喬月靜, 劉 琪, 曾昭海, 胡躍高, 高志強**

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輪作方式對甘薯根際土壤線蟲群落結構及甘薯產(chǎn)量的影響*

喬月靜1, 劉 琪1, 曾昭海2, 胡躍高2, 高志強1**

(1. 山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院 太谷 030801; 2. 中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院 北京 100193)

甘薯莖線蟲()是國際檢疫植物寄生線蟲, 甘薯莖線蟲病是危害我國甘薯生產(chǎn)的嚴重病害之一。本文通過不同種植方式下甘薯根際土壤線蟲群落結構的變化, 探索輪作對甘薯莖線蟲病防治的作用, 明確變性梯度凝膠電泳(DGGE)在土壤線蟲群落研究上應用的可行性。試驗在河北省盧龍縣多年連作的甘薯地上進行, 種植方式分別為: A1, 休閑→甘薯; A2, 玉米—冬閑→甘薯; A3, 玉米—黑麥→甘薯; A4, 大豆—冬閑→甘薯; A5, 大豆—黑麥→甘薯; CK, 甘薯連作。提取3個時期甘薯根際土壤線蟲, 擴增線蟲ITS區(qū)序列, 采用DGGE技術分析土壤線蟲群落。結果表明, 與連作相比, 輪作方式顯著提高甘薯根際土壤線蟲群落多樣性, 降低根際土壤甘薯莖線蟲數(shù)量(<0.05), 冬季輪作黑麥(A3, A5)使甘薯根際土壤線蟲群落結構更加穩(wěn)定, 隨時間變化幅度小。甘薯根際土壤中檢測到的線蟲優(yōu)勢屬有: 莖線蟲屬、矛線蟲屬、滑刃線蟲屬、頭葉線蟲屬、短體線蟲屬、小環(huán)線蟲屬、刺線蟲屬、真滑刃線蟲屬、雙胃線蟲屬。輪作方式提高甘薯產(chǎn)量42.08%~55.83%, 降低病情指數(shù)22.72%~30.79%, 不同輪作方式之間對甘薯產(chǎn)量和病情的影響差異不顯著, 收獲期的甘薯莖線蟲數(shù)量與甘薯產(chǎn)量和病情指數(shù)顯著相關(<0.05)。因此, 輪作方式能夠顯著提高甘薯根際土壤線蟲群落多樣性和甘薯產(chǎn)量, DGGE可有效檢測土壤線蟲群落; 大豆—黑麥→甘薯是經(jīng)濟效益和生態(tài)效益較好的輪作措施。

輪作; 根際土壤; 線蟲群落; 甘薯莖線蟲; DGGE

土壤線蟲是土壤微生態(tài)環(huán)境中最豐富而敏感的生物類群之一, 每平方米土壤中可達數(shù)百萬條[1]。從土壤中將線蟲分離出來較容易, 分離效率可達97%~99%, 線蟲生活于土壤間隙水中, 與環(huán)境直接接觸, 移動速度緩慢, 可反映小尺度土壤微生境的變化[2-3]。線蟲世代周期較短, 一般為數(shù)天或幾個月, 可在短時間內對環(huán)境變化做出響應。因此, 線蟲作為土壤健康指示生物受到廣泛重視[4-5]。甘薯莖線蟲()是一種國際檢疫植物寄生線蟲, 甘薯莖線蟲病已成為制約我國甘薯()生產(chǎn)的嚴重病害之一, 在山東、河北、北京、河南、江蘇等省市均有分布, 一般發(fā)病田塊減產(chǎn)20%~50%, 重病田塊基本上絕產(chǎn)無收, 造成了巨大的經(jīng)濟損失[6-8]。目前我國甘薯產(chǎn)區(qū)仍然以化學防治為主要手段[9-10], 但連年施用殺線劑破壞生態(tài)環(huán)境, 污染水體, 還會使莖線蟲產(chǎn)生抗藥性[11-13]。輪作是防治植物寄生線蟲病害的重要措施, 小麥()與茄子()、冬瓜()等作物輪作可以降低土壤中燕麥孢囊線蟲()種群密度[14], 輪作系統(tǒng)還能降低大豆胞囊線蟲()病害的發(fā)生[15]。金鳳柱等[16]研究表明甘薯與玉米()、黑麥()輪作可減少甘薯莖線蟲數(shù)量, 提高甘薯產(chǎn)量。土壤線蟲優(yōu)勢營養(yǎng)類群和優(yōu)勢屬種可以有效地指示農(nóng)業(yè)土壤健康狀況和線蟲病害的發(fā)生程度[17-19]。因此研究輪作種植下甘薯根際土壤線蟲群落結構, 對探索輪作防治甘薯莖線蟲病和甘薯生產(chǎn)有理論指導意義。目前, 以土壤線蟲群落為對象的研究多以形態(tài)學鑒定方法為主[20-22], 也有少數(shù)應用分子生物學技術[23]。變性梯度凝膠電泳(denaturing gradient gel electrophoresis, DGGE)作為土壤微生物群落多樣性分析的重要技術[24], 在檢測線蟲群落方面也有報道[25-26]。Foucher等[27]用DGGE和形態(tài)學方法比較檢測土樣中線蟲的豐度, 發(fā)現(xiàn)兩種方法并無直接相關。Wang等[28]研究銅污染的土壤中線蟲的多樣性, 發(fā)現(xiàn)以形態(tài)學方法鑒定對照與處理無區(qū)別, 但用DGGE鑒別重污染土壤線蟲多樣性顯著低于對照。DGGE也常被用于食細菌線蟲群落的研究中[29-30]。但至今國內外鮮有將DGGE應用于甘薯土壤線蟲群落的研究上。

本研究利用PCR-DGGE技術, 研究不同種植方式下甘薯根際土壤線蟲群落的變化, 結合甘薯產(chǎn)量、病情指數(shù), 揭示輪作措施防治甘薯莖線蟲病的效果及對甘薯產(chǎn)量的影響, 明確DGGE技術在土壤線蟲群落研究上應用的可行性, 為通過構建合理種植制度來控制和預防甘薯莖線蟲病的發(fā)生提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗處理

試驗地位于河北省盧龍縣(39o48￠N, 119o20￠E), 試驗田為甘薯連作7年的耕地, 土壤為典型的褐土, 耕層土壤有機質22.19 g?kg-1、全氮1.1 g?kg-1、堿解氮48.28 mg?kg-1、有效磷11.91 mg?kg-1、有效鉀59.2 mg?kg-1, 土壤pH為7.2。試驗于2014年5月到2015年10月進行。設置6個處理, 分別為休閑→甘薯(A1)、玉米—冬閑→甘薯(A2)、玉米—黑麥→甘薯(A3)、大豆—冬閑→甘薯(A4)、大豆—黑麥→甘薯(A5)、甘薯連作(CK), 每個處理3次重復, 18個小區(qū)隨機區(qū)組分布, 小區(qū)面積為4 m×5 m。甘薯品種為當?shù)氐闹髟云贩N‘一窩紅’, 其他作物取用當?shù)赝茝V種植的品種, 玉米為‘中地77號’, 黑麥為‘托亞’, 大豆(為‘壯元青’。輪作作物玉米和大豆2014年5月1日播種, 10月1日收獲, 當日播種黑麥, 2015年4月28日收獲。甘薯于2015年5月1日栽植, 9月25日收獲。

1.2 取樣方法與線蟲分離

分別于2015年5月、7月、9月, 采集甘薯根際土壤(根系附著的土壤), 每小區(qū)隨機取3個點, 過篩混勻稱取30 g土樣。采用改良的貝爾曼漏斗法[31]分離線蟲。收集線蟲于1.5 mL離心管中, 去離子水反復清洗3次后, 保留50 μL水, 破碎蟲體, 加入40 μL的10×PCR buffer和10 μL 1 mg?mL-1蛋白酶K, 95 ℃加熱15 min后, 65 ℃水浴1.5 h, 線蟲總DNA保存在-20 ℃待用。

1.3 線蟲總DNA提取與PCR-DGGE

PCR擴增區(qū)間為線蟲的ITS1區(qū), 引物為ITS-F(5′-TTGATTACGTCCCTGCCCTTT-3′)、ITS-R (5′-ACGAGCCGAGTGATCCACCG-3′)[32]。50 μL擴增反應體系中包含: 5 μL 10×Buffer, 2 μL dNTP (25 mmol?L-1), 2 μL引物(10 μmol?L-1), 模板1.5 μL, Taq DNA聚合酶2.5 U, 無菌ddH2O補加到50 μL。PCR反應程序: 預變性94 ℃ 3 min, 變性94 ℃ 30 s, 退火58 ℃ 45 min, 延伸72 ℃ 1 min, 40個循環(huán), 延伸72 ℃ 10 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)檢測純化進行變性凝膠電泳分析, 采用Bio-Rad公司DcodTM的DCode Univeral Detection System Instrument對PCR產(chǎn)物進行分離。本試驗采用單梯度法, 聚丙烯酰胺凝膠的濃度是6%; 變性劑濃度范圍20%~60%, 在0.5×TAE緩沖液(DGGE專用)中75 V電壓電泳10 h, 溫度61 ℃。凝膠采用SYBR Green Ⅰ染色30 min, 用凝膠影像分析儀AIphaImager 2200觀測, 并回收特征條帶測序。

1.4 甘薯產(chǎn)量和病情指數(shù)測定

收獲時, 測定每小區(qū)甘薯產(chǎn)量, 并隨機選擇10株進行甘薯病情指數(shù)調查, 只有病情指數(shù)為0級和1級的甘薯計入產(chǎn)量, 其他沒有食用價值不計入產(chǎn)量。薯塊病情分級標準為[33]:

0級: 薯塊無癥狀; 1級: 薯塊癥狀面積在1/4以下; 2級: 薯塊癥狀面積在1/4~1/2; 3級: 薯塊癥狀面積在1/2~3/4; 4級: 薯塊癥狀面積在3/4以上, 無食用價值。

病情指數(shù)=[∑(薯塊級別×該級薯塊數(shù))/(調查總薯塊數(shù)×最高級別)]×100 (1)

1.5 數(shù)據(jù)分析

PCR-DGGE圖譜采用Bio-Rad公司的Quantity One軟件分析, SAS 9.0進行方差分析, Mega 5軟件對測序結果進行序列并比對后, 在NCBI上利用Blast搜索GenBank上的所有序列, 獲取同源性高的序列信息。

通過DGGE凝膠圖譜分析條帶的數(shù)量和相對強度并計算Shannon指數(shù)()、豐富度()來評價樣品中線蟲的多樣性[34]:

式中:p是第種在總體中的個體比例。

2 結果與分析

2.1 輪作方式對土壤線蟲群落影響的分析

甘薯根際土壤線蟲群落DGGE圖譜(圖1)顯示, 不同泳道的優(yōu)勢條帶各異, 也存在一些共同的優(yōu)勢條帶。說明不同種植方式對于土壤線蟲群落結構有明顯影響, 不同處理土壤具有不同的優(yōu)勢種群, 也有部分種群普遍存在于各處理土壤中, 但其種群豐度各有不同。

圖1 不同輪作方式下甘薯根際土壤線蟲ITS區(qū)擴增片段的DGGE圖譜(泳道編號見表1, B1-B15示條帶)

依據(jù)3次重復的PCR-DGGE凝膠分析, 得到各處理的Shannon指數(shù)和豐富度, 結果如表1所示。A5處理3個時期的線蟲群落多樣性指數(shù)顯著高于其他處理, 而CK的9月和A1的5月顯著低于其他處理; A1 中7月群落多樣性最高; A2和A4隨采樣時間推移而升高; A3和A5 3個時期各自群落多樣性無顯著差異。CK的豐富度也顯著低于其他處理(前期工作發(fā)現(xiàn)CK 3個時期的圖譜無差異, 多樣性極低, 因此這里只列出9月份的CK作為代表)。

使用Bio-Rad公司Quantity One圖像分析軟件繪制不同土壤之間的遺傳簇關系(圖2)。通過各泳道所代表遺傳簇的異同, 表示各處理土壤中線蟲群落之間的基因多樣性及親緣關系。聚類分析(UPGMA)顯示, 不同種植方式的3個時期大體相近, 而A3卻與CK相近。

表1 不同輪作方式下甘薯根際土壤線蟲群落多樣性和豐富度指數(shù)

同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著(=3)。Different lowercase letters in the same column mean significant differences at 0.05 level (= 3).

圖2 不同輪作方式下甘薯根際線蟲群落的聚類圖譜(編號見表1)

用SAS. V8軟件insight模塊對DGGE檢測到的所有線蟲群落做主成分分析, 圖3所示是前兩個主成分的平面坐標, 這兩個主成分可以反映全部信息的102.53%, A2和A4兩處理的3個時期都非常相近, A3和A5各時期也各自相近, 而A1各時期則相距較遠。

圖3 不同輪作方式下甘薯根際線蟲群落的主成分分析(編號見表1)

從DGGE凝膠上分離了15條優(yōu)勢或特征條帶, 測得序列導入Genbank比對。檢測到的線蟲屬于以下10個種屬, B1、B8、B11屬于矛線蟲屬(), B2莖線蟲屬(), B3滑刃線蟲屬(), B4、B12頭葉線蟲屬(), B5短體線蟲屬(), B6小環(huán)線蟲屬(), B7刺線蟲屬(), B9真滑刃線蟲屬(), B10雙胃線蟲屬(), B13、B14和B15屬環(huán)節(jié)動物門(Annelida), 如表2

表2 不同輪作方式下甘薯根際線蟲群落DGGE圖譜優(yōu)勢特征條帶的ITS序列(條帶標號見圖1)

根據(jù)這些優(yōu)勢特征條帶在DGGE凝膠圖譜上的相對強度, 評估得出其所屬種屬在不同種植方式的土壤中線蟲群落中所占比例。如圖4所示, 不同處理中的優(yōu)勢種群各有不同, 而莖線蟲屬在各處理中均為優(yōu)勢種群; 矛線蟲屬在各輪作處理中所占比例與莖線蟲屬相當, 在休閑和連作處理中比例較小; 頭葉線蟲屬存在于各輪作及休閑處理的各時期, 在連作中并未檢測到; 真滑刃線蟲僅在A2和A5處理中檢測到; 刺線蟲屬僅在A5中檢測到。短體線蟲僅在A3和CK處理中發(fā)現(xiàn)。

圖4 不同輪作方式甘薯根際土壤優(yōu)勢線蟲群落的比例分布圖(編號見表1)

2.2 輪作方式對甘薯產(chǎn)量、病情指數(shù)及甘薯莖線蟲數(shù)量的影響

如表3所示, 不同輪作處理均能顯著提高甘薯產(chǎn)量, 降低病情指數(shù), 各輪作處理間無顯著差異。與甘薯連作相比, 各輪作處理的甘薯產(chǎn)量提高42.08%~55.83%, 病情指數(shù)降低22.72%~30.79%。

表3 不同輪作方式下甘薯的產(chǎn)量及病情指數(shù)

同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著(=3)。Different small letters in the same column mean significant differences at 0.05 level (= 3).

如圖5所示, A1、A2、A3和A4莖線蟲數(shù)量在5月和7月差異不顯著, 9月顯著高于前兩個時期; A5和CK莖線蟲隨生育期推移呈顯著上升趨勢, 且連作CK下的莖線蟲數(shù)量顯著多于其他種植方式。說明隨著薯塊的成熟, 尤其到收獲期, 甘薯莖線蟲數(shù)量明顯增加, 而連作甘薯土壤中莖線蟲始終保持較高數(shù)量。

圖5 不同輪作方式的甘薯莖線蟲數(shù)量變化

不同字母表示不同處理不同時期差異顯著。Different lowercase letters show significant differences among different treatments at different periods at 0.05 level.

不同種植方式的甘薯產(chǎn)量、病情指數(shù)與甘薯3個生育期根際土壤莖線蟲數(shù)量的Pearson相關性分析顯示(表4), 莖線蟲數(shù)量與甘薯產(chǎn)量多數(shù)呈負相關, 其中A5和CK連作9月的莖線蟲數(shù)量與各自的產(chǎn)量呈顯著負相關, 說明大部分樣品中莖線蟲數(shù)量越多, 甘薯產(chǎn)量就越低, A5和CK尤其如此; 莖線蟲數(shù)量與病情指數(shù)多呈正相關, A1和CK 9月莖線蟲數(shù)量與病情指數(shù)顯著正相關, 說明大多樣品莖線蟲數(shù)量越高, 病情指數(shù)也就越高, 且A1和CK處理9月莖線蟲的數(shù)量顯著影響到病情指數(shù)。

3 討論

本研究所設6種種植方式中, 甘薯連作的線蟲群落多樣性顯著低于5種輪作方式, 大豆—黑麥→甘薯模式最高; 4種輪作方式中, 玉米—冬閑→甘薯和大豆—冬閑→甘薯線蟲群落多樣性隨甘薯生育進程而升高; 玉米—黑麥→甘薯和大豆—黑麥→甘薯5月、7月和9月3個時期沒有顯著差異。表明輪作方式能夠顯著提高甘薯根際土壤線蟲群落的多樣性, 其中大豆—黑麥→甘薯輪作模式效果最好, 冬季輪作黑麥后使得甘薯根際土壤線蟲群落結構更加穩(wěn)定, 隨時間變化差異小。聚類分析和主成分分析結果表明, 同一種植方式不同時期甘薯根際線蟲群落聚類相似, 說明土壤線蟲群落雖然在不同生育期有所變化, 但輪作方式對其群落結構的影響比生育期更大。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中, 任何影響土壤環(huán)境的因素, 諸如耕作措施、栽培方式、土地利用方式、化肥和農(nóng)藥使用等, 都能對土壤線蟲群落結構產(chǎn)生一定的影響[35-37]。輪作措施對線蟲病害防治的報道有很多, 如: 在長期輪作的農(nóng)田系統(tǒng)中, 隨著輪作的進行大豆胞囊線蟲的數(shù)量緩慢減少, 輪作12季度后, 胞囊線蟲數(shù)量達到平衡[15]; 水旱輪作可以有效防止蔬菜根結線蟲[37]; 與蔬菜輪作后使水稻潛根線蟲()數(shù)量下降88.1%, 水稻增產(chǎn)34.1%[38]。但是, 關于輪作方式對線蟲群落結構的影響報道較少, 多是通過形態(tài)學鑒定以Shannon多樣性指數(shù)、SR豐富度指數(shù)和J均勻度指數(shù)分析土壤線蟲群落的營養(yǎng)結構, 如海棠等[39]發(fā)現(xiàn)不同耕作制度使甘薯地土壤線蟲營養(yǎng)類群發(fā)生變化, 輪作可減少植物寄生線蟲種類和數(shù)量, 增加食細菌和食真菌線蟲的數(shù)量。而本研究應用DGGE技術直觀展示了土壤線蟲群落種類的多樣性。

表4 不同輪作方式的甘薯產(chǎn)量及病情指數(shù)與莖線蟲數(shù)量的相關關系

*: 0.05<<0.1; **: 0.01<<0.05; ***: 0.001<<0.01.

海棠等[40]用形態(tài)學方法鑒定出連作甘薯地極優(yōu)勢屬為莖線蟲屬, 輪作、休閑模式下極優(yōu)勢屬為頭葉線蟲屬、真頭葉線蟲屬()、滑刃線蟲屬和真滑刃線蟲屬。在本研究中, 應用PCR-DGGE檢測到的甘薯根際線蟲優(yōu)勢種屬有莖線蟲屬、矛線蟲屬、滑刃線蟲屬、頭葉線蟲屬、短體線蟲屬、小環(huán)線蟲屬、刺線蟲屬、真滑刃線蟲屬、雙胃線蟲屬。其中莖線蟲在所有處理中比例均很高, 因為試驗土壤已連作甘薯多年, 輪作1年并沒有改變莖線蟲屬的優(yōu)勢地位, 今后需要進一步研究多年輪作是否能改變其種群豐度; 矛線蟲是雜食捕食類線蟲, 在輪作種植方式下與莖線蟲屬比例相當; 在連作和玉米—黑麥→甘薯土壤中發(fā)現(xiàn)的短體線蟲()也是一種植物寄生線蟲, 取食根部, 多危害玉米[41]。在輪作種植方式中檢測到更多的線蟲種屬, 比如頭葉線蟲屬、真滑刃線蟲屬、雙胃線蟲屬, 在大豆—黑麥→甘薯輪作模式中發(fā)現(xiàn)了其他模式中未檢測到的刺線蟲屬?？梢姂肞CR-DGGE檢測到的線蟲種類與形態(tài)學方法得出結果相似。雖然DGGE技術檢測土壤線蟲群落多樣性沒有傳統(tǒng)形態(tài)學方法鑒定到的種屬多, 但是形態(tài)學鑒定通常多用于線蟲食性分類[35-22], 如要準確鑒定到種屬水平則耗時耗力, 且要求較高的線蟲形態(tài)學相關知識和技術, 不易實現(xiàn), 而DGGE卻可以簡單直觀地展現(xiàn)線蟲群落結構, 是土壤微生態(tài)研究者了解線蟲群落的有效工具。

很多研究表明輪作方式是提高作物產(chǎn)量、防治病蟲害的重要措施, 輪作玉米和大豆對棉花(spp.)的腎形線蟲()有抑制作用[42]; 種植黑麥草()可以顯著降低根結線蟲的繁殖率[43]; 休閑與輪作還可以有效降低燕麥孢囊線蟲密度[14]; 輪作影響大豆胞囊線蟲的報道也很多[44-45]。金鳳柱等[16]研究表明, 輪作+覆蓋+抗病品種可使甘薯產(chǎn)量增幅達161.73%, 莖線蟲屬數(shù)量下降54.33%; 喬月靜等[46]發(fā)現(xiàn)玉米—黑麥→甘薯輪作模式使甘薯產(chǎn)量增幅108.24%, 莖線蟲屬降低44.51%。本研究結果顯示, 各種輪作方式和休閑都可顯著提高甘薯產(chǎn)量, 降低病情指數(shù), 而各輪作處理之間的產(chǎn)量和病情沒有顯著差異, 其中玉米—黑麥→甘薯稍好, 大豆—黑麥→甘薯次之。輪作種植對莖線蟲數(shù)量的防治效果說明各輪作方式根際土壤莖線蟲數(shù)量都得到了有效控制, 其中大豆—黑麥→甘薯整體莖線蟲數(shù)量最低。甘薯3個生育期根際土壤莖線蟲數(shù)量與各自的甘薯產(chǎn)量、病情指數(shù)的Pearson相關性分析顯示, 大部分樣品中莖線蟲數(shù)量越多, 甘薯產(chǎn)量就越低, 大豆—黑麥→甘薯和連作對照尤其如此; 相反的, 大部分樣品莖線蟲數(shù)量越多, 甘薯病情指數(shù)也就越高, 且9月收獲期莖線蟲的數(shù)量與甘薯產(chǎn)量和病情指數(shù)顯著相關。綜合來看, 大豆—黑麥→甘薯處理下, 土壤線蟲群落多樣性和甘薯產(chǎn)量高, 莖線蟲數(shù)量和病情指數(shù)低, 是經(jīng)濟效益和生態(tài)效益都較好的一種輪作措施。

4 結論

研究證明, 輪作能顯著提高甘薯根際土壤線蟲群落多樣性(<0.05); 冬季輪作黑麥可使甘薯根際土壤線蟲群落結構更加穩(wěn)定, 隨時間變化幅度小; 根據(jù)PCR-DGGE檢測到的甘薯根際線蟲種屬有莖線蟲屬、矛線蟲屬、滑刃線蟲屬、頭葉線蟲屬、短體線蟲屬、小環(huán)線蟲屬、刺線蟲屬、真滑刃線蟲屬、雙胃線蟲屬, 其中莖線蟲屬在各種種植方式中均是極優(yōu)勢種屬, 其次為矛線蟲屬、滑刃線蟲屬和頭葉線蟲屬。與甘薯連作相比, 輪作方式提高甘薯產(chǎn)量42.08%~55.83%, 降低病情指數(shù)22.72%~30.79%, 并顯著降低根際土壤莖線蟲數(shù)量(<0.05); 收獲期甘薯莖線蟲的數(shù)量與甘薯產(chǎn)量和病情指數(shù)顯著相關。大豆—黑麥→甘薯是經(jīng)濟效益和生態(tài)效益較好的輪作措施。

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Effect of rotation on nematode community diversity in rhizosphere soils and yield of sweet potato*

QIAO Yuejing1, LIU Qi1, ZENG Zhaohai2, HU Yuegao2, GAO Zhiqiang1**

(1. College of Agronomy, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China; 2. College of Agronomy, China Agricultural University, Beijing 100193, China)

Sweet potato rot nematode () is a severe disease that can cause significant loss of sweet potato yield and that can destroy biotic community diversity in rhizosphere soils. In this study, nematode community structure in rhizosphere soils under sweet potato were investigated to verify the impact of rotation cropping patterns on rot nematode disease and the feasibility of denatured gradient gel electrophoresis (DGGE) in soil nematode research. The experiment was conducted on a long-term continuous sweet potato field in Lulong County, Hebei Province in 2014 to (→) 2015, where sweet potato rot nematode disease was seriously epidemic. The cropping patterns were included A1 (fallow→sweet potato), A2 (maize—fallow→sweet potato) A3 (maize—rye→sweet potato), A4 (bean—fallow→sweet potato), A5 (bean—rye→sweet potato) and CK (continuous sweet potato cropping). The nematodes were separately extracted from sweet potato rhizosphere soil in May, July and September in 2015, and the ITS genes analyzed using PCR-DGGE. The results showed that compared with continuous cropping, crop rotation significantly increased the diversity of nematode community, and decreased the population of sweet potato rot nematode in rhizosphere soil (< 0.05). Community structure of nematodes in rhizosphere soil under sweet potato was stabilized by winter rotation with rye (A3 and A5). Based on PCR-DGGE, 9 genera of nematodes were detected in the rhizosphere soil of sweet potato —,,,,,,,, and. Whilewas the dominant genus in all the cropping patterns,,andwere the main genera. Crop rotation increased sweet potato yield by 42.08%-55.83% and decreased disease index by 22.72%-30.79%. However, different crop rotations had no significant difference on sweet potato yield and disease index. The population ofwas significantly related with sweet potato yield and disease index at harvest time (< 0.05). Therefore, crop rotation significantly increased the diversity of nematode communities in sweet potato rhizosphere soils and sweet potato yield. And DGGE was proved to be a useful tool to detect soil nematode community. For the economic and ecological effects, bean—rye→sweet potato was the best rotation pattern for the study area.

Crop rotation; Rhizosphere soil; Nematode community; Sweet potato rot nematode; DGGE

, E-mail: gaozhiqiang1964@126.com

Sep. 23, 2018

Jun. 4, 2018;

S344.13

A

2096-6237(2019)01-0020-10

10.13930/j.cnki.cjea.180524

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* 山西省自然科學面上青年基金項目(201701D221181)、山西省回國留學人員科研項目(2016-068)和國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系專項資金(CARS-03-01-24)資助

高志強, 主要從事作物栽培與耕作研究。E-mail: gaozhiqiang1964@126.com

喬月靜, 主要從事土壤微生態(tài)群落研究。E-mail: qyjsxau@126.com

2018-06-04

2018-09-23

* This study was supported by the Shanxi Provincial Natural Science Foundation for Youths (201701D221181), Shanxi Scholarship Council of China (2016-068), and the Special Fund for the Industrial System Construction of Modern Agriculture of China (CARS-03-01-24).