徐寧 陳清芝 黨興強(qiáng) 鄭巖 李建彬 李國良 郭貴虎 王闖

摘要：以黃瓜幼苗為試驗材料，采用營養(yǎng)缽試驗法，研究不同外源褪黑素處理下連作黃瓜幼苗生長及根際土壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量和酶活性，以期為探索外源褪黑素緩控大棚黃瓜連作障礙提供參考依據(jù)。試驗結(jié)果表明，添加外源褪黑素處理黃瓜幼苗株高、莖粗、根長均高于不添加褪黑素處理，100 μmol/L褪黑素處理株高、莖粗、根長比對照高13.30%、22.67%和13.29%。外源褪黑素處理黃瓜幼苗根際土壤pH值高，EC值低；根際土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量較高，但真菌和尖孢鐮刀菌數(shù)量較低。外源褪黑素處理黃瓜幼苗根際土壤脲酶和堿性磷酸酶活性提高，且過氧化氫酶和多酚氧化酶活性較高。本試驗條件下，100、150 μmol/L外源褪黑素處理幼苗生長及土質(zhì)指標(biāo)較好，緩解大棚黃瓜連作障礙效果顯著。

關(guān)鍵詞：褪黑素；黃瓜；連作；根際微生態(tài)環(huán)境；理化性質(zhì)；微生物數(shù)量

中圖分類號：S642.204? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）23-0152-05

黃瓜（Cucumis sativus L.）是現(xiàn)階段我國大棚主栽蔬菜品種之一［1］。大棚黃瓜種植模式簡單且常年輪作現(xiàn)象多，大棚內(nèi)長時間缺少自然雨水淋溶，種植土質(zhì)逐年下降，致使黃瓜產(chǎn)量下降，病蟲害嚴(yán)重，連作土壤微生態(tài)環(huán)境逐年惡化［1-2］。連作障礙問題制約種植大棚黃瓜的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，緩控土壤惡化促進(jìn)黃瓜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)研究備受筆者所在課題組及其他學(xué)者關(guān)注［3-4］。

褪黑素（N-乙酰基-5-甲氧基色胺，melatonin，MT），一種色氨酸吲哚類衍生物，也是現(xiàn)階段備受關(guān)注的新型植物生長調(diào)節(jié)劑［5］。前期研究表明，外源褪黑素可激活逆境中大棚蔬菜的抗氧化系統(tǒng)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)系統(tǒng)，緩解黃瓜干旱、鹽、高溫、低溫、鹽堿復(fù)合等多種非生物逆境脅迫［6-10］，且外源褪黑素可促進(jìn)大棚黃瓜養(yǎng)分吸收和合理分配，緩解黃瓜連作障礙中自毒物質(zhì)脅迫［11］。外源褪黑素緩控番茄、辣椒、蘿卜、梨、香蕉、葡萄、草莓等多種園藝作物生物脅迫和非生物脅迫中作用顯著，降低病害發(fā)生率延緩衰老，促進(jìn)園藝植物生長發(fā)育且提高果實品質(zhì)［12-20］。外源褪黑素緩控大棚連作植物逆境脅迫，連作植物根際土壤微生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化研究較少。本試驗采用褪黑素作為外源材料，研究其根施技術(shù)對連作黃瓜幼苗生長及根際土壤微生態(tài)的影響，以期為探索外源褪黑素緩控大棚黃瓜連作障礙提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試黃瓜（C. sativus L.）品種為津優(yōu)35號，供試褪黑素（melatonin，MT）采購于Sigma公司。供試土壤為山東省聊城市東昌府區(qū)侯營鎮(zhèn)12年黃瓜大棚耕層連作壤土，供試土壤基本理化性狀為：pH值 6.35（土水比=1 ∶5），EC值 432 μS/cm（土水比=1 ∶5），堿解氮含量161.5 mg/kg，有效磷含量236.7 mg/kg，速效鉀含量195.3 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量8.84 g/kg。

本試驗于2022年在聊城市城市園林管理服務(wù)中心科技苗圃試驗站進(jìn)行。

1.2 試驗設(shè)計

試驗挑選飽滿且大小均勻一致的黃瓜種子，常規(guī)方法浸種、催芽，發(fā)芽2 d后選擇生長一致的種苗播于事先準(zhǔn)備好的營養(yǎng)缽中培養(yǎng)，每個營養(yǎng)缽（10 cm×10 cm）內(nèi)裝300 g連作土壤。自幼苗子葉展平，采用不同濃度褪黑素溶液灌溉處理，以等量去離子水作對照（CK），2 d澆灌1次，每營養(yǎng)缽 50 mL。試驗處理設(shè)置見表1。每個處理重復(fù) 3 次，每次重復(fù)20盆，完全隨機(jī)區(qū)組排列。定植30 d后取出幼苗，測量其生長指標(biāo)及根際土壤微生態(tài)指標(biāo)。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 幼苗生長指標(biāo)測定 株高和根長采用卷尺測量，株高為莖基部到植株生長最高處的距離（cm），根長為幼苗主根長度（cm）；莖粗采用游標(biāo)卡尺測量，莖粗為莖基部的粗度（mm）。

1.3.2 幼苗根際土壤微生態(tài)指標(biāo)測定 每處理隨機(jī)選取12盆，采用根際土壤抖落法［21］取黃瓜根際土壤，充分混合均勻后分成2份。一份土樣立即帶回實驗室用于土壤微生物數(shù)量檢測分析，另一份土樣風(fēng)干保存用于土壤酶活性檢測分析。微生物群落數(shù)量分析采用系列稀釋計數(shù)法統(tǒng)計微生物數(shù)量［22］，細(xì)菌、放線菌、真菌培養(yǎng)基參考徐寧等的方法［3］配制，尖孢鐮刀菌培養(yǎng)基參考韓寶坤等的方法［23］配制；土壤酶活性參考關(guān)松蔭的方法［24］檢測分析。

1.4 數(shù)據(jù)分析及處理

利用Microsoft Office 2010軟件進(jìn)行各試驗數(shù)據(jù)整理，利用DPS V18.10軟件進(jìn)行處理數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，處理數(shù)據(jù)差異顯著性（α=0.05）分析采用Duncans新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源褪黑素對連作黃瓜幼苗生長的影響

由表2可知，外源褪黑素處理的連作黃瓜株高、莖粗、根長均高于對照（CK），隨著外源褪黑素濃度增加，黃瓜幼苗株高、莖粗、根長呈先上升后降低的趨勢，外源褪黑素濃度為100 μmol/L時上升最明顯。與對照（CK）相比，100 μmol/L褪黑素處理（T2）株高、莖粗、根長提升13.30%、22.67%、13.29%；200 μmol/L褪黑素處理（T4）株高、莖粗、根長提升4.51%、6.55%、9.00%，與不加褪黑素處理結(jié)果最接近。各處理相比對照均差異顯著（P<0.05），添加外源褪黑素緩解連作土壤對黃瓜幼苗生長具有抑制。

2.2 外源褪黑素對連作黃瓜幼苗根際土壤微生態(tài)環(huán)境的影響

2.2.1 外源褪黑素對連作黃瓜幼苗根際土壤pH值和EC值的影響 由圖1可知，外源褪黑素處理的黃瓜根際土壤pH值較高，其中，50、100、150 μmol/L褪黑素處理（T1、T2、T3）與對照（CK）差異顯著，外源褪黑素處理根際土壤EC值均顯著低于對照（CK）。50、100、150 μmol/L褪黑素處理的根際土壤pH值比對照（CK）高3.90%、6.17%、5.59%，200 μmol/L褪黑素處理的根際土壤pH值與對照（CK）差異不顯著。50、100、150、200 μmol/L褪黑素處理的根際土壤EC值比對照（CK）低14.40%、17.99%、15.82%、11.27%，其中，100 μmol/L褪黑素處理（T2）與對照（CK）差異最明顯。

2.2.2 外源褪黑素對連作黃瓜幼苗根際土壤微生物的影響 由圖2可知，外源褪黑素處理的連作黃瓜根際土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量均顯著高于對照（CK），隨著外源褪黑素濃度增加，細(xì)菌數(shù)量呈先上升后降低的趨勢。50、100、150、200 μmol/L褪黑素處理的根際土壤細(xì)菌數(shù)量比對照（CK）高7.79%、18.93%、10.99%、6.52%，其中，100 μmol/L褪黑素處理（T2）與對照（CK）差異最明顯。100、150、200 μmol/L褪黑素處理的根際土壤放線菌數(shù)量顯著高于50 μmol/L褪黑素處理和對照（CK），但三者之間差異不顯著，它們分別比對照高22.00%、22.98%、22.89%，150 μmol/L褪黑素處理（T3）與對照（CK）差異最明顯。

由圖3可知，外源褪黑素處理的連作黃瓜根際土壤真菌和鐮刀菌數(shù)量均顯著低于對照（CK），且隨著外源褪黑素濃度增加，連作黃瓜根際土壤的真菌和鐮刀菌數(shù)量均呈先下降后上升趨勢。50、100、150、200 μmol/L褪黑素處理的根際土壤真菌和鐮刀菌數(shù)量比對照（CK）少12.45%、19.12%、16.25%、9.27%和12.25%、17.33%、14.02%、5.86%，2種試驗指標(biāo)均以100 μmol/L褪黑素處理（T2）與對照（CK）差異最顯著。

2.2.3 外源褪黑素對連作黃瓜幼苗根際土壤酶活性的影響 由圖4可知，外源褪黑素處理的連作黃瓜根際土壤脲酶和堿性磷酸酶活性均高于對照（CK），且兩者均以100 μmol/L褪黑素處理（T2）與對照（CK）差異最顯著。100 μmol/L褪黑素處理的根際土壤脲酶活性比對照（CK）高10.94%，50、150、200 μmol/L褪黑素處理根際土壤脲酶活性與對照（CK）差異不顯著。50、100、150、200 μmol/L褪黑素處理的根際土壤堿性磷酸酶活性比對照（CK）高3.85%、12.50%、6.32%、2.61%。

由圖5可知，外源褪黑素處理的連作黃瓜根際土壤過氧化氫酶和多酚氧化酶活性均高于對照（CK），且隨著外源褪黑素濃度增加，2個指標(biāo)均呈先升后降的趨勢。50、100、150、200 μmol/L褪黑素處理的根際土壤過氧化氫酶和多酚氧化酶活性比對照（CK） 高15.22%、 27.17%、 14.13%、 4.35%和12.90%、30.11%、32.26%、22.58%。100 μmol/L褪黑素處理（T2）與對照（CK）過氧化氫酶活性差異最明顯，150 μmol/L褪黑素處理（T3）與對照（CK）多酚氧化酶活性差異最明顯。

3 討論

國內(nèi)外研究表明，連作障礙的原因復(fù)雜，土壤理化性質(zhì)惡化、養(yǎng)分失衡、病蟲害加重、自毒物質(zhì)積累、根際微生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)均是主要原因，連作障礙是植物-土壤-微生物綜合環(huán)境系統(tǒng)失調(diào)后的植物生長表現(xiàn)。試驗結(jié)果表明，外源褪黑素處理的連作黃瓜幼苗株高、莖粗、根長顯著高于不加褪黑素處理，這與李娟起等的研究結(jié)果一致，即外源褪黑素緩解黃瓜幼苗連作障礙效果顯著［25-26］。該試驗結(jié)果與褪黑素緩解辣椒、甜瓜連作障礙研究結(jié)果［27-28］一致。

植物根際土壤微生態(tài)體系動態(tài)變化主要受土壤理化性質(zhì)、土壤微生物群落數(shù)量、土壤酶活性等影響，與植物生長發(fā)育形成交互影響，是植物-土壤-微生物綜合環(huán)境系統(tǒng)構(gòu)成的一套微生態(tài)體系［29-31］。外源褪黑素處理提高連作黃瓜幼苗根際土壤pH值，降低根際土壤EC值，緩控連作土壤酸化和次生鹽漬化，促進(jìn)緩解黃瓜幼苗連作障礙。

在植物生長過程中，土壤微生物群落動態(tài)變化較大，微生物群落變化受土質(zhì)環(huán)境、養(yǎng)分配比、植物根系分泌物等多因素影響［27，31］。根施褪黑素，黃瓜幼苗根際土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量較高，但真菌和尖孢鐮刀菌較低。外源褪黑素處理一方面調(diào)控黃瓜根際土壤養(yǎng)分吸收，促進(jìn)其生長發(fā)育，另一方面引起碳源數(shù)量和種類的變化，優(yōu)化土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及數(shù)量。外源褪黑素還可使連作病原菌寄主環(huán)境變化，有利于減輕土傳病害發(fā)生，其對連作病原菌有一定的抑制作用，這與褪黑素調(diào)控西瓜枯萎病逆境脅迫研究結(jié)果［32］一致。

土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及數(shù)量動態(tài)變化中，土壤酶活性變化也較明顯。脲酶、堿性磷酸酶是植物根際土壤中氮元素、磷元素的轉(zhuǎn)化酶，其活性影響著土壤中堿解氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分物質(zhì)的優(yōu)化平衡。增強(qiáng)多酚氧化酶活性，可加速植物根際土壤中酚類物質(zhì)到有機(jī)質(zhì)的持續(xù)轉(zhuǎn)化［33］。土壤過氧化氫酶活性升高可促進(jìn)過氧化氫分解，減輕過量的過氧化氫對植物生長發(fā)育的危害?？梢?，本試驗條件下，褪黑素根施優(yōu)化了植物根際土壤中的養(yǎng)分平衡，顯著降低了過量過氧化物的危害，有利于緩解大棚黃瓜連作障礙問題。下一步試驗中，筆者所在課題組將針對外源褪黑素與植物根系分泌物定性分析進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

綜上，外源褪黑素處理提高連作黃瓜幼苗根際土壤pH值，降低EC值，緩控連作土壤酸化和次生鹽漬化。根施褪黑素，黃瓜幼苗根際土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量較高，但真菌和尖孢鐮刀菌數(shù)量較低，褪黑素處理優(yōu)化微調(diào)連作土壤微生物區(qū)系。外源褪黑素處理，黃瓜幼苗根際土壤脲酶和堿性磷酸酶活性提高，且過氧化氫酶和多酚氧化酶活性較高，褪黑素處理促進(jìn)植物養(yǎng)分吸收防止土壤肥力失衡，且進(jìn)一步降低過氧化物危害，緩解連作土壤對黃瓜幼苗生長抑制。外源褪黑素處理的連作黃瓜株高、莖粗、根長均高于不添加處理，外源褪黑素有效緩解大棚黃瓜連作障礙，本試驗條件下，100、150 μmol/L 褪黑素處理效果顯著。

參考文獻(xiàn)：

［1］萬小琪，竇維卉，楊 雪，等. 不同農(nóng)藝型措施對溫室黃瓜連作土壤的改良效果［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，50（23）：228-234.

［2］李曉甜. 菌渣利用對設(shè)施黃瓜連作土壤特性及植株生長的影響［D］. 泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2022：1-2.

［3］徐 寧，張方園，王 闖，等. 不同蔬菜輪作對設(shè)施連作黃瓜根際土壤微生態(tài)的影響［J］. 北方園藝，2017（1）：48-52.

［4］徐 寧，張方園，孫曉慧，等. 外源硅對連作黃瓜生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響［J］. 北方園藝，2022（16）：46-51.

［5］王薇薇，沈 峰，吳永成，等. 褪黑素生物合成及其在植物逆境脅迫中的作用綜述［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，50（1）：1-6.

［6］銀珊珊，周國彥，顧博文，等. 褪黑素引發(fā)對干旱脅迫下黃瓜幼苗生理特性的影響［J］. 中國農(nóng)學(xué)通報，2022，38（19）：30-36.

［7］李 榮，焦志陽，銀珊珊，等. 噴施褪黑素對黃瓜幼苗耐鹽效應(yīng)研究［J］. 中國瓜菜，2023，36（1）：53-58.

［8］徐晨瀟，張曉宇，劉超越，等. 外源褪黑素與鈣離子互作對高溫脅迫下黃瓜幼苗過氧化傷害的緩解效應(yīng)［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2022，33（10）：2725-2735.

［9］朱恒達(dá)，王 策，李 偉，等. 叢枝菌根真菌和外源褪黑素提高黃瓜抗冷性的生理機(jī)制［J］. 植物生理學(xué)報，2022，58（7）：1254-1262.

［10］吳 鵬，呂 劍，郁繼華，等. 褪黑素對鹽堿復(fù)合脅迫下黃瓜幼苗光合特性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2022，33（7）：1901-1910.

［11］李娟起. 褪黑素緩解自毒物質(zhì)脅迫下黃瓜種子萌發(fā)和幼苗生長的相關(guān)生理機(jī)制［D］. 北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017：89-93.

［12］徐 寧，曹 娜，王 闖，等. 外源褪黑素對硝酸鹽脅迫下番茄幼苗抗氧化系統(tǒng)的影響［J］. 北方園藝，2019（3）：1-5.

［13］徐 寧，孫曉慧，曹 娜，等. 外源褪黑素對硝酸鹽脅迫下番茄幼苗生長及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響［J］. 中國瓜菜，2020，33（9）：23-27.

［14］丁東霞，李能慧，李 靜，等. 外源褪黑素對低溫弱光脅迫下辣椒葉綠素?zé)晒夂涂寡趸到y(tǒng)的影響［J］. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報，2022，34（9）：1935-1944.

［15］夏 銘，李經(jīng)緯，羅章瑞，等. 外源褪黑素影響蘿卜生長及對鏈格孢菌抗性的機(jī)理研究［J］. 園藝學(xué)報，2022，49（3）：548-560.

［16］劉建龍. 外源褪黑素對梨果實發(fā)育、采后品質(zhì)和抗輪紋病的影響及其調(diào)控機(jī)制研究［D］. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2019：89.

［17］Li T T，Wu Q X，Zhu H，et al. Comparative transcriptomic and metabolic analysis reveals the effect of melatonin on delaying anthracnose incidence upon postharvest banana fruit peel［J］. BMC Plant Biology，2019，19（1）：1-15.

［18］Gao S W，Ma W Y，Lyu X N，et al. Melatonin may increase disease resistance and flavonoid biosynthesis through effects on DNA methylation and gene expression in grape berries［J］. BMC Plant Biology，2020，20（1）：231.

［19］苗衛(wèi)東，王 萌，高換超，等. 外源褪黑素對低溫脅迫下不同葡萄品種抗氧化酶活性和AsA-GSH循環(huán)的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，49（23）：133-138.

［20］李恭峰，高亞新，馬萬成，等. 葉噴褪黑素對草莓生長、光合及果實品質(zhì)的影響［J］. 中國蔬菜，2022（12）：80-85.

［21］雷娟利，壽偉松，董文其，等. 抗感枯萎病西瓜根際微生物比較研究［J］. 微生物學(xué)通報，2008，35（7）：1034-1038.

［22］王友保. 土壤污染生態(tài)修復(fù)實驗技術(shù)［M］. 北京：科學(xué)出版社，2018：133-147.

［23］韓寶坤，杜艷華. 非無菌操作下分離尖孢鐮刀菌的培養(yǎng)基［J］. 植物病理學(xué)報，2001，31（4）：373.

［24］關(guān)松蔭. 土壤酶及其研究法［M］. 北京：農(nóng)業(yè)出版社，1986：274-350.

［25］劉婷婷，翟錫姣，衛(wèi)旭陽，等. 外源褪黑素對黃瓜幼苗生長特性的影響［J］. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，49（7）：828-833.

［26］劉婷婷，衛(wèi)旭陽，翟錫姣，等. 外源褪黑素對鹽漬環(huán)境下黃瓜幼苗生長的影響［J］. 華北農(nóng)學(xué)報，2021，36（3）：125-132.

［27］蘇文楨. 連作余干辣椒土壤微生物多樣性分析及褪黑素對其連作幼苗的緩解作用［D］. 南昌：江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2022：45-46.

［28］劉雨漠. 褪黑素對甜瓜自毒鹽堿復(fù)合脅迫的緩解效應(yīng)［D］. 福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2022：42.

［29］Trumbore S E，Gaudinski J B.The secret lives of roots［J］. Science，2003，302（5649）：1344-1345.

［30］葛 君，孟自力，張志標(biāo)，等. 肥料配施對小麥根系、根際土壤微生物及秸稈養(yǎng)分積累的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，50（11）：214-219.

［31］Xu N，Wei M，Wang C，et al. Composition of welsh onion （Allium fistulosum L.） root exudates and their allelopathy on cucumber sprouts and Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum［J］. Allelopathy Journal，2013，32（2）：243-256.

［32］嚴(yán)靜怡. 褪黑素調(diào)控西瓜枯萎病抗性的作用機(jī)制解析［D］. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2022：28.

［33］范志偉，張奇瑞，劉小林，等. 外源茉莉酸甲酯對連作草莓土壤酶活性和酚酸類物質(zhì)含量的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，50（17）：253-258.