張明超,等.硝/銨營養(yǎng)對香蕉枯萎病尖孢鐮刀菌生長的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2013,19(1):232–238. Zhang MX,Chen P,Zhang MC,et al.Influence of nitrate/ammonium on Fusarium oxysporum f.sp.cubense of banana wilt disease[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,2013,19(1): 232–238.
[39]羅燕,樊衛(wèi)國.不同施磷水平下4種柑橘砧木的根際土壤有機酸、微生物及酶活性[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,47(5):955–967. Luo Y,Fan WG.Organic acid content,microbial quantity and enzyme activity in rhizosphere soil of four citrus rootstocks under different phosphorus levels[J].Scientia Agricultura Sinica,2014, 47(5):955–967.
[40]王富林,周樂,李洪娜,等.不同氮磷配比對富士蘋果幼樹生長及15N-尿素吸收、分配與利用的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2013, 19(5):1102–1108. Wang FL,Zhou L,Li HN,et al.Effect of N,P ratios on the growth and absorption,distribution and utilization of15N-urea of Fuji apple saplings[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizer,2013,19(5): 1102–1108.
Effects of different nitrogen forms on the growth of replanted apple rootstock (Malus hupehensis Rehd.) seedlings and Fusarium oxysporum population in soil
WANG Mei1,DUAN Ya-nan1,SUN Shen-yi2,XIANG Li1,WANG Gong-shuai1,CHEN Xue-sen1,SHEN Xiang1,YIN Cheng-miao1*,MAO Zhi-quan1*
(1 College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University /State Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an Shandong 271018, China; 2 Zhaoyuan Fruit Station, Zhaoyuan Shandong 265400, China)
【Objectives】To provide atheoretical basis for reasonably applying fertilizers and alleviating the growth obstacles of replanted apple,a pot experiment was conducted to study effects of different nitrogen forms on growth of apple rootstock(Malus hupehensis Rehd.)seedlings and the replanted soil microorganisms.【Methods】The experiment was carried out in2015.M. hupehensis Rehd.Seedling was used in this study,and the biomass,photosynthetic parameters and soil microorganisms were determined in August2015.Three N fertilizer treatments were designed as follows:ammonium nitrogen(T1),nitrate nitrogen(T2)and amide nitrogen (T3)(N180mg/L),and took the apple replanted orchard soil(CK1)and methyl bromide fumigation(CK2)as thecontrol.M. hupehensis Rehd.seedlings were planted in pots with different treatments.【Results】Compared with the replanted soil control(CK1),the biomass amounts of M. hupehensis Rehd.seedlings were significantly improved with the ammonium nitrogen(T1)and amide nitrogen(T3).The plant height,ground diameter,fresh weight and dry weight of the ammonium nitrogen(T1)were increased by35.3%,24.4%,42.0%,57.7%.Different nitrogen forms could increase the net photosynthesis stomatal conductance and root respiration rate.The net photosynthetic rate,stomatal conductance in leaves of the seedlings and root respiration rate of ammonium nitrogen of T1were increased by27.6%,35.6%and43.3%compared with CK1,respectively,but they did not reach the highest effect of the methyl bromide fumigation(CK2).Real-time quantitative PCR results showed that the ammonium nitrogen(T1)effectively reduced the gene copy number of Fusarium oxysporum,which was decreased by41.3%compared with the replanted soil control(CK1).The copy numbers of the nitrate nitrogen (T2)and amide nitrogen(T3)had no significant differences with the soil control(CK1).T-RFLP results showed that soil fungal community structure was changed by the ammonium nitrogen(T1)and amide nitrogen(T3) greatly,the fungal community structure in the ammonium nitrogen(T1)was similar to that in the methyl bromide fumigation(CK2),and the structure of the nitrate nitrogen(T2)was similar to that in the soil control(CK1),while an independent fungal community was formed in the amide nitrogen(T3).【Conclusions】Ammonium nitrogen greatly improved the biomass of M. hupehensis Rehd.seedlings,net photosynthetic rate and root respiration rate, reduced the gene copy number of Fusarium oxysporum,and changed the community structure of soil fungi. Therefore,the appropriate dosages of ammonium nitrogen could be used as ameasure to reduce the apple replanted disease.
Malus hupehensis Rehd.;apple replant disease;nitrogen form;photosynthetic parameter; soil Fusarium oxysporum
2016–12–01接受日期:2017–02–27
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金項目(CARS-28);山東省自然科學(xué)基金資助項目(ZR2014CL024);國家自然科學(xué)基金項目(31501720,31672104);國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD0201114);山東省水果創(chuàng)新團隊項目(SDAIT-06-07)資助。
王玫(1992—),女,山西省山陰縣人,碩士研究生,主要從事果園土壤環(huán)境調(diào)控方面的研究。E-mail:694735910@qq.com *通信作者E-mail:yinchengmiao@163.com;Tel:0538-8241984,E-mail:mzhiquan@sdau.edu.cn