全 文 ：日光温室连作土壤酚类物质变化及其对黄瓜根系
抗病性相关酶的影响 3
马云华　魏　珉　王秀峰 3 3
(山东农业大学园艺学院 , 泰安 271018)
【摘要】　研究了日光温室连作黄瓜土壤酚类物质变化及其对黄瓜根系抗病性相关酶的影响. 结果表明 ,随
着连作年限的增加 ,对羟基苯甲酸、阿魏酸、苯甲酸以及总量呈现明显的积累特征 :种植 5 年、7 年、9 年的
含量显著高于 1 年、3 年 ,且 9 年的是 1 年的 2 倍. 在低浓度处理下 (40 和 80μg·g - 1) ,前期 (2、3 叶期)诱导
多酚氧化酶、过氧化物酶、苯丙氨酸转氨酶活性不同程度地升高 ,植株表现高抗性 ,在较高浓度下 (120 和
160μg·g - 1) ,处理前期多酚氧化酶、过氧化物酶、苯丙氨酸转氨酶活性迅速降低 ,甚至丧失酶活性. 连作土
壤酚类物质浓度变化是影响日光温室黄瓜抗病性的主要因素之一.
关键词 　日光温室 　连作 　酚类物质 　黄瓜 　抗病性相关酶
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 01 - 0079 - 04 　中图分类号 　S15412 　文献标识码 　A
Dynamics of soil phenols in continuous cropping solar greenhouse and their effects on disease resistance2related
enzyme activities in cucumber root. MA Yunhua ,WEI Min ,WAN G Xiufeng ( College of Horticulture , S han2
dong A gricultural U niversity , Taian 271018 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (1) :79～82.
The study showed that under solar greenhouse condition ,the contents of soil p2hydroxybenzoic acid ,ferulic acid
and benzoic acid and their total amounts increased with increasing continuous cropping years ,and were obviously
higher after continuously cropped for 5 ,7 and 9 years than for 1 and 3 years. Different concentration of soil phe2
nols resulted in completely different effects on disease resistance2related enzyme activities in cucumber root ,e. g. ,
under lower concentrations (40 and 80μg·g - 1) ,the activities of phenylalanine ( PAL) ,ployphenol oxidase ( PPO)
and peroxidase ( POD) were increased ,while under higher levels (120 and 160μg·g - 1 ) ,they were restrained.
Therefore ,the changes of soil phenol contents in continuous cropping solar greenhouse could be one of the essen2
tial factors affecting the disease2resistance of cucumber.
Key words 　Solar greenhouse , Continuous cropping , Phenols , Cucumber , Disease2related resistance.
3 国家“十五”科技攻关资助项目 (2001BA503B04) .3 3 通讯联系人.
2003 - 11 - 18 收稿 ,2004 - 03 - 26 接受.
1 　引 　　言
日光温室蔬菜连作障碍普遍存在 ,且危害严重.
土壤性质趋向恶化 ,植株病虫害剧增 ,果实商品产
量、品质逐年下降 ,严重制约着日光温室的可持续性
发展. 目前 ,黄瓜是日光温室中明显表现连作效应的
主栽作物之一[5 ,9 ] . 研究报道认为 ,土壤酚类物质的
研究可能是揭示连作障碍形成机制的重要途径之
一[8 ,9 ,13～18 ] .大量研究表明 ,酚类物质与植株抗病
能力密切相关 ,而多酚氧化酶 ( PPO) 、过氧化物酶
( POD) 、苯丙氨酸转氨酶 ( PAL) 是存在于植物体内
与抵抗病原微生物侵染有关的关键抗病性
酶[2～4 ,6 ,10 ,11 ] . 目前 ,有关抗性相关酶在黄瓜感病过
程中的变化已有大量报道 ,但关于日光温室连作土
壤条件下的酚类物质变化及其对黄瓜根系抗病性相
关酶影响的研究报道较少. 因此 ,本文以日光温室连
作土壤为研究对象 ,探讨酚类物质在连作条件下的
种类及其含量变化以及黄瓜抗病性相关酶 ———多酚
氧化酶 ( PPO) 、过氧化物酶 ( POD) 、苯丙氨酸转氨酶
( PAL)对它们的响应 ,以期为揭示温室连作障碍形
成机制提供理论依据.
2 　材料与方法
211 　材料处理
21111 测定酚类物质的供试土壤 　土样采自山东省寿光市
孙集镇的黄瓜日光温室 . 分别选择种植年限为 1、3、5、7、9 年
的日光温室 3 个 ,利用内径 2cm 的土钻 ,采用五点法取样 ,采
集 0～20 cm 根际耕层土壤. 将 3 个温室的土样混匀 ,进行保
鲜处理 (4 ℃) .
21112 测定黄瓜抗性相关酶的供试材料　供试酚类物质 :苯甲
酸、阿魏酸、香草醛、对羟基苯甲酸 (按 1∶1∶1∶1 配制) ,以 7 %乙
醇溶解(先用 7 ml 无水乙醇溶解 ,再用蒸馏水定容至 100 ml) ,各
混合液总浓度分别为 0、200、400、600 和 800 mg·L - 1 .
21113 土壤前处理 　露地干土去杂过筛 ,混匀后装 400 g 处
理土样于 10 cm ×10 cm 营养钵中. 分设 1 个对照 CK(只加
应 用 生 态 学 报 　2005 年 1 月 　第 16 卷 　第 1 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Jan. 2005 ,16 (1)∶79～82
入 7 %的乙醇2水溶液) ,4 个处理 (加入不同浓度酚类物质) ,
分别为 : T1 ,40μg·g - 1 ; T2 ,80μg·g - 1 ; T3 ,120μg·g - 1 ; T4 ,
160μg·g - 1 . 营养钵放入长方形无土栽培槽中 ,浇水时水分
从槽内向营养钵内渗透 ,以减少酚类物质外渗. 分别加入各
处理浓度酚类物质混合液 80 ml , 使土壤中酚类物质混合液
的含量分别达到 40、80、120、160μg·g - 1 ,然后 ,加入 80 ml
水 ,使土壤含水量达到 20 % ,在黄瓜移植前 3 d 进行 ,以便
乙醇挥发完全.
21114 黄瓜幼苗管理 　采用日光温室无土栽培方式进行穴
盘育苗 ,为保证幼苗的整齐度 ,待幼苗长到两叶一心时 ,挑选
生长一致的壮苗盛入已前处理过的土壤中 ,每处理 30 株. 每
5d 浇一次营养液 ,每两天浇一次水. 分别在处理后 第 10 天
(2 叶期) 、20 天 (3 叶期)和 30 天 (4 叶期)进行取样测定各项
指标 ,3 次重复.
212 　研究方法
21211 土壤浸提液的制备 　依照张淑香的方法进行 [16 ] .
21212 标样制备 　标样为苯甲酸、香草酸、香草醛、阿魏酸、
香豆素、对羟基苯甲酸、笨丙烯酸 (肉桂酸) ,均为国产分析
纯 ,甲醇为优级纯. 分别称取 10 mg 的各标样置入同一个
100 ml 的容量瓶中 ,用甲醇溶解并定容至刻度 ,得到各种物
质浓度为 100μg·ml - 1 .
21213 仪器与色谱条件 　分离柱采用美国 Waters 公司生产
的 Nucleosil C18柱 (415 mm ×25 mm) ,检测波长λ= 254 nm ,
柱温 :25 ℃;进样量 :20μl ;流动相组分为甲醇和水 (流动相
中高纯水用分析纯的冰醋酸调节 p H = 2160) ,采用 A 和B 双
泵系统 ,其体积流量“SI”之和为 110 ml·min - 1 ,通过梯度洗
脱的方法达到分离和缩短酚类物质保留时间的目的. 梯度洗
脱设置 :在 12 min 时 ,甲醇和水的体积比为 0140∶0160 ,其他
时间 0、011、20 和 2011 min ,二者体积比为 0130∶0170. 计算
公式 :含量 (μg·g - 1) = (样品峰面积/ 标样峰面积) ×(进样体
积/ 干土重) ×标样浓度.
21214 PPO 及 POD 酶液制备与活性测定 　取一定重量的鲜
样 ,加入 1 g 聚乙烯吡咯烷酮 ( PVP) ,再加入 011 mol·L - 1的
磷酸缓冲液 50 ml (p H = 614) ,冰浴研磨 ,12 000 rpm 离心 30
min ,上清液用于活性测定 ; PPO 活性测定参照 Tian 等的方
法[11 ]加以改进 ; POD 活性测定按田世平等的方法 [12 ] ;酶活
性都以每分钟每毫克蛋白 OD 值的变化来表示. 每个处理 3
次重复.
21215 PAL 酶液制备与活性测定　取一定重量的鲜样 ,加入 1
g聚乙烯吡咯烷酮 (PVP) ,再加入 0105 mol·L - 1的硼酸缓冲溶
液 50 ml (pH = 818 ,含有 01005 mol·L - 1巯基乙醇) ,冰浴研磨 ,
12 000 rpm离心 30 min ,上清液用于酶活性测定 ; PAL 活性测
定参照 Assis等的方法加以改进 ;酶活性以 O. D 值在 290 nm
变化 0101 为一个酶活力单位.每个处理 3 次重复.
3 　结果与分析
311 　日光温室黄瓜连作土壤酚类物质种类及含量
变化
日光温室黄瓜连作土壤中对羟基苯甲酸、阿魏
酸、苯甲酸、香草醛能被检测出 ,而香豆素及苯丙烯
酸未被检测出 ,并且被检测出的对羟基苯甲酸、阿魏
酸、苯甲酸随连作增加呈现明显的积累特征 ,而香草
醛含量低且较稳定. 连作 1、3 年之间总含量差异不
显著 ,而与 5、7、9 年差异较大 (表 1) . 被检测出的酚
类物质中阿魏酸含量较其他 3 种相对偏高 ,对土壤
酚类总量贡献率最大.
表 1 　日光温室黄瓜连作土壤酚类物质种类及浓度
Table 1 Kinds and concentration of phenols in continuous cropping soil
in solar greenhouse(μg·g - 1)
年限
Years
对羟基苯甲酸
p2hydroxyben
zoic acid
阿魏酸
Ferulic acid
苯甲酸
Benzoic acid
香草醛
Vanillin
总　量
Total amounts
1 1138 ±0121dB 17148 ±1112dB 1127 ±0114dB 1154 ±0115aA 21167 ±1161dD
3 1129 ±0131dB 20168 ±1135dB 1135 ±0116aA 1158 ±0127aA 24190 ±2102dD
5 3156 ±0149cB 23145 ±1123cB 2111 ±0121cB 1154 ±0134aA 30166 ±2127cC
7 7145 ±1174bA 27142 ±1152bA 2196 ±0114bA 1137 ±0122bA 39140 ±3135bB
9 9158 ±1159aA 33112 ±2111aA 3168 ±0152aA 1155 ±0117aA 47193 ±4139aA
312 　不同浓度酚类物质对根系 PPO 的影响
从图 1 可以看出 ,不同浓度的酚类物质对黄瓜
根系多酚氧化酶 ( PPO) 影响不同. 在 2 叶期 , T1、T2
都比 CK酶活性高 , T2 > T1 ;而 T3、T4 酶活性却比
CK明显降低 ,说明在 2 叶期 ,在低浓度条件下 ,诱
导根系多酚氧化酶 ( PPO) 酶活性升高 ,有利于提高
根系抗病性. 随着酚类物质浓度的升高 ,超过一定浓
度范围 ,酚类物质表现强烈的抑制作用 ,使根系酶活
性丧失 (图 1) ,即失去对病源微生物侵染的抵抗性.
在 3 叶期 , T1 酶活性继续升高 ,而 T2 酶活性开始
急剧下降 ,并明显低于 CK ,这说明 T2 酚类物质在
土壤中的浓度开始达到并超过植株所承受的范围 ,
从而使植株酶活性开始衰降 . 在4叶期 ,不同处理的
图 1 　酚类物质对黄瓜根系 PPO 活性影响
Fig. 1 Effect of phenols on PPO activity of cucumber roots.
Ⅰ1 处理 T1 Treatment T1 ; Ⅱ1 处理 T2 Treatment T2 ; Ⅲ1 处理 T3
Treatment T3 ; Ⅳ1 处理 T4 Treatment T4 ; Ⅴ1 对照 CK. 下同 The
same below.
08 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
酶活性都趋于降低 ,但 T1 酶活还是高于 CK.
313 　不同浓度酚类物质对根系 POD 的影响
从图 2 可以看出 ,不同处理对根系过氧化物酶
(POD) 的影响不同. 在 2 叶期 ,除 T4 明显下降以
外 , T1、T2、T3 都比 CK 明显升高. 3 叶期 ,除了 T1
酶活性继续升高以外 ,其余处理酶活性开始下降 ,特
别是 T3 快速下降较为明显 ,甚至低于 CK. 4 叶期 ,
T1、T2 、T4 都有不同程度的下降 ,但仍高于 CK ,而
T3 却明显上升 ,且高于 CK ,可能由于转化等因素 ,
致使其生物活性降低 ,而使酶活性有所恢复. 而 T1、
T2、T4 酶活性降低是因为 : T1、T2 处理 ,生物活性
物质逐渐消失 ,失去对酶活性的诱导 ,但仍然维持在
高于 CK 的水平上 ,而 T4 中则是由于高浓度处理
彻底使酶活性功能丧失.
图 2 　酚类物质对黄瓜根系 POD 的影响
Fig. 2 Effect of phenols on POD activity of cucumber roots.
314 　不同浓度酚类物质对根系 PAL 的影响
从图 3 可以看出 ,在 2 叶期 ,与对照 T1 (CK) 相
比 , T1、T2 酶活性明显升高 ,但上升程度不同 , T2 >
T1. T4 酶活性显著下降. 在 3 叶期 , T1 继续升高 ,
而T2、T3酶活性开始明显快速下降. 4叶期 ,各处理酶
图 3 　酚类物质对黄瓜根系 PAL 的影响
Fig. 3 Effect of phenols on POD activity of cucumber roots.
活性均呈下降趋势. 但 T3 较 T2 下降的快.
4 　讨 　　论
土壤酚类物质是一类土壤生物化学反映过程中
产生的次生代谢物质 ,其主要来源于作物残茬、外源
有机物料、根系分泌等途径 ,具有很强的生物活性 ,
对其它生物体具有明显的化感作用[7 ,9 ] . 因此 ,对周
围环境的影响具有极其重要的生态效应. 连作可明
显影响土壤酚类物质含量和种类的变化. 本研究表
明 ,随着连作年限的增多 ,日光温室黄瓜土壤酚类物
质含量明显增多 ,其中种植 9 年的高达 47193μg·
g - 1 ,比种植 1 年的提高了 1 倍. 这与黑麦连作土壤
中的酚酸含量变化相似. Szajdak 等[12 ]研究认为 ,黑
麦连作土壤中酚酸含量为轮作土壤的 4 倍. 不同栽
培模式可能对连作土壤酚类物质的影响不同. 有关
日光温室土壤酚类物质种类及其来源还有待于作进
一步调查研究.
温室连作蔬菜抗病性下降以及病虫害加重是一
普遍存在的现象. 许多研究表明 ,抗病性相关酶
( PPO、PAL 、POD ) 与 植 物 的 抗 病 性 密 切 相
关[3 ,4 ,6 ,10 ,11 ] . 甚至有人提出 ,抗病性相关酶活性可
以作为植物抗病性的一项指标. 葛秀春等[4 ]对其防
御机制进行研究后认为 ,某些外源物质 (如苯并噻)
或病原菌在一定程度上能够诱导保护性酶系统活性
的增加 ,一般称之为系统获得抗性 ( Systemic Ac2
quired Resistance ,SAR) ,对于增强植物对病原微生
物的抗性具有极其重要的生态作用. 但也有不同的
观点 ,Baziram[1 ]对外源物质的化感作用机制研究后
认为 ,苯甲酸和肉硅酸能增加大豆根系对电解质离
子的渗透量 ,降低根系胞外硫氢基的含量 ,诱导类脂
的过氧化作用 ,抑制过氧化物酶的活性. 本研究结果
表明 ,不同浓度酚类物质对抗病性相关酶 ( PPO、
PAL 、POD)具有明显不同的影响. 低浓度有利于增
强抗病性相关酶活性 ,在 40 和 80μg·g - 1浓度下 ,不
同时期 (2、3、4 叶期) 3 种酶活性比对照显著增加 ,增
强了植物的抗病能力. 而在高浓度下 ,明显地抑制了
该 3 种酶活性 ,120 和 160μg·g - 1特别在 3、4 叶期
的酶活性明显低于对照 ,使酶系统防御功能迅速丧
失 ,几乎不能恢复 ,表明酚类物质在土壤中的浓度是
影响黄瓜抗病性相关酶活性的关键因素之一. 酚类
物质在土壤中的转化过程是十分复杂的 ,有关何种
酚类物质以及其中间产物是否对抗病性相关酶起关
键作用还有待于进一步研究.
由此看来 ,连作土壤酚类物质的浓度积累对于
181 期 　　　　　　　马云华等 :日光温室连作土壤酚类物质变化及其对黄瓜根系抗病性相关酶的影响 　　　　　　　　　　　
蔬菜作物的可持续栽培具有极其重要的生态学意
义 ,不但可以诱导抗病性相关酶的活性 ,提高蔬菜作
物抗病性 ,减少了病虫害的侵染 ;而且也能使蔬菜作
物内源保护性酶系统丧失防御功能 ,为病原菌的入
侵提供了有利环境 ,易造成日光温室病虫害大爆发.
因此 ,在日光温室蔬菜栽培生产过程中 ,有必要考虑
当地温室使用年限、土壤肥力状况 ,以及栽培品种等
因素 ,打破传统的栽培观念 ,采用适宜的农艺措施
(如采用合理轮作或改种其它远缘、抗病作物) ,科学
地调控化感效应 ,以避免其向不利方向转化.
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作者简介 　马云华 ,男 ,1976 年生 ,硕士 ,主要从事设施园艺
与无土栽培研究. E2mail : yuanyi @sdau. edu. cn
28 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷