間作對分蘗洋蔥與番茄根際土壤磷轉(zhuǎn)化強(qiáng)度及磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

吳 瑕，楊鳳軍，張文慧，靳亞忠，高 鳳，吳鳳芝

（1 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江大慶 163319；2 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，黑龍江哈爾濱 151103）

土壤磷素循環(huán)是以微生物活動(dòng)為中心，這一過程取決于解磷微生物特別是磷細(xì)菌的種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量以及磷酸酶的活性[1]。磷細(xì)菌可以提高農(nóng)作物對土壤磷的利用率和有效性[2]，它們活化土壤磷的機(jī)制主要通過分泌質(zhì)子、有機(jī)酸及各種酶來螯合、溶解、降解難溶磷來提高土壤中磷的有效性[3]。土壤中存在兩類磷細(xì)菌，一種是有機(jī)磷細(xì)菌，它們將有機(jī)磷分解，釋放出無機(jī)磷，而有機(jī)磷只有在微生物的作用下轉(zhuǎn)變成無機(jī)磷形態(tài)才能被植物吸收利用[4]。另一種是無機(jī)磷細(xì)菌，其作用是在代謝過程中產(chǎn)生各種有機(jī)酸，從而使難溶性的磷酸鈣轉(zhuǎn)變成易溶性的，即轉(zhuǎn)變成植物能夠吸收利用的有效磷，其分泌的多糖物質(zhì)，可以使土壤團(tuán)粒的構(gòu)造改善，增加土壤的優(yōu)良物理特性[5]。土壤微生物對土壤肥力、有效磷含量有重要影響[6]，不同土地利用方式以及不同耕作措施對土壤微生物的影響也很大，通過間套作來調(diào)整微生物群落結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮有益微生物的作用[7]。磷細(xì)菌的作用和效果受許多因素影響[4]。研究證實(shí)，根際接種假單胞菌能夠提高土壤中磷的有效性[8]，因此，研究根際土壤中解磷微生物的數(shù)量及群落結(jié)構(gòu)變化對了解根際磷營養(yǎng)具有重要意義。

番茄 (Solanum lycopersicum) 是我國設(shè)施栽培面積較大的果菜之一，在蔬菜生產(chǎn)中占有十分重要的地位[9]。設(shè)施栽培中為追求高產(chǎn)所投入的磷肥量不斷增加，但磷肥利用率卻很低，施入土壤中的磷只有10%～25%被當(dāng)季作物吸收利用，其余大部分則被土壤固定[10]。因此，研究如何提高設(shè)施番茄磷肥利用率已成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)問題。分蘗洋蔥 (Allium cepavar.aggregatumDon.) 是我國北方常見的一年生蔥蒜類蔬菜，其鱗莖中含有的揮發(fā)性硫化物具有特殊辛辣味[11]，對土壤有殺菌消毒作用，在栽培中采用分蘗洋蔥間作已被人們所接受[12-13]。研究證實(shí)，間作分蘗洋蔥可顯著改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，減輕黃瓜霜霉病、白粉病等病害的發(fā)生，提高產(chǎn)量[14]。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，間作分蘗洋蔥能有效減少番茄病害發(fā)生，促進(jìn)植株生長，提高產(chǎn)量5%～8%[15]，且顯著提高了番茄根際土壤磷酸酶活性和解磷微生物的功能基因數(shù)量及多樣性，改善了磷營養(yǎng)[16]，但其生物學(xué)機(jī)制尚不明確。因此，本試驗(yàn)以茄科連作8年以上的設(shè)施土壤為基質(zhì)，研究分蘗洋蔥/番茄間作系統(tǒng)植株根際土壤中無機(jī)磷細(xì)菌和有機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量及群落結(jié)構(gòu)的變化狀況，旨在分析間作分蘗洋蔥改善番茄磷營養(yǎng)的生物學(xué)機(jī)制，為間作栽培模式的推廣奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2014年3月至12月在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝系大棚和實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

供試番茄品種為月光 (東農(nóng)708)，由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)番茄育種課題組提供。

供試分蘗洋蔥品種為五常紅旗社，由黑龍江省五常市紅旗社村提供。

供試土壤為茄科連作8年以上的設(shè)施土壤，土壤基本理化性質(zhì)如下：pH 6.61(水∶土 = 5∶1)、EC為1.5 mS/cm(水∶土 = 5∶1)、有機(jī)質(zhì)25.2 g/kg、全氮1.58 g/kg、堿解氮91.0 mg/kg、速效磷243.43 mg/kg、速效鉀323.30 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)番茄單作、分蘗洋蔥單作、分蘗洋蔥與番茄間作及無苗對照等4個(gè)處理，試驗(yàn)用高25 cm、直徑18 cm的塑料盆，取連作土按照每盆施加硫酸鉀型復(fù)合肥 (養(yǎng)分含量 ≥ 45%，N∶P2O5∶K2O 為 12∶18∶15)7 g，將土拌勻過篩裝盆，每盆裝土2.5 kg，試驗(yàn)區(qū)邊緣設(shè)保護(hù)行。選擇成熟度好、大小均勻一致、無病蟲害的分蘗洋蔥的鱗莖與五葉期番茄一同栽于盆中。單作番茄處理每盆栽種1株番茄幼苗，單作分蘗洋蔥每盆栽種4株鱗莖，間作處理每盆栽種1株番茄環(huán)繞半周距番茄5 cm栽種4株鱗莖。試驗(yàn)期間不噴施任何藥劑，人工定期除草，定量澆水保證盆栽不受干旱脅迫。

1.3 取樣時(shí)期及取土方法

在番茄定植后23 d (初花期)、30 d (盛花期) 和37 d (初果期) 采取抖根法[17]取植株根際土壤，間作栽培的分蘗洋蔥和番茄分別取根際土，每小區(qū)隨機(jī)取8盆混合作為一個(gè)重復(fù)，三次重復(fù)，土壤過20目篩，一部分保存于4℃冰箱中用于測定土壤中磷細(xì)菌數(shù)量及轉(zhuǎn)化強(qiáng)度；一部分保存于-80℃冰箱中用于土壤磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)PCR-DGGE分析。另一部分土樣自然風(fēng)干后測定土壤速效磷含量、土壤pH和EC值等指標(biāo)。

1.4 測定方法

植株在37 d取樣，經(jīng)烘干粉碎，采用H2SO4-H2O2消煮后測定植株全磷含量，全磷含量用鉬銻抗比色法測定[18]，磷吸收量為全株含磷量與全株干重的乘積[19]。土壤速效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3(pH 8.5) 浸提，鉬銻抗比色法測定[20]；土壤pH和EC用去離子水 (水∶土 = 5∶1) 浸提，pH計(jì)和電導(dǎo)率儀測定[21]；參考Liu等[22]的方法，采用無機(jī)磷培養(yǎng)基 (磷酸三鈣)篩選所得菌落為具有溶磷潛力的無機(jī)磷細(xì)菌，采用有機(jī)磷培養(yǎng)基 (卵磷脂) 篩選所得菌落為具有解磷潛力的有機(jī)磷細(xì)菌。制備土壤稀釋液及微生物的培養(yǎng)與計(jì)數(shù)均參考袁虹霞等[23]的方法。土壤中無機(jī)磷細(xì)菌和有機(jī)磷細(xì)菌分離和鑒定時(shí)每個(gè)處理有3個(gè)土壤樣本，每一個(gè)土壤樣本涂6個(gè)平板，每個(gè)處理共18平板，將18個(gè)平板上所有菌落一起轉(zhuǎn)移到LB液體培養(yǎng)基培養(yǎng)3天，細(xì)菌總基因組DNA提取和純化[24]，然后用338 f-GC/518 r進(jìn)行PCR擴(kuò)增[25]，50 μL PCR 反應(yīng)體系包括：2 μL DNA 模板；5 μL 10 ×Buffer；3.5 μL Mg2+；2 μL dNTP；引物各 1 μL；1 μL Taq酶；34.5 μL去離子水。PCR反應(yīng)條件為：94℃預(yù)變性 5 min，94℃變性30 s，55℃退火 40 s，72℃延伸1 min，35個(gè)循環(huán)，72℃延伸7 min，4℃保存。PCR產(chǎn)物用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測，擴(kuò)增片段為230 bp左右。采用8%的聚丙烯酰胺凝膠，變性劑濃度依次遞增濃度是40%到75%，待凝后每個(gè)孔上樣PCR樣品為20 μL。使用D-code System電泳儀 (Bio-Rad Lab，LA，USA)，電壓75 V，溫度60℃，電泳9～12 h結(jié)束，將膠取下置于1∶3300(v/v) GelRed(Biotium，USA) 中染色25 min。用AlphaImager HP-1.2.0.1凝膠成像系統(tǒng)照相[16]。磷轉(zhuǎn)化強(qiáng)度的測定參考許光輝等[26]的方法，無機(jī)磷溶解率和有機(jī)磷礦化率分別在含有無機(jī)磷 (磷酸三鈣) 和有機(jī)磷 (卵磷脂) 的蒙吉娜培養(yǎng)基中，接種土壤混懸液，30℃培養(yǎng)21 d，經(jīng)解磷微生物作用釋放的速效磷量用鉬藍(lán)比色法測定。根據(jù)釋放的速效磷量占全磷量的百分?jǐn)?shù)表示磷的轉(zhuǎn)化強(qiáng)度，將所得數(shù)值求反正弦函數(shù)后作圖[27]。

1.5 數(shù)據(jù)處理及分析

原始數(shù)據(jù)的整理采用Microsoft Excel (Office 2003) 軟件，數(shù)據(jù)處理采用SAS 9.1.3軟件，方差分析使用ANOVA過程 (Duncan′s新復(fù)極差法，P＜0.05)。采用Quantityone 4.5軟件對DGGE指紋圖譜進(jìn)行數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化分析，采用Canoco for Windows 4.5 software進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 間作對番茄和分蘗洋蔥地上及地下部干重的影響

間作23 d，番茄地上部分的干重顯著高于單作，而根干重差異不顯著。間作37 d時(shí)番茄植株地上部分和根干重均顯著高于單作 (P＜ 0.05)(圖1)。間作30 d前，分蘗洋蔥地上部分的干重顯著低于單作，根干重差異不顯著。間作37 d時(shí)，分蘗洋蔥植株地上部分和根干重均顯著低于對應(yīng)單作 (P＜ 0.05)(圖1)。

2.2 間作對番茄和分蘗洋蔥根際土壤磷細(xì)菌數(shù)量及轉(zhuǎn)化強(qiáng)度的影響

隨著植株生長期延長，番茄、分蘗洋蔥根際及無苗對照土壤中無機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量均呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢。間作番茄根際土壤無機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量高于單作和無苗對照，且定植23 d和37 d，均達(dá)顯著水平 (P＜ 0.05)。對分蘗洋蔥而言，定植23 d時(shí)間作分蘗洋蔥根際土壤中無機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量顯著低于單作，而間作后期單作和間作無顯著差異，但二者均顯著高于無苗對照 (P＜ 0.05)(圖2 -A)。隨著植株生長期延長，番茄根際土壤中有機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量均呈現(xiàn)先緩慢下降后顯著上升的趨勢，而分蘗洋蔥和無苗對照的土壤中有機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢。間作番茄根際土壤有機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量高于對應(yīng)單作和無苗對照，且在23 d和37 d時(shí)均達(dá)顯著水平 (P＜0.05)。對分蘗洋蔥而言，定植23 d和30 d，間作分蘗洋蔥根際土壤有機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量與單作比，無顯著差異。定植37 d，間作分蘗洋蔥根際土壤有機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量顯著高于單作，且二者均顯著高于無苗對照(P＜ 0.05)(圖 2-B)。

圖 1 間作對番茄和分蘗洋蔥地上和地下部干重的影響Fig. 1 Effects of intercropping on the shoot and root dry weight of tomato and potato onion

圖 2 間作對番茄和分蘗洋蔥根際土壤無機(jī)磷和有機(jī)磷數(shù)量及轉(zhuǎn)化強(qiáng)度的影響Fig. 2 Effects of intercropping on the number and transformation intensity of soil inorganic phosphorus and organophosphorus in the rhizosphere of tomato and potato onion

隨著植株生長期延長，番茄及無苗對照土壤中無機(jī)磷細(xì)菌的轉(zhuǎn)化強(qiáng)度均呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢。而間作分蘗洋蔥呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，單作的分蘗洋蔥呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢。定植23 d，間作番茄根際土壤無機(jī)磷細(xì)菌轉(zhuǎn)化強(qiáng)度高于單作番茄和無苗對照，定植30 d和37 d，間作番茄根際土壤無機(jī)磷細(xì)菌轉(zhuǎn)化強(qiáng)度與單作無顯著差異。對分蘗洋蔥而言，定植30 d，間作分蘗洋蔥根際土壤無機(jī)磷細(xì)菌轉(zhuǎn)化強(qiáng)度與單作比，無顯著差異。定植23 d時(shí)顯著低于對應(yīng)單作，而定植37 d時(shí)顯著高于對應(yīng)單作，且所有處理均顯著高于無苗對照 (P＜ 0.05)(圖2-C)。番茄根際土壤中有機(jī)磷細(xì)菌轉(zhuǎn)化強(qiáng)度呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢，而分蘗洋蔥和無苗對照均呈現(xiàn)下降趨勢。間作番茄根際土壤有機(jī)磷細(xì)菌轉(zhuǎn)化強(qiáng)度均顯著高于單作。對分蘗洋蔥而言，定植23 d，間作分蘗洋蔥根際土壤有機(jī)磷細(xì)菌轉(zhuǎn)化強(qiáng)度顯著低于單作。定植30 d和37 d，間作分蘗洋蔥根際土壤有機(jī)磷細(xì)菌轉(zhuǎn)化強(qiáng)度顯著高于單作，且所有處理均顯著高于無苗對照 (P＜ 0.05)(圖 2-D)。

2.3 間作對番茄和分蘗洋蔥根際土壤pH、EC值、有效磷含量和植株磷吸收量的影響

在間作期間，番茄和分蘗洋蔥根際土壤中pH整體均呈現(xiàn)升高趨勢。間作前期，番茄根際土壤中pH低于單作，間作30 d時(shí)差異達(dá)到顯著水平 (P＜0.05)，間作37 d后番茄根際土壤pH顯著高于單作，整個(gè)生長期間，番茄根際土壤pH均高于無苗對照。對分蘗洋蔥而言，間作37 d，分蘗洋蔥根際土壤pH顯著高于單作，間作前期兩處理差異不顯著(圖3-A)。在間作期間，番茄和分蘗洋蔥根際土壤中EC值整體均呈現(xiàn)降低趨勢。間作前期，番茄和分蘗洋蔥根際土壤EC值均高于對應(yīng)單作，且在30 d時(shí)差異達(dá)到顯著水平 (P＜ 0.05)，間作37 d后番茄和分蘗洋蔥根際土壤中EC值均顯著低于對應(yīng)單作，且除分蘗洋蔥單作外其他處理土壤中EC值均低于無苗對照 (圖3-B)。定植23 d和30 d，間作番茄根際土壤中有效磷含量顯著高于單作 (P＜ 0.05)，定植37 d后間作番茄根際土壤中有效磷含量顯著低于單作 (P＜ 0.05)。在間作期間，分蘗洋蔥根際土壤中速效磷含量與單作比無顯著差異。且隨間作時(shí)間延長，番茄和分蘗洋蔥根際土壤中速效磷含量呈現(xiàn)先增后降的變化趨勢，番茄根際土壤中速效磷含量均低于無苗對照，而分蘗洋蔥均高于無苗對照 (圖3-C)。定植37 d，間作番茄和分蘗洋蔥植株磷含量均顯著高于單作 (圖3-D)，間作番茄植株吸磷量顯著高于單作，間作分蘗洋蔥磷吸收量顯著低于單作 (圖3-E)。

圖 3 間作對番茄和分蘗洋蔥根際土壤pH、EC值、速效磷和植株磷吸收量的影響Fig. 3 Effects of intercropping on soil pH, EC, available phosphorus content and plant P content in the rhizosphere of tomato and potato onion

2.4 間作對土壤無機(jī)磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

圖4-A、B 顯示了分蘗洋蔥和番茄間作23 d根際土壤中無機(jī)磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化，圖中PC1和PC2 兩個(gè)軸分別解釋了33.4%和21.2%的無機(jī)磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化。各處理土壤無機(jī)磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)在分布上存在著不同，單作和間作的分蘗洋蔥及間作的番茄3個(gè)處理在PC1 軸上的投影較為接近，而與CK和單作番茄處理相距較遠(yuǎn)，說明定植23 d時(shí)，間作是影響無機(jī)磷細(xì)菌群落變化的主要因素，且間作對番茄無機(jī)磷細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)影響較大，而對分蘗洋蔥的影響相對較??；番茄和分蘗洋蔥植物種類對無機(jī)磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)也有一定的影響。多樣性分析結(jié)果顯示，間作23 d，間作番茄條帶數(shù)顯著高于單作 (P＜ 0.05)，香農(nóng)多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)與單作無顯著差異。間作分蘗洋蔥條帶數(shù)和香農(nóng)多樣性指數(shù)顯著低于單作 (P＜ 0.05)，均勻度指數(shù)與單作無顯著差異 (表1)。

圖4-C、D 顯示了分蘗洋蔥和番茄間作30 d根際土壤中無機(jī)磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化，圖中PC1和PC2 兩個(gè)軸分別解釋了30.4%和23.1%的無機(jī)磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化。各處理土壤無機(jī)磷細(xì)菌群落在分布上存在著不同，間作分蘗洋蔥和間作番茄2個(gè)處理在PC1 軸上的投影較為接近，單作分蘗洋蔥和單作番茄2個(gè)處理在PC2 軸上的投影較為接近，而與無苗對照處理 (CK) 相距較遠(yuǎn)，說明間作是影響無機(jī)磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化的主要因素，且間作對番茄無機(jī)磷細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)影響較大，而對分蘗洋蔥的影響較?。环押头痔Y洋蔥不同植物種類對無機(jī)磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)也有一定的影響。多樣性分析結(jié)果顯示，定植30 d后間作番茄條帶數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)與相應(yīng)單作無顯著差異，而間作分蘗洋蔥香農(nóng)多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和條帶數(shù)均顯著低于相應(yīng)單作 (表1)。

圖 4 定植后23、30、37 天番茄和分蘗洋蔥根際土無機(jī)磷細(xì)菌DGGE電泳圖及主成分分析Fig. 4 PCR-DGGE profile and PCA analysis of inorganic phosphorus bacteria in the rhizosphere of tomato and potato onion at the 23rd, 30th and 37th days after transplanting

圖4-E、F 顯示分蘗洋蔥和番茄間作37 d根際土壤中無機(jī)磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化，圖中PC1和PC2兩個(gè)軸分別解釋了32.0%和20.6%的無機(jī)磷細(xì)菌群落變化。各處理土壤無機(jī)磷細(xì)菌群落在分布上存在著不同，單作番茄和間作番茄2個(gè)處理在PC1 軸上的投影較為接近，單作分蘗洋蔥和間作分蘗洋蔥2個(gè)處理在PC2 軸上的投影較為接近，而與無苗對表1 土壤中無機(jī)磷細(xì)菌條帶數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)Table 1 Band number, Shannon diversity and evenness indices of DGGE map of inorganic phosphorus bacteria in the rhizosphere soil of tomato and potato onion照 (CK) 相距較遠(yuǎn)，說明間作是影響無機(jī)磷細(xì)菌群落變化的因素之一，而植物種類對根際土壤無機(jī)磷細(xì)菌的菌群結(jié)構(gòu)影響較大。多樣性分析結(jié)果顯示，定植37 d后間作番茄條帶數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均顯著高于相應(yīng)單作，而間作分蘗洋蔥香農(nóng)多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和條帶數(shù)均顯著低于相應(yīng)單作 (表 1)。

注（Note）：TM—Tomato monoculture；TI—Tomato intercropping；OM—Potato onion monoculture；OI—Potato onion intercroppoing；CK—No crop control；H—Shannon diversity index；E—Evenness index. 數(shù)值后不同字母表示同一取樣時(shí)期不同處理間在 0.05 水平差異顯著Values followed by different letters mean significant difference among treatments in the same sampling time at the 0.05 level.

2.5 間作對根際土壤有機(jī)磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

圖5-A、B 顯示了分蘗洋蔥和番茄間作23 d根際土壤中有機(jī)磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化，圖中PC1和PC2 兩個(gè)軸分別解釋了24.6%和21.1%的有機(jī)磷細(xì)菌群落變化。各處理土壤有機(jī)磷細(xì)菌群落在分布上存在著不同，間作分蘗洋蔥和間作番茄2個(gè)處理在PC2 軸上的投影較為接近，單作分蘗洋蔥、單作番茄與無苗對照處理 (CK) 3個(gè)處理相距均較遠(yuǎn)，說明定植23 d時(shí)間作是影響有機(jī)磷細(xì)菌群落變化的主要因素之一，而植物種類對根際土壤有機(jī)磷細(xì)菌的菌群結(jié)構(gòu)也有一定的影響。多樣性分析結(jié)果顯示，間作23 d番茄根際土壤中香農(nóng)多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和條帶數(shù)均顯著高于對應(yīng)單作，而間作分蘗洋蔥均勻度指數(shù)顯著高于對應(yīng)單作，其他指標(biāo)差異不顯著 (表 2)。

圖5-C、D 顯示了分蘗洋蔥和番茄間作30 d根際土壤中有機(jī)磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化，圖中PC1和PC2 兩個(gè)軸分別解釋了34.5%和19.8%的有機(jī)磷細(xì)菌群落變化。各處理土壤有機(jī)磷細(xì)菌群落在分布上存在著不同，間作分蘗洋蔥和間作番茄2個(gè)處理在PC2 軸上的投影較為接近，單作分蘗洋蔥、單作番茄與無苗對照 (CK) 3個(gè)處理相距均較遠(yuǎn)，說明定植30 d時(shí)間作是影響有機(jī)磷細(xì)菌群落變化的主要因素之一，而植物種類對根際土壤有機(jī)磷細(xì)菌的菌群結(jié)構(gòu)影響顯著。多樣性分析結(jié)果顯示，間作30 d番茄香農(nóng)多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和條帶數(shù)均顯著低于對應(yīng)單作 (P＜ 0.05)，分蘗洋蔥條帶數(shù)顯著低于對應(yīng)單作，香農(nóng)多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)與單作比差異不顯著 (表 2)。

TM23 TM23 TM23 CK23 CK23 CK23 TI23 TI23 M23××TI23 I23 I23 I23 M23 M23×

TI30 TI30 TI30 TM30 TM30 TM30 M30 M30 M30×× ×CK30CK30 CK30 I30 I30 I30

圖 5 定植后第23、30、37 天番茄和分蘗洋蔥根際土有機(jī)磷細(xì)菌DGGE電泳圖及主成分分析Fig. 5 PCR-DGGE profiles and PCA analysis of organophosphorus bacteria in the rhizosphere of tomato and potato onion at the 23rd, 30th and 37th days after transplanting

圖5-E、F 顯示了分蘗洋蔥和番茄間作37 d根際土壤中有機(jī)磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化，圖中PC1和PC2兩個(gè)軸分別解釋了29.2%和27.3%的有機(jī)磷細(xì)菌群落變化。各處理土壤有機(jī)磷細(xì)菌群落在分布上存在著不同，間作分蘗洋蔥和間作番茄2個(gè)處理在PC2軸上的投影較為接近，單作分蘗洋蔥、單作番茄與無苗對照 (CK) 3個(gè)處理相距均較遠(yuǎn)，說明定植37 d時(shí)間作對有機(jī)磷細(xì)菌群落變化有一定影響，而植物種類對根際土壤有機(jī)磷細(xì)菌的菌群結(jié)構(gòu)影響較大。多樣性分析結(jié)果顯示，間作37 d番茄香農(nóng)多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和條帶數(shù)顯著低于對應(yīng)單作 (P＜0.05)，間作分蘗洋蔥香農(nóng)多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和條帶數(shù)與單作無顯著差異，但高于無苗對照 (表2)。

3 討論

土壤微生物是土壤有效養(yǎng)分變化的敏感指標(biāo)之一，能對土壤生態(tài)環(huán)境變化作出應(yīng)急反應(yīng)[28]，土壤微生物數(shù)量和多樣性是評價(jià)土壤健康程度的重要指標(biāo)[29]。土壤中積累有較高量的總磷，然而它們大多數(shù)對植物的有效性卻很低[30]。趙小蓉和林啟美研究發(fā)現(xiàn)，磷的轉(zhuǎn)化強(qiáng)度反映了微生物作用于土壤中的含磷有機(jī)物和難溶無機(jī)磷化合物釋放出有效磷的量，它與土壤的供磷水平直接相關(guān)[31]。研究表明，分蘗洋蔥間作提高番茄對土壤中磷營養(yǎng)的吸收，促進(jìn)番茄的生長，成為生產(chǎn)上高產(chǎn)高效栽培模式[32]，本研究再次證實(shí)了這一觀點(diǎn)。研究結(jié)果還顯示，分蘗洋蔥和番茄間作后土壤中無機(jī)磷細(xì)菌和有機(jī)磷細(xì)菌的數(shù)量顯著提高，且在間作番茄根際土壤中磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)較單作發(fā)生了顯著的變化 (圖4、圖5)，說明分蘗洋蔥間作可能充分發(fā)揮了細(xì)菌的解磷固氮作用，使土壤中磷有效性顯著提高，有利于番茄的生長和磷養(yǎng)分的吸收。

表2 土壤有機(jī)磷細(xì)菌條帶數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)Table 2 Band numbers, Shannon diversity and evenness indices of DGGE map of organophosphorus bacteria in the rhizosphere soil of tomato and potato onion

土壤磷循環(huán)與根際土壤微生物多樣性是相互關(guān)聯(lián)的，土壤中水分、養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)和pH等是影響土壤微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)變化的主要因素[33-34]。本研究結(jié)果顯示，間作23 d時(shí)，分蘗洋蔥間作番茄根際土壤中無機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量顯著增加，菌群結(jié)構(gòu)顯著異于單作番茄和無苗對照，無機(jī)磷細(xì)菌在代謝過程中產(chǎn)生各種有機(jī)酸，溶解無效性的磷，轉(zhuǎn)變成植物能夠吸收利用的有效磷[5]，致使間作番茄根際土壤pH降低，間作番茄根際土壤中速效磷含量和EC值顯著升高，到30 d達(dá)到峰值。分析其原因，間作可能是通過改變土壤中磷細(xì)菌數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)改善番茄根際磷營養(yǎng)。間作37 d時(shí)土壤中速效磷含量顯著降低，且間作番茄根際土壤中速效磷含量低于單作，這可能是由于番茄快速生長增加磷的吸收量所致。間作分蘗洋蔥后期，番茄根際土壤中有機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量增加，有機(jī)磷細(xì)菌能夠?qū)⒂袡C(jī)磷分解，釋放出無機(jī)磷[4]，有機(jī)磷細(xì)菌轉(zhuǎn)化強(qiáng)度增加顯著可能為間作番茄磷養(yǎng)分的吸收作出貢獻(xiàn)。前期的研究顯示，這些磷細(xì)菌富含的堿性磷酸酶功能基因數(shù)量和多樣性增加，改善土壤磷營養(yǎng)[16]。間作分蘗洋蔥后番茄根際土壤中出現(xiàn)的磷細(xì)菌Sphingobium，是土壤生態(tài)系統(tǒng)中的一種無機(jī)磷細(xì)菌[35]，這種間作選擇性富集的細(xì)菌物種可能促進(jìn)植株對磷的吸收[36]，需要在今后的研究中對這些磷細(xì)菌進(jìn)行分離鑒定并作進(jìn)一步功能驗(yàn)證。

間作栽培體系中種間促進(jìn)作用和種間競爭作用同時(shí)存在[37]，種間促進(jìn)作用表現(xiàn)在間作后分蘗洋蔥和番茄植株的磷濃度均顯著高于對應(yīng)單作，種間競爭作用來自地上的光競爭和地下的養(yǎng)分競爭，這種競爭使間作后分蘗洋蔥干重顯著低于單作。分蘗洋蔥根際土壤中有機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量及磷轉(zhuǎn)化強(qiáng)度也顯著增加，間作分蘗洋蔥植株全磷含量顯著高于單作，而吸收量顯著低于單作分蘗洋蔥，可能是間作后分蘗洋蔥生長被抑制導(dǎo)致生物量降低引起的。本研究顯示，間作提高了番茄和分蘗洋蔥根際土壤的pH，降低了土壤EC值，磷細(xì)菌的種類繁多，對于間作后種植植物的土壤中何種磷細(xì)菌可以改善土壤環(huán)境，促進(jìn)磷吸收是改善磷吸收的關(guān)鍵，從分子生物學(xué)的角度探討解磷微生物的解磷機(jī)制將成為今后研究的熱點(diǎn)。另外，促進(jìn)番茄磷營養(yǎng)的改善與植株根系形態(tài)的變化密切相關(guān)，同時(shí)間作番茄體內(nèi)磷含量顯著增加，提高番茄對土壤中磷的利用率，而間作后番茄植株養(yǎng)分吸收功能基因有待于進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

分蘗洋蔥/番茄間作促進(jìn)了番茄地上和地下部生物量的顯著增加，卻抑制分蘗洋蔥地上和地下生物量的增加。間作后番茄植株內(nèi)的磷濃度和磷吸收量顯著增加，且分蘗洋蔥間作提高了番茄根際土壤pH，

降低了土壤的EC值。間作分蘗洋蔥后番茄根際土壤中無機(jī)磷細(xì)菌和有機(jī)磷細(xì)菌的數(shù)量增加，磷細(xì)菌的轉(zhuǎn)化強(qiáng)度顯著提高，間作后番茄根際土壤中磷細(xì)菌的條帶數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)顯著增加，群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。因此，間作分蘗洋蔥通過改變番茄根際磷細(xì)菌數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)，提高了磷細(xì)菌的轉(zhuǎn)化強(qiáng)度，增加了番茄根際土壤速效磷含量，促進(jìn)植株磷濃度和磷吸收量增加，改善了番茄的磷營養(yǎng)。