王啟宇，呂怡穎，楊 敏，方 宇，柯艷果，趙建榮，余 磊，黃飛燕

（1.昆明學(xué)院農(nóng)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，云南省都市特色農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650214；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，云南 昆明 650201）

根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)（Meloidogynespp.）又稱(chēng)根瘤線(xiàn)蟲(chóng)，廣泛分布于植物根際土壤和根系周?chē)且鸶Y(jié)線(xiàn)蟲(chóng)病、限制作物生產(chǎn)的主要病原微生物[1]。根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)可于煙草生長(zhǎng)的不同時(shí)期侵染根系，在煙株根部形成根結(jié)，造成根系畸形、萎縮，從而抑制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收和傳輸，導(dǎo)致煙株萎焉、黃化，嚴(yán)重時(shí)可致整株死亡[2]。隨著烤煙復(fù)種指數(shù)的增加以及重茬現(xiàn)象的日益嚴(yán)重，煙草根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)病在我國(guó)多個(gè)植煙區(qū)呈擴(kuò)散、蔓延之勢(shì)[3]，僅云南省每年發(fā)病面積就達(dá) 20 000～30 000 hm2，造成煙葉減產(chǎn) 30%～50%，是限制煙草產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素[2]。玉溪、昆明煙區(qū)具備得天獨(dú)厚的光、溫、雨、熱等自然條件，是高品質(zhì)煙葉的重要產(chǎn)區(qū)，同時(shí)也是煙草根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)病易發(fā)區(qū)及重發(fā)區(qū)[4-5]。

土壤酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)的催化劑，是土壤生態(tài)功能的重要組成部分[6]，在土壤有機(jī)物質(zhì)礦化分解，礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)遷移，能量轉(zhuǎn)化，環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)等方面均起到重要作用[7]。因此，土壤酶作為土壤組成中最活躍的有機(jī)成分，與土壤微生物息息相關(guān)，是觀(guān)察微生物群落活動(dòng)的重要參考[8]，亦是反映土壤環(huán)境、有機(jī)質(zhì)含量和其他土壤特性的敏感指標(biāo)[9]。土壤酶活性變化不僅反應(yīng)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的改變，更對(duì)預(yù)防預(yù)判根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)病發(fā)生，提高病情檢測(cè)精準(zhǔn)度具有重要意義。現(xiàn)有研究表明，土壤多酚氧化酶及蔗糖酶與黃瓜根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)病發(fā)生具有相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.829 和0.661[10]；左梅等[11]研究發(fā)現(xiàn)，土壤脲酶及過(guò)氧化氫酶活性與根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)發(fā)病等級(jí)呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)。該研究通過(guò)測(cè)定健康及根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)感病煙株根際土壤蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶、脲酶、酸性蛋白酶、纖維素酶及酸性磷酸酶活性，了解根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)病與土壤酶活性間的相關(guān)關(guān)系及變化規(guī)律，為綜合防治根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)樣品于2018 年6 月在云南省玉溪市紅塔區(qū)高倉(cāng)街道（103°32′E，24°30′N(xiāo)）和云南省昆明市宜良縣九鄉(xiāng)鄉(xiāng)（103°20′31′′ E，25°1′43′′ N）進(jìn)行采集。

玉溪市紅塔區(qū)年均降雨量為779.5～989.7 mm，年平均氣溫15.6～23.8℃，年無(wú)霜期 244～365 d，年平均日照2 115～2 285 h。試驗(yàn)地海拔高度為1 760 m，土壤類(lèi)型為紅壤土，灌溉方式為穴灌，前茬作物為小麥，土地相對(duì)平坦，排水良好。

昆明市宜良縣年均降雨量為 526.9～898.9 mm，年平均氣溫16.3～21.7℃，年無(wú)霜期260 d 左右，年平均日照2 032 h 左右。試驗(yàn)地海拔高度為1 560 m，土壤類(lèi)型為紅壤土。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取烤煙根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)病發(fā)病典型且嚴(yán)重的煙田，根際土壤樣品分別命名為九鄉(xiāng)發(fā)病土（JX-P）、高倉(cāng)發(fā)病土（GC-P）、九鄉(xiāng)健康土（JX-H）和高倉(cāng)健康土（GC-H）。在同一植煙地中選取未患根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)病、生長(zhǎng)完全正常的煙株和具烤煙根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)病典型癥狀的煙株各 3 株，去除表層土后將煙株整株拔起，抖落較松散的土壤，然后收集附著在根上0～4 mm 間的土壤作為根際土（優(yōu)先采集健康煙株根際土樣），去除土樣中的雜物、細(xì)根后放入自封袋中（各煙株根際土樣單獨(dú)保存），采集的土樣分2 份，一份自然風(fēng)干保存，另外一份于－80℃ 冰箱中保存，待測(cè)。

1.3 考察指標(biāo)及方法

土壤纖維素酶、酸性蛋白酶、脲酶、過(guò)氧化氫酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性均采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的相應(yīng)試劑盒進(jìn)行檢測(cè)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖表分別由SPSS 22.0 和Origin 2018處理并制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)對(duì)烤煙根際土壤酸性磷酸酶活性的影響

由圖1 可知，2 個(gè)試驗(yàn)區(qū)烤煙根際土壤樣品中酸性磷酸酶活性均因根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)浸染而顯著提高。九鄉(xiāng)及高倉(cāng)試驗(yàn)區(qū)根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)感病煙株根際土壤酸性磷酸酶活性較健康煙株根際土壤分別提高474.82% 和294.86%，呈顯著性差異（P＜0.05）。此外，九鄉(xiāng)試驗(yàn)區(qū)感病煙株根際土壤酸性磷酸酶活性是高倉(cāng)試驗(yàn)區(qū)的2.27 倍，差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）。

圖1 健康和根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)感病煙株根際土壤酸性磷酸酶活性變化及差異性

2.2 根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)對(duì)烤煙根際土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響

由圖2 所示，九鄉(xiāng)和高倉(cāng)試驗(yàn)區(qū)烤煙根際土壤過(guò)氧化氫酶活性均表現(xiàn)為發(fā)病土＜健康土。九鄉(xiāng)試驗(yàn)區(qū)根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)感病煙株根際土過(guò)氧化氫酶活性較健康土降低了56.02%，高倉(cāng)試驗(yàn)區(qū)根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)病土過(guò)氧化氫酶活性較健康土降低55.93%，2 個(gè)試驗(yàn)區(qū)土壤過(guò)氧化氫酶活性變化均達(dá)顯著性差異水平（P＜0.05）。高倉(cāng)試驗(yàn)區(qū)健康煙株根際土壤過(guò)氧化氫酶活性是九鄉(xiāng)試驗(yàn)區(qū)的1.96 倍，二者存在顯著性差異（P＜0.05）。

圖2 健康和根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)感病煙株根際土壤過(guò)氧化氫酶活性變化及差異性

2.3 根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)對(duì)烤煙根際土壤脲酶活性的影響

由圖3 所示，九鄉(xiāng)和高倉(cāng)試驗(yàn)區(qū)烤煙根際土壤脲酶活性均因根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)侵染而出現(xiàn)下降趨勢(shì)。九鄉(xiāng)試驗(yàn)區(qū)根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)感病煙株根際土壤脲酶活性較健康土降低了16.58%，高倉(cāng)試驗(yàn)區(qū)根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)病土脲酶活性較健康土降低了5.50%，但變化均未達(dá)到顯著性水平。高倉(cāng)試驗(yàn)區(qū)根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)病土及健康土脲酶活性分別是九鄉(xiāng)試驗(yàn)區(qū)的1.61 倍和1.42 倍，存在顯著性差異（P＜0.05）。

圖3 健康和根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)感病煙株根際土壤脲酶活性變化及差異性

2.4 根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)對(duì)烤煙根際土壤纖維素酶活性的影響

如圖4 所示，九鄉(xiāng)及高倉(cāng)試驗(yàn)區(qū)烤煙根際土壤纖維素酶活性均表現(xiàn)為健康土＞發(fā)病土。九鄉(xiāng)試驗(yàn)區(qū)根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)感病煙株根際土纖維素酶活性較健康土下降24.15%；高倉(cāng)試驗(yàn)區(qū)根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)病土纖維素酶活性較健康土下降19.85%，且二者差異均達(dá)顯著性水平（P＜0.05）。

圖4 健康和根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)感病煙株根際土壤纖維素酶活性變化及差異性

2.5 根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)對(duì)烤煙根際土壤酸性蛋白酶活性的影響

如圖5 所示，九鄉(xiāng)及高倉(cāng)試驗(yàn)區(qū)烤煙根際土壤酸性蛋白酶活性均因根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)侵染而下降。九鄉(xiāng)試驗(yàn)區(qū)根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)感病煙株根際土壤酸性蛋白酶活性較健康土降低36.51%，差異不顯著（P＞0.05）；高倉(cāng)試驗(yàn)區(qū)根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)病土酸性蛋白酶活性較健康土降低76.02%，差異顯著（P＜0.05）。

圖5 健康和根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)感病煙株根際土壤酸性蛋白酶活性變化及差異性

2.6 根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)對(duì)烤煙根際土壤蔗糖酶活性的影響

如圖6 所示，九鄉(xiāng)及高倉(cāng)試驗(yàn)區(qū)烤煙根際土壤蔗糖酶活性均表現(xiàn)為發(fā)病土＜健康土。九鄉(xiāng)試驗(yàn)區(qū)根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)感病煙株根際土壤蔗糖酶活性較健康土下降50.19%；高倉(cāng)試驗(yàn)區(qū)根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)病土蔗糖酶活性較健康土下降30.62%；二者差異均達(dá)顯著性水平（P＜0.05）。高倉(cāng)試驗(yàn)區(qū)根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)感病煙株及健康煙株根際土壤蔗糖酶活性分別是九鄉(xiāng)試驗(yàn)區(qū)的1.60 和1.15 倍，并存在顯著性差異（P＜0.05）。

圖6 健康和根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)感病煙株根際土壤蔗糖酶活性變化及差異性

3 結(jié)論與討論

土壤酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在維持有機(jī)物代謝平衡，保證元素循環(huán)等方面發(fā)揮重要作用[12-13]。土壤酶活性既包括已積累于土壤中的酶活性，也包含正在增殖的微生物向土壤中釋放的酶活性[10]。因此，植株根系分泌及微生物釋放是土壤酶的2 大重要來(lái)源。根不僅是植物從土壤中攝取養(yǎng)分和水分的吸收器官，也是向周?chē)橘|(zhì)釋放多種化合物的分泌器官[14]，而這些由植株根系自然分泌或根細(xì)胞溶解釋放的各種化合物則被統(tǒng)稱(chēng)為根系分泌物[15]。自外國(guó)學(xué)者Knudson[16]率先在根分泌物中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化酶后，研究人員又相繼在根系分泌物中發(fā)現(xiàn)了磷酸酶、淀粉酶、蛋白酶、DNA 酶、RNA 酶等[10]。

根系是微生物生存的特殊環(huán)境，根際酶活性也與根際微生物種群數(shù)量、繁殖速率和生命活動(dòng)過(guò)程息息相關(guān)，尤其當(dāng)微生物受環(huán)境因素刺激時(shí)便不斷向周?chē)置诿?，引起根際酶活性的顯著變化[17]。酸性磷酸酶是一種重要的水解酶，在促進(jìn)土壤和植株體內(nèi)有機(jī)磷分解中起到重要作用，酸性磷酸酶活性是反應(yīng)土壤有效磷含量的重要指標(biāo)[18]。有報(bào)道稱(chēng)，酸性磷酸酶活性主要來(lái)源于土壤微生物和植物的根系分泌[18]，該研究中酸性磷酸酶活性同根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)發(fā)病呈顯著性正相關(guān)，這可能是因?yàn)楦Y(jié)線(xiàn)蟲(chóng)種群數(shù)量增加導(dǎo)致土壤微生態(tài)失衡，有效磷被大量富集，土壤磷營(yíng)養(yǎng)剩余難以滿(mǎn)足植株生長(zhǎng)需求，迫使植株提高根系酸性磷酸酶基因表達(dá)，增加土壤酸性磷酸酶活性，從而提高土壤有機(jī)磷水解轉(zhuǎn)化率，調(diào)控土壤無(wú)機(jī)磷水平[18]。土壤過(guò)氧化氫酶作為重要的氧化還原酶，可將土壤代謝產(chǎn)生的廢物快速轉(zhuǎn)化為低毒無(wú)害物質(zhì)，并增加土壤氧含量[19-20]。該研究中烤煙根際土壤過(guò)氧化氫酶活性與根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)呈顯著負(fù)相關(guān)，可能是因?yàn)榭緹煾凳芨Y(jié)線(xiàn)蟲(chóng)侵染后，其自身抗氧化系統(tǒng)受損，使植株體內(nèi)過(guò)氧化氫酶釋放水平下降所致，但對(duì)于根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)侵染導(dǎo)致植株相關(guān)酶分泌能力下降的作用機(jī)理還需要進(jìn)一步研究論證。

該研究中烤煙根際土壤蔗糖酶、纖維素酶及脲酶活性與根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)發(fā)病呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，除脲酶外，其余酶活性變化均達(dá)顯著性水平。該結(jié)論與王宏寶等[10]、左梅等[11]的研究保持一致，分析原因可能是根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)感病煙株根際土壤微生態(tài)失衡，導(dǎo)致根際酶活性急劇變化，不利于煙株對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和吸收，阻礙煙株正常生長(zhǎng)發(fā)育，使其抗病性降低，并最終導(dǎo)致根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)侵染加劇。另一原因可能是根際土壤酶活性越低，土壤微生物豐富度和多樣性也較低，導(dǎo)致土壤微生物活性下降，使其在與根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)競(jìng)爭(zhēng)土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程中處于劣勢(shì)，進(jìn)而加劇了根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)的繁殖速度和侵染活力。

酸性蛋白酶是土壤中主要的酶類(lèi)之一，對(duì)標(biāo)定土壤肥力具有重要意義。高倉(cāng)試驗(yàn)區(qū)烤煙根際土壤酸性蛋白酶活性因根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)侵染而顯著降低，而九鄉(xiāng)試驗(yàn)區(qū)該酶活性變化不顯著，且土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶、酸性蛋白酶、纖維素酶和過(guò)氧化氫酶含量及活性的變化幅度因試驗(yàn)區(qū)不同而存在顯著差異（P＜0.05），分析原因可能是植物在面臨不同的自然條件和生長(zhǎng)環(huán)境時(shí)，會(huì)調(diào)動(dòng)體內(nèi)相關(guān)酶基因表達(dá)水平，控制根系分泌物組分和含量，以此適應(yīng)現(xiàn)有生態(tài)位，保證植株正常生長(zhǎng)，造成不同地域土壤酶含量和活性存在顯著性差異。因此，不同田間管理措施對(duì)根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)發(fā)病率及土壤酶活性等指標(biāo)的影響也值得未來(lái)進(jìn)一步研究。