漆永红， 曹素芳， 李雪萍， 李敏权*

(1.甘肃省农业科学院植物保护研究所， 甘肃 兰州 730070； 2.甘肃省农业科学院林果花卉研究所， 甘肃 兰州 730070；3.甘肃农业大学草业学院， 甘肃 兰州 730070)

青稞(HordeumvulgareL.‘nudum Hook.f.’)即裸大麦，是栽培大麦(HordeumvulgareL.) 的变种。青稞不仅是我国藏区人民的主食，还具有卓越的药用价值和食疗保健价值。《晶珠本草》中记载，青稞是传统的藏药材，可祛风寒、清热化湿、宁肺定喘和治阳虚肾亏等。现代研究发现，青稞富含多种氨基酸[1]、膳食纤维、维生素、β-葡聚糖以及钙、镁、磷、锌、锰、硒等矿质元素，在降低血脂、增加胃动力、防治高原病、糖尿病等方面有独特的保健作用[2]。

在实际生产中，根腐病造成了大麦类作物的严重减产[3]，一旦大麦感染根腐病，根和芽的鲜重、干重和每株谷粒数均减少，导致总产量下降[4]。青稞在我国西部藏区低温高湿的地方种植，该环境条件下生长缓慢，抵抗病原菌侵染的能力弱，导致病害大面积发生。我们调查发现，近年来青稞根腐病发生很普遍，目前对青稞根腐病的研究和报道甚少，李雪萍等对卓尼县青稞根际微生物进行了报道[5]。

微生物在土壤生态系统中发挥着核心作用[6-10]，微生物可以敏感地反应土壤生态系统的变化，表征土壤的健康水平。土壤酶活性是土壤中复杂化学过程的催化剂，对外界因素的变化十分敏感[11]，极易受到环境条件的影响[12]，在土壤有机质降解、土壤营养循环、能量传递、环境质量和作物产量中起着重要的作用[13]。关于青藏高原高寒阴湿条件下，青稞根际土壤养分含量、酶活性和微生物对根腐病发生的影响报道甚少，因此，本试验以甘南州临潭县10个青稞主产区为研究对象，调查根腐病发生情况，同时采集健株和病株根际土壤，旨在探讨其土壤养分、酶活性和微生物数量的变化特征以及他们与根腐病之间的相互关系，为青稞根腐病的防治提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

甘南州临潭县地处青藏高原东北边缘，103°10′～103°52′ E，34°30′～35°05′ N，是藏区与汉区、牧区与农区的结合部。属高山丘陵地区，地形东低西高，西南向东北倾斜，海拔在2 200～3 926 m之间，平均海拔2 825 m。气候寒冷、阴湿、四季不分明，降水东北多西南少。年平均气温3.2℃，年降水量383.2～668.2 mm，蒸发量93～356 mm，日照时数2 314 d，年平均无霜期仅65 d左右。青稞为该地区的主要粮食作物之一，种植面积约占境内粮食作物种植总面积的30%。

1.2 样品采集与预处理

2015年6月调查甘南州临潭县城关镇上高崖村(T1)，古战乡古战村(T2)和包家寺村(T3)，长川乡长川村(T4)、沙巴村(T5)、敏家嘴村(T6)和千家寨村(T7)，羊永乡羊永村(T8)，新城镇红崖村(T9)和羊房村(T10)10个地区的青稞根腐病，参考方中达的《植病研究法》[14]，同时采用5点取样法采集根腐病发病特征典型的青稞病株和健康植株根际0～10 cm土壤，收集到无菌采样袋中，每个样品3个重复。将土壤样品分成两部分：一部分放入4℃冰箱保存，用来测定三大类群微生物数量；另一部分在室内风干，将风干土过1.00 mm筛，进行土壤养分含量和酶活性测定[15]。

1.3 测定与分析方法

土壤养分含量测定：有效磷采用碳酸氢钠浸提法，速效钾采用火焰光度法，铵态氮采用靛酚蓝比色法，硝态氮采用双波长紫外分光光度法[16]。

土壤酶活性测定：脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定[17]，其活性以24 h后每克风干土壤中NH3-N的毫克数来表示；碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定[15]，其活性以24 h后1 g土壤中释出的酚的毫克数表示；蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定[17]，其活性以培养24 h后1 g土壤葡萄糖的毫克数表示；纤维素酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法[15]，其活性以培养24 h后1 g土壤葡萄糖的毫克数表示；土壤过氧化氢酶采用容量法测定[18]，用于滴定土壤滤液所消耗的KMnO4量(毫克数)为B，用于滴定25 mL原始的过氧化氢混合液所消耗的KMnO4量(毫克数)为A，(A-B)×T即为过氧化氢酶活性。

土壤三大类群微生物数量测定：采用平板涂布计数，细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基，接种稀释度为10-4～10-6，30 ℃培养1 d；真菌采用马丁-孟加拉红培养基，接种稀释度为10-1～10-3，25℃培养3 d后；放线菌采用改良高氏Ⅰ号培养基，接种稀释度为10-3～10-5，28℃培养4 d。细菌和放线菌选取菌落数为20～200的培养皿进行计数，而真菌选菌落数为10～100。平板菌落计数：每1 g干土的菌落数=同一稀释度几次重复的菌落平均数×10×稀释倍数/(1-鲜土含水量)。

1.4 数据分析

采用唐启义等[19]的实用统计分析及其DPS数据处理系统软件，用Duncan氏新复极差法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 青稞根腐病田间发病率调查

甘南州临潭县10个青稞主产区均有根腐病发生(表1)，表明该地区青稞根腐病发生普遍。田间发病率5%～20%，不同的地区发病率不同。西部海拔较高、气温较低、物候期晚的T1、T2和T3三个地区发病率最低为5%，而东部海拔相对较低、气温较高、物候期早的T9和T10两个地区发病率最高达到20%。结合调查区的地理位置和气候状况，青稞根腐病呈现西部低，东部高的特点，表明该病的发生与不同地域的海拔和气候等环境因素有关。

表1 青稞根腐病田间发病率Table 1 Incidence rate of naked barley root rot disease in field

2.2 不同青稞根腐病发生区根际土壤养分含量分析

同一青稞种植区，健株和病株根际土壤养分含量差异不大，但不同青稞种植区间土壤养分含量有差异(表2)。健株与病株根际土壤有效磷含量36.8～114.4 mg·kg-1，T1和T2两个地区土壤有效磷含量差异不显著，其他各地区差异显著；土壤速效钾含量208.8～278.2 mg·kg-1，T1、T2和T3三个地区土壤速效钾含量差异不显著，其他各地区差异显著；土壤铵态氮含量12.0～16.3 mg·kg-1，除T10外，其他9个地区土壤铵态氮含量差异不显著；土壤硝态氮含量39.0～62.7 mg·kg-1，T1、T4和T6，T5和T9，T7和T8不同地区间土壤硝态氮含量差异不显著，其他各地区差异显著。

2.3 不同青稞根腐病发生区土壤酶活性的变化

土壤脲酶是与土壤氮素代谢相关的酶，健株和病株根际土壤脲酶活性不同，健株为0.76～0.82 mL·g-1·24 h-1，而病株达到0.76～0.80 mL·g-1·24 h-1。除T4地区健株和病株根际土壤脲酶活性差异不显著外，其他各地区差异显著(图1a)。土壤碱性磷酸酶是与土壤磷素代谢相关的酶，健株和病株根际土壤碱性磷酸酶活性也不同，健株为0.73 ～1.85 mg·g-1·24 h-1，而病株达到0.73～1.75 mg·g-1·24 h-1。T6、T7、T8和T10四个地区病株根际土壤碱性磷酸酶活性高于健株，表明根腐病的发生会影响土壤磷素的代谢。T5、T6、T8和T10四个地区健株与病株根际土壤碱性磷酸酶活性差异不显著，其他各地区差异显著(图1b)。与健株相比，病株根际土壤蔗糖酶活性普遍降低，健株为1.18～1.22 mg·g-1·24 h-1，而病株达到1.13～1.17 mg·g-1·24 h-1，表明根腐病对土壤蔗糖酶活性影响很大。除T1、T4和T5三个地区健株与病株根际土壤蔗糖酶活性差异不显著外，其他各地区差异显著(图1c)。各地区病株的纤维素酶活性均高于健株，健株为7.49～13.16 mg·g-1·24 h-1，而病株高达7.63～13.31 mg·g-1·24 h-1，表明青稞根腐病的发生使其根际土壤纤维素酶的活性有所上升。T5、T8、T9和T10四个地区健株与病株根际土壤纤维素酶活性差异不显著，其他各地区差异显著(图1d)。健株和病株根际土壤过氧化氢酶活性不同，健株为0.76～0.82 mL·g-1·24 h-1，而病株达到0.76～0.83 mL·g-1·24 h-1。除T2、T3和T5三个地区健株和病株根际土壤过氧化氢酶活性差异显著外，其他各地区差异不显著(图1e)。从以上看出，不同地区健株和病株根际土壤酶活性不同，这与根腐病发生有直接的关系。

表2 土壤养分含量Table 2 Soil nutrient content

注：同列数据后不同小写字母表示经Duncan氏新复极差法检验在P<0.05水平上差异显著。下同

Note:Different lowercase letters within the same column show significant differences at the 0.05 level by Duncan new multiple range test. The same as below

2.4 不同青稞根腐病发生区土壤三大微生物数量

不同的青稞种植区，土壤微生物数量呈现细菌>放线菌>真菌，细菌和放线菌的数量因根腐病发生而减少，而真菌的数量增加(图2)。健株根际细菌数量为1.9×106～2.2×106cfu·g-1，而病株达到1.6×106～2.0×106cfu·g-1，表明青稞根腐病的发生使其根际土壤细菌数量减少。T1、T5、T7、T8和T10五个地区健株与病株根际细菌数量差异显著，其他各地区差异不显著(图2a)。青稞病株根际真菌的数量均高于健株，健株为3.1×103～4.6×103cfu·g-1，而病株高达3.2×103～5.0×103cfu·g-1，表明根腐病对青稞根际真菌的数量影响很大。同时，各地区健株与病株根际真菌的数量差异均显著(图2b)。土壤放线菌数量的变化规律与细菌的类似，病株青稞根际土壤放线菌数量少于健株，健株达到0.9×105～2.0×105cfu·g-1，而病株为0.8×105～1.8×105cfu·g-1。除T4和T6两地区健株与病株根际放线菌数量差异不显著外，其他各地区差异显著(图2c)。

图1 土壤酶活性Fig.1 Soil enzyme activities注:同组数据后不同小写字母表示经Duncan氏新复极差法检验在P<0.05水平上差异显著。下同Note:Different lowercase letters within the same group show significant differences at the 0.05 levels by Duncan new multiple range test. The same as below

图2 土壤微生物数量Fig.2 Soil microbial biomass注：同组数据后不同小写字母表示经Duncan氏新复极差法检验在P<0.05水平上差异显著。下同Note:Different lowercase letters within the same group show significant differences at the 0.05 levels by Duncan new multiple range test. The same as below

2.5 土壤养分含量、酶活性、微生物数量与发病的相互关系

2.5.1土壤养分含量与发病的相关性分析 有效磷、速效钾、铵态氮和硝态氮与青稞发病差异不显著，表明青稞根际土壤养分对根腐病的影响较小。有效磷和速效钾与发病率呈正相关，而铵态氮和硝态氮呈负相关(表3)。

表3 土壤养分含量与发病的相关性Table 3 Correlation analysis between soil nutrient content and disease

注 **表示在P<0.01极显著相关。下同

Note:** indicates highly significant correlation at the 0.01 level by Duncan new multiple range test. The same as below

2.5.2土壤酶活性、土壤微生物数量与青稞根腐病的相关性分析 从表4看出，土壤细菌的数量与纤维素酶呈负相关，而与过氧化氢酶、碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶呈正相关；土壤真菌的数量与纤维素酶呈负相关，而与过氧化氢酶、碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶呈正相关，其中与碱性磷酸酶呈极显著的正相关(P<0.01)；土壤放线菌的数量与过氧化氢酶呈负相关，而与碱性磷酸酶、脲酶、纤维素酶和蔗糖酶呈正相关，其中与脲酶呈显著的正相关(P<0.05)。青稞根腐病的发生与土壤过氧化氢酶、碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶呈负相关，其中与碱性磷酸酶呈极显著的负相关(P<0.01)，而与纤维素酶呈正相关，表明根腐病的发生与土壤磷素代谢有密切的关系。青稞根腐病的发生与土壤细菌和放线菌呈负相关，而与真菌呈显著的正相关(P<0.05)，表明根腐病的发生与土壤真菌有关，真菌是引起根腐病的主要病原菌。

表4 土壤酶活性、微生物量与青稞根腐病的相关性Table 4 Correlation analysis among soil enzyme activities,microbial biomass and naked barley root rot disease

注:*表示经Duncan新复极差法检验在P<0.05显著相关，**表示在P<0.01极显著相关

Note:* indicates significant correlation at the 0.05 level by Duncan new multiple range test;** indicates highly significant correlation at the 0.01 level by Duncan new multiple range test,respectively

3 讨论

根腐病是一种土传病害，病原菌生活史的大部分阶段都在土壤中，当条件适宜时，病原物会侵染植物的根部导致根腐病发生[20]。本试验得出，青稞根腐病呈现西部发病率低，而东部高的特点，进一步表明病害的发生不仅与植被、土壤类型有关，还与地理位置和气候状况等因素有密切的关系。

土壤酶是土壤的有机成分之一，在土壤养分循环以及植物生长所需养分的供给过程中起重要的作用，其活性是反应土壤环境质量的灵敏指标[13]。通过测定植株根际土壤酶活性的变化来预测或检测根腐病等土传病害的发生。廖梓良等[21]对设施栽培香石竹根际土壤酶活与土传病害的相关性研究表明，酶活性在健康与发病植株之间存在显著差异，脱氢酶和磷酸酶的影响因子最大，可作为土传病害预测预报的指征。本试验得出，青稞根际土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶的活性因根腐病的发生而降低，青稞根腐病的发生与土壤过氧化氢酶、碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶呈负相关，其中与碱性磷酸酶呈极显著的负相关，这些结论与国内一些学者的研究结果一致[21-26]，进一步表明这四种酶对植物土传病害的发生具有普遍性，不同植物上表现出相同的规律。本试验还发现，纤维素酶活性与前面四种酶的变化趋势相反[22,24]，因根腐病的发生而升高，呈正相关，这个结论与一些学者的研究结果不同，这可能与试验区不同作物对土壤酶活性的影响不同有关。

甄文超等[27]发现，草莓根际病害发生后，真菌数量增加，而细菌和放线菌数量减少。Benizri等[28]对桃树根部病害的研究也发现，发病根际土壤中拮抗细菌的种类和数量减少，而病原真菌的种类和数量增加。Arancon等[29]研究表明，土壤微生物的数量和活性与植物发病率之间有密切的关系。本试验得出，青稞健株和病株根际土壤微生物数量呈现细菌>放线菌>真菌，这与国内一些学者的研究结果一致[26]，同时，细菌和放线菌的数量因根腐病发生而减少，而真菌的数量增加，表明根腐病的发生与土壤真菌有关，真菌是引起根腐病的主要病原菌，它的发生大多由镰孢菌等丝状真菌引起，具体原因还需进一步验证。植物根际土壤病原菌会产生酶，病原菌数量的变化会导致土壤酶活性的变化[30]。本试验得出，土壤细菌和真菌的数量与纤维素酶呈负相关，而与过氧化氢酶、碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶呈正相关；土壤放线菌的数量与过氧化氢酶呈负相关，而与碱性磷酸酶、脲酶、纤维素酶和蔗糖酶呈正相关。

土壤是生态系统的基础环境，土壤的稳定性是支持生态系统结构功能稳定性和生态系统恢复的重要因素。土壤系统是一个统一的整体，其内部的养分含量、酶活性和微生物数量等因子之间相互影响、相互作用来维持整个土壤生态系统。一些研究表明，连作作物的发病与其根际微生物群落结构失衡有关[31]，尤其与根际有益微生物和有害微生物的比例失衡有直接的关系[32]。植物根部病害的发生和土壤微生物群落结构的失衡过程密切相关，这一过程涉及环境、土壤、植物及其根际微生物等多个因子之间复杂的相互作用，根际土壤微生物在这一系统中发挥着关键作用，这也证实了微生物群落结构的稳定对预防土壤病害的重要性。综合所述，在研究植物根腐病害时，应考虑从植物根际土壤微生态系统的角度来阐明病害的发生机制，并采取相应的调控措施进行防治。

4 结论

甘南州临潭县青稞根际土壤养分含量对根腐病的影响较小，土壤酶活性和微生物数量对其影响较大。土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶的活性因根腐病的发生而降低，纤维素酶的活性则升高。细菌和放线菌的数量因根腐病发生而减少，真菌的数量则增加。