全 文 ：第 ３６ 卷第 １４ 期
２０１６年 ７月
生 态 学 报
ＡＣＴＡ ＥＣＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１４
Ｊｕｌ．，２０１６
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
基金项目：江苏省自然科学基金青年项目（ＢＫ２０１２４９８）；国家自然科学基金项目（４１２０１２８１， ４１３７１２９０）
收稿日期：２０１４⁃１２⁃０５； 　 　 网络出版日期：２０１５⁃１０⁃２６
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｘｇｌｉ＠ ｉｓｓａｓ．ａｃ．ｃｎ
ＤＯＩ： １０．５８４６ ／ ｓｔｘｂ２０１４１２０５２４１６
张亚楠，王兴祥，李孝刚，徐文华．连作对棉花抗枯萎病生理生化特性的影响．生态学报，２０１６，３６（１４）：４４５６⁃４４６４．
Ｚｈａｎｇ Ｙ Ｎ， Ｗａｎｇ Ｘ Ｘ， Ｌｉ Ｘ Ｇ， Ｘｕ Ｗ Ｈ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｏｎ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｔｔｏｎ ｔｏ Ｆｕｓａｒｉｕｍ ｗｉｌｔ． Ａｃｔａ
Ｅｃｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１６，３６（１４）：４４５６⁃４４６４．
连作对棉花抗枯萎病生理生化特性的影响
张亚楠１，王兴祥１，３，李孝刚１，∗，徐文华２
１ 中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室，南京土壤研究所，南京　 ２１０００８
２ 江苏沿海地区农业科学研究所，盐城　 ２２４００２
３ 江西省红壤生态研究重点实验室，中国科学院红壤生态实验站，鹰潭　 ３３５２１１
摘要：连作障碍引起棉花的产量和品质下降，严重制约着我国棉花产业的可持续发展。 枯萎病作为典型的土传真菌病害，一直
是困扰我国棉花生产的两大病害之一。 研究采用室内盆栽试验，通过接种棉花枯萎病菌，研究不同连作年限（０、５、１５ａ）土壤对
棉花生长状况及体内超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性、过氧化氢酶（ＣＡＴ）活性、过氧化物酶（ＰＯＤ）活性、可溶性蛋白和丙二醛
（ＭＤＡ）含量的影响，进而探讨其对棉花抗枯萎病性能的影响。 研究结果表明：与非连作土壤相比，连作土壤显著影响棉花的生
长，导致棉花幼苗鲜重、主根长、株高降低，ＳＯＤ 和 ＣＡＴ 活性降低，可溶性蛋白和丙二醛（ＭＤＡ）含量升高，抗病品种中棉 ３８ 的
ＰＯＤ活性无显著变化，但耐病品种南农 １０号的 ＰＯＤ活性明显提高。 说明连作降低了棉花对枯萎病菌的抗氧化酶反应，加重了
棉花的膜质过氧化程度，进而降低了棉花对枯萎病的抗性。
关键词：连作；棉花；枯萎病菌；抗氧化酶；抗病性
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｏｎ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ
ｃｏｔｔｏｎ ｔｏ Ｆｕｓａｒｉｕｍ ｗｉｌｔ
ＺＨＡＮＧ Ｙａｎａｎ１， ＷＡＮＧ Ｘｉｎｇｘｉａｎｇ１，３， ＬＩ Ｘｉａｏｇａｎｇ１，∗， ＸＵ Ｗｅｎｈｕａ２
１ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｏｉｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ， Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｉｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００８， Ｃｈｉｎａ
２ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｏａｓｔａｌ Ａｒｅａ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， Ｙａｎｃｈｅｎｇ ２２４００２， Ｃｈｉｎａ
３ Ｊｉａｎｇｘｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｒｅｄ Ｓｏｉｌ， Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｄ Ｓｏｉｌ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｙｉｎｇｔａｎ ３３５２１１， Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｃｏｔｔｏｎ ｉｓ ａｎ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｒｏｐ ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ． Ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｔｔｏｎ －ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ， ｉｔ ｉｓ
ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｇｒｏｗｎ ｒｅｐｅａｔｅｄｌｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｌａｎｄ， ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｔｔｏｎ
ｂｏｌｌｗｏｒｍ （ Ｈｅｌｉｃｏｖｅｒｐａ ａｒｍｉｇｅｒａ） ｕｓｉｎｇ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｉｎｓｅｃｔ⁃ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏｔｔｏｎ ｖａｒｉｅｔｉｅｓ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｃｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｈａｓ
ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｉｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｃｌｉｎｅｓ ｉｎ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ａｓ ａ ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｄｉｓｅａｓｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ． Ｃｏｔｔｏｎ Ｆｕｓａｒｉｕｍ ｗｉｌｔ， ａ
ｖａｓｃｕｌａｒ ｄｉｓｅａｓｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｓｏｉｌ⁃ｂｏｒｎｅ Ｆｕｓａｒｉｕｍ ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ ｆ． ｓｐ． ｖａｓｉｎｆｅｃｔｕｍ， ｉｓ ａ ｍａｊｏｒ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｏｎ ｃｏｔｔｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ， ａ ｐｏｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ
ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｔｔｏｎ ｔｏ Ｆ． ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌｓ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｒｏｐｐｉｎｇ， ａｎｄ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ ｆｏｒ
ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｃｏｔｔｏｎ ｄｉｓｅａｓｅ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｉｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｃｈｅｍａ． Ｔｗｏ ｃｏｔｔｏｎ ｃｕｌｔｉｖａｒｓ （Ｚ⁃３８， Ｎ⁃ １０） ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ Ｆ． ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ， ａｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ⁃ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｏｉｌｓ ｗｅｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｗｏ ｃｏｔｔｏｎ ｆｉｅｌｄｓ ｔｈａｔ ｈａｄ
ｂｅｅｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｃｒｏｐｐｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｔｔｏｎ ｆｏｒ ５ ａ ａｎｄ １５ ａ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｆｒｏｍ ａ ｆｉｅｌｄ ｎｏｔ ｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ
ｃｏｔｔｏｎ⁃ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ． Ｔｈｅ ｐｏｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｉｎ ａ ｐｌａｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｃｈａｍｂｅｒ ａｔ ３０ ℃ ／ ２５ ℃， １４ ｈ
ｌｉｇｈｔ ／ ８ ｈ ｄａｒｋ， ａｎｄ ６０％—９０％ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ， ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｓ． Ａｆｔｅｒ ｃｕｌｔｕｒｉｎｇ ｆｏｒ ２０ ｄ， ｔｈｅ ｐｏｔｓ ｗｅｒｅ ｉｎｏｃｕｌａｔｅｄ
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ｗｉｔｈ Ｆ． ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ ｓｐｏｒｅｓ （１．０ × １０７ ｃｆｕ ／ ｍＬ）． Ｐｌａｎｔ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｐｒｉｏｒ ｔｏ ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ （ｄａｙ ０） ａｎｄ ａｔ ２ ｄ， ６ ｄ，
ａｎｄ １０ ｄ ａｆｔｅｒ ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｃｏｔｔｏｎ ｐｌａｎｔｓ ｗｅｒｅ ｓｅｐａｒａｔｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅｉｒ ｒｏｏｔ ａｎｄ ｓｈｏｏｔ ｐｏｒｔｉｏｎｓ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｆｒｅｓｈ ｒｏｏｔ ａｎｄ
ｓｈｏｏｔ ｗｅｉｇｈｔ， ｒｏｏｔ ｌｅｎｇｔｈ， ａｎｄ ｐｌａｎｔ ｈｅｉｇｈｔ， ａｎｄ ｔｈｅｎ ｒａｐｉｄｌｙ ｆｒｏｚｅｎ ａｔ －８０ ℃ ｆｏｒ ｕｓｅ ｉｎ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｅｓ． Ｔｈｅ ｓｏｌｕｂｌｅ
ｐｒｏｔｅｉｎ ａｎｄ ｍａｌｏｎｄｉａｌｄｅｈｙｄｅ （ＭＤＡ） ｃｏｎｔｅｎｔｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅ ｄｉｓｍｕｔａｓｅ （ＳＯＤ）， ｃａｔａｌａｓｅ （ＣＡＴ）， ａｎｄ
ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ （ ＰＯＤ） ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｔｔｏｎ ｌｅａｖｅｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ⁃ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｏｉｌｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ
ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｃｏｔｔｏｎ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ． Ｔｈｅ ｆｒｅｓｈ ｓｈｏｏｔ ｗｅｉｇｈｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｎ⁃１０ ａｎｄ Ｚ⁃３８ ｐｌａｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ １５ ｙ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｏｉｌｓ ｗｅｒｅ
ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ， ｂｙ ３９．６９％ ａｎｄ ２６．９１％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ． Ｒｏｏｔ ｗｅｉｇｈｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ａ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ
ｔｒｅｎｄ ｗｉｔｈ ｐｒｏｌｏｎｇｅｄ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｔｉｍｅ． Ｔｈｅ ｒｏｏｔ ｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｚ⁃ ３８ ａｎｄ Ｎ⁃ １０ ｐｌａｎｔｓ ｗｅｒｅ １６． ３３％ ａｎｄ ２１． ６７％ ｌｏｗｅｒ，
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｉｎ ｔｈｅ １５ ｙ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｏｉｌｓ， ｔｈａｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ， ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ⁃ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｏｉｌｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ
ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｔｔｏｎ ｐｌａｎｔｓ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ， ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ⁃ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｏｉｌｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ
ｓｏｌｕｂｌｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｔ ０ ｄ， ２ ｄ， ａｎｄ ６ ｄ ａｆｔｅｒ ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ． Ｐｒｉｏｒ ｔｏ ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ， ＳＯＤ ａｎｄ ＣＡＴ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ
Ｚ⁃３８ ｐｌａｎｔｓ， ｂｕｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｎ⁃ １０ ｐｌａｎｔｓ ａｓ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｙｅａｒｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ． Ａｆｔｅｒ ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｆ．
ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ， ｔｈｅ ＳＯＤ ａｎｄ ＣＡＴ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｉｎ ｂｏｔｈ ｃｏｔｔｏｎ ｃｕｌｔｉｖａｒｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｙｅａｒｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．
Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ⁃ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｏｉｌｓ ｓｔｒｏｎｇｌｙ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ＰＯＤ ｉｎ ｔｈｅ Ｎ⁃１０ ｐｌａｎｔｓ ａｔ ０ ｄ， ２ ｄ， ａｎｄ １０ ｄ ｏｆ Ｆ． ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ
ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ， ｂｕｔ ｈａｄ ｎｏ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ Ｚ⁃３８． Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ⁃ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｏｉｌｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｔｈｅ ＭＤＡ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｂｏｔｈ ｃｕｌｔｉｖａｒｓ
ａｆｔｅｒ ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｆ． ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ． Ｉｎ ｓｕｍｍａｒｙ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ⁃ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｏｉｌｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ
ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ ｅｎｚｙｍｅｓ ｏｆ ｃｏｔｔｏｎ ｃｕｌｔｉｖａｒｓ， ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｌｉｐｉｄ ｐｅｒｏｘｉｄａｔｉｏｎ， ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ａ ｄｅｃｌｉｎｅ ｉｎ ｔｈｅ
ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｔｔｏｎ ｔｏ Ｆ． ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｒｏｐｐｉｎｇ； ｃｏｔｔｏｎ； Ｆｕｓａｒｉｕｍ ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ； ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ ｅｎｚｙｍｅｓ； ｄｉｓｅａｓｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
棉花（Ｇｏｓｓｙｐｉｕｍ ｈｉｒｓｕｔｕｍ Ｌ．）是我国重要的经济作物和纺织原料。 由于耕地资源日益紧张，以及棉产区
产业化发展的需求，原有轮作倒茬种植方式难以为继，导致棉花连作日益严重，部分植棉区连作面积达到
６０％—７０％，最长连作年限达 ３０ａ。 随着连作年限的延长，棉花出现了大量死苗、生长不良、病虫害频发、早衰
严重等问题，严重影响了棉花产量和品质，已成为我国棉花生产的一大制约因素［１］。 枯萎病为棉花生产中的
世界性病害，是由尖孢镰刀菌萎蔫专化型（Ｆｕｓａｒｉｕｍ ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ ｆ． ｓｐ． ｖａｓｉｎｆｅｃｔｕｍ）引起的维管束病害，靠土壤传
播，防治难度较大，一旦发生，轻者致使棉花产量下降、纤维品质变劣，重者可造成绝产，一直是困扰我国棉花
生产的难题［２］。 目前在连作对土壤理化性质、土壤酶活和土壤微生物的影响等方面已有大量研究［３⁃５］，但连
作后棉花对枯萎病抗性的变化鲜有报道。
到 ２０１３年，我国有 ７５０万农户种植 ４２０万 ｈｍ２的 Ｂｔ抗虫棉，种植面积已达棉花种植总面积的 ９０％，平均
每户农民种植 ０．５ｈｍ２的 Ｂｔ棉花［６］。 由于抗虫棉的大面积推广应用，棉铃虫的危害得到了有效控制， 但是抗
虫棉育种重视了抗虫与抗黄（萎病），忽略了抗枯（萎病）的培育［７］。 特别是在长年连作棉区，棉花枯萎病菌逐
年积累，危害逐显突出。 由于抗虫基因的导入， 导致一些生育性状的改变［８］，造成转基因抗虫棉的抗病性较
常规棉差，可能是引起连作棉花抗病性下降的重要因素之一［９⁃１０］。 另外，长期连作引起棉田土壤某些物理、化
学性质的恶化、微生物群落失衡，进而可以引起植物体内活性氧（ＲＯＳ）水平升高积累过多，影响超氧化物歧化
酶（ＳＯＤ）、过氧化物酶（ＰＯＤ）、过氧化氢酶（ＣＡＴ）的活性［１１］。 ＳＯＤ、ＰＯＤ 和 ＣＡＴ 作为细胞膜系统的保护酶，
可在逆境胁迫时，参与活性氧清除及酚类、木质素和植保素等抗病相关物质的合成，能抵御体内 ＲＯＳ 及氧自
由基对细胞膜系统的伤害，增强植物对病害的抵抗能力，是植物忍耐外界不良环境的机理之一［１２⁃１３］。 因此，
土壤环境的改变势必会引起棉花抗病性能的变化。 许多学者对多种植物感病后上述各种酶活性的变化规律
进行研究，发现其活性与植物抗病性有密切关系［１２，１４］。
因此，本文通过研究不同连作年限条件下棉花生长及其抗氧化酶活性和膜质过氧化产物对枯萎病菌侵染
的响应差异，以期从棉花对枯萎病菌的生理生化响应的角度探讨连作棉花发病率上升的问题，从而为解决棉
７５４４　 １４期 　 　 　 张亚楠　 等：连作对棉花抗枯萎病生理生化特性的影响 　
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花连作问题提供新的理论依据。
１　 材料与方法
１．１　 试验材料与设计
试验用土壤采自江苏省盐城市步凤镇盐城沿海地区农科所农场（３３°３７′Ｎ， １２０°３７′Ｅ）。 选取连续种植棉
花 ５ａ（Ｌ５）和 １５ａ（Ｌ１５）的棉田，于 ２０１４年 ４月多点采集表层土（０—２０ｃｍ），并采集棉田周边近 ５ａ未种棉花的
农田土壤（玉米 ／大豆⁃大麦轮作）作为对照（ＣＫ）。 土样采集后，立即带回实验室，去除动植物残体、石块后，过
２ｍｍ筛，用于盆栽试验。 采用平板培养法测定 ＣＫ、Ｌ５和 Ｌ１５土壤中枯萎病菌的数量，分别为 ０．４×１０３、２×１０３、
１１×１０３ ｃｆｕ ／ ｇ土。 同时分取一部分土样，测定土壤基本理化性质（表 １）。
表 １　 不同连作年限土壤的理化性质
Ｔａｂｌｅ １　 Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌｓ
土壤
Ｓｏｉｌ
有机质
Ｏｒｇａｎｉｃ
ｍａｔｔｅｒ ／
（ｇ ／ ｋｇ）
全氮
Ｔｏｔａｌ
ｎｉｔｒｏｇｅｎ ／
（ｇ ／ ｋｇ）
全磷
Ｔｏｔａｌ
ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ／
（ｇ ／ ｋｇ）
全钾
Ｔｏｔａｌ
ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ／
（ｇ ／ ｋｇ）
碱解氮
Ａｖａｉｌａｂｌｅ
ｎｉｔｒｏｇｅｎ ／
（ｍｇ ／ ｋｇ）
速效磷
Ａｖａｉｌａｂｌｅ
ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ／
（ｍｇ ／ ｋｇ）
速效钾
Ａｖａｉｌａｂｌｅ
ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ／
（ｍｇ ／ ｋｇ）
ｐＨ
ＣＫ １４．２３ ０．９９ ０．７８ １７．８０ ７７．１８ ８．４９ １７５．００ ７．２９
Ｌ５ １４．９６ ０．９６ ０．８４ １７．３１ ６９．８３ ９．６６ １５６．６７ ８．３３
Ｌ１５ １５．２０ ０．９７ ０．８５ １７．１８ ６６．１５ ８．４０ １８２．５０ ８．２０
供试棉花品种：抗枯萎病品种中棉 ３８（Ｚ⁃３８）和耐枯萎病品种南农 １０ 号（Ｎ⁃ １０），均为江苏棉区普遍种植
的杂交转基因抗虫棉。 棉花种子由江苏沿海地区农业科学研究所提供。
本研究使用的棉花枯萎病菌广泛分布于长江和黄河流域棉区，属于棉花枯萎病 ７ 号生理小种，由中国农
业科学院棉花研究所提供。 菌种经 ＰＤＡ培养基活化（３０℃）５ｄ 后，孢子转入 ＰＤＡ 液体培养基，摇床培养 ４８ｈ
（３０℃，１８０ｒ ／ ｍｉｎ），４层无菌纱布过滤，无菌水稀释，使孢子液浓度达到约 １．０×１０７ｃｆｕ ／ ｍＬ。
试验于室内人工气候培养箱内进行。 将不同连作年限的土壤分装在盆钵中，每盆 ４００ｇ。 挑选饱满一致
的棉花种子，５０％的酒精浸泡 ５ｍｉｎ，无菌蒸馏水冲洗 ５ 次，每盆播 ２ 粒，置于人工气候箱内培养，光照 １４ｈ
（３０℃）、黑暗 １０ｈ（２５℃），湿度 ６０％—９０％，每天及时浇水。 待子叶长出后定苗，每盆定植 １ 株。 棉花生长至
三叶期时，用无菌刀片划切伤根并接种棉花枯萎病菌孢子悬液 ５ｍＬ，补充水分保持湿度。 两个棉花品种分别
设置 ３个不同土壤处理：连作 ５ａ土壤（Ｌ５）、连作 １５ａ 土壤（Ｌ１５）以及非连作土壤（ＣＫ），每个处理 ３ 次重复，
每个重复 ５盆，共 ９０盆。
１．２　 测定指标与方法
１．２．１　 棉花样品采集
分别在接菌前（０ｄ）以及接菌后第 ２天、６天和第 １０ 天采集棉花植株样品，采样时每个处理随机选 ３ 株，
将棉花幼苗连带土壤从盆子小心取出，浸入水中 ５—１０ｍｉｎ，流水将根部土壤小心冲洗干净，尽量不损坏根部，
无菌双蒸水冲洗 ２—３次，置于－８０℃冰箱保存，用于测定生理生化指标。 并测定第 １０天采集的棉花样品的株
高、主根长、地上鲜重和根系鲜重。
１．２．２　 棉花生理生化指标测定
称取 ０．５ｇ叶片，置于预冷的研钵中，加预冷的 ４．５ｍＬ磷酸盐缓冲液（０．１ｍｏｌ ／ ｍＬ，ｐＨ７．２），在冰浴条件下研
磨制备成 １０％的匀浆，３５００ｒ ／ ｍｉｎ 离心 １０ｍｉｎ 后，取上清液待测。 可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝
法［１５］，超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性测定采用黄嘌呤氧化酶法［１６］，过氧化氢酶（ＣＡＴ）活性测定采用可见光分
光光度法［１７］，过氧化物酶（ ＰＯＤ）活性测定采用愈创木酚法［１５］，丙二醛（ＭＤＡ）含量测定采用硫代巴比妥
酸法［１８］。
８５４４ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３６卷　
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１．３　 数据分析
采用 Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｅｘｃｅｌ软件处理数据，用 ＳＰＳＳ １６．０ 软件进行方差分析和 ＬＳＤ 多重比较法进行统计分析
（Ｐ＜０．０５）。
２　 结果与分析
２．１　 连作土壤对棉花幼苗生长的影响
由图 １可知，与对照非连作土壤相比，棉花枯萎病菌接种 １０ｄ后，连作土壤中棉花长势较差。 长期连作土
壤（Ｌ１５）显著降低了棉花地上鲜重，南农 １０号和中棉 ３８地上鲜重分别比对照降低 ３９．６９％、２６．９１％。 随着连
作年限的延长，根系鲜重呈下降趋势。 连作土壤也显著抑制棉花主根的生长，种植在连作 ５ａ（Ｌ５）、１５ａ（Ｌ１５）
土壤中的南农 １０ 号主根长分别比对照降低 ２１．６７％和 ２８．３３％，中棉 ３８ 主根长分别比对照降低 １８．６７％和
１６．３３％。 同时，连作土壤也显著影响了棉花幼苗株高。
图 １　 连作土壤对棉花幼苗生长的影响
Ｆｉｇ．１　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｏｉｌｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｔｔｏｎ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ
不同字母表示处理间差异显著（Ｐ＜０． ０５）
２．２　 连作土壤对棉花可溶性蛋白含量的影响
由图 ２可以看出，病原菌接种前（第 ０ 天），连作土壤中两种棉花体内可溶性蛋白的含量较高，种植在连
作 ５ａ（Ｌ５）和连作 １５ａ（Ｌ１５）土壤中的中棉 ３８可溶性蛋白浓度分别比对照高 ３０．７２％、９１．２７％，南农 １０ 号分别
比对照高 ４２．７４％、３５．４８％。 病原菌接种后，第 ２天到第 ６天，中棉 ３８的可溶性蛋白含量总体随连作年限增加
而升高，种植在连作土壤（Ｌ５和 Ｌ１５）中的南农 １０号可溶性蛋白浓度显著高于对照。 第 １０ 天中棉 ３８ 可溶性
蛋白含量在连作土壤处理和对照之间无显著差异。
２．３　 连作土壤对棉花抗氧化酶活性的影响
由图 ３可知，枯萎病菌接种前（第 ０天），中棉 ３８的 ＳＯＤ活性随土壤连作年限的延长显著升高，但是南农
１０号的 ＳＯＤ活性则随着土壤连作年限延长显著降低。 接菌后第 ２天到第 ６天，两个棉花品种的 ＳＯＤ活性均
随土壤连作年限的延长而降低，且不同连作年限土壤处理间均有显著性差异。 接菌后 １０ｄ，南农 １０号 ＳＯＤ活
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图 ２　 连作土壤对棉花幼苗可溶性蛋白含量的影响
Ｆｉｇ．２　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｏｉｌｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｌｕｂｌｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｎ ｃｏｔｔｏｎ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ
∗表示连作土壤处理间与对照之间差异显著（Ｐ＜０．０５）
图 ３　 连作土壤对棉花幼苗幼苗 ＳＯＤ活性的影响
Ｆｉｇ．３　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｏｉｌｓ ｏｎ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ＳＯＤ ｉｎ ｃｏｔｔｏｎ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ
性在各不同土壤处理间没有显著差异，而种植在 Ｌ１５ 土壤处理中棉 ３８ 的 ＳＯＤ 活性显著高于 Ｌ５ 和对照土壤
处理。
不同连作土壤对两种棉花体内 ＣＡＴ活性的影响与 ＳＯＤ活性一致。 从病菌接种第 ０ 天到第 ２ 天，中棉 ３８
的 ＣＡＴ活性随土壤连作年限延长而显著升高，但南农 １０ 号的 ＣＡＴ 活性则随土壤连作年限延长而显著降低
（图 ４）。 病菌接种后第 ６天到第 １０天，南农 １０号 ＣＡＴ活性依然随土壤连作年限的延长而降低，而中棉 ３８的
ＣＡＴ活性呈现出随土壤连作年限的延长而降低的趋势。
图 ４　 连作对棉花幼苗 ＣＡＴ活性的影响
Ｆｉｇ．４　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｏｉｌｓ ｏｎ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ＣＡＴ ｉｎ ｃｏｔｔｏｎ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ
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与非连作土壤相比，接菌前后，连作土壤对中棉 ３８ 体内 ＰＯＤ 活性没有显著影响，但明显增加了南农 １０
号的 ＰＯＤ活性（图 ５），其中在第 ０天、２天和 １０天有显著差异。
图 ５　 连作对棉花幼苗 ＰＯＤ活性的影响
Ｆｉｇ．５　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｏｉｌｓ ｏｎ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ＰＯＤ ｉｎ ｃｏｔｔｏｎ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ
２．４　 连作土壤对棉花 ＭＤＡ含量的影响
由图 ６可知，接菌前（第 ０天），种植在连作土壤中的棉花体内 ＭＤＡ含量较高，并随连作年限延长呈增加
趋势，说明连作土壤已经引起了棉花膜质过氧化反应。 接菌后第 ２天到第 １０天，棉花体内 ＭＤＡ的含量升高，
并随连作年限增加而增加；与对照和连作 ５ａ土壤处理相比，长期连作土壤（Ｌ１５）显著增加了棉花体内的 ＭＤＡ
含量（图 ６）。
图 ６　 连作对棉花幼苗ＭＤＡ含量的影响
Ｆｉｇ．６　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｏｉｌｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ＭＤＡ ｉｎ ｃｏｔｔｏｎ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ
３　 讨论
已有许多研究表明，连作抑制棉花（Ｇｏｓｓｙｐｉｕｍ ｈｉｒｓｕｔｕｍ Ｌ．） ［１９］、花生（Ａｒａｃｈｉｓ ｈｙｐｏｇａｅａ Ｌ．） ［２０］生长。 郭红
伟等对连作辣椒（Ｃａｐｓｉｃｕｍ ａｎｎｕｕｍ Ｌ．）的研究结果表明，连作土壤导致辣椒植株株高、茎粗和地上部鲜重下
降［２１］；王芳等发现连作茄子（Ｓｏｌａｎｕｍ ｍｅｌｏｎｇｅｎａ Ｌ．）幼苗株高、叶面积、主根长和总根长明显低于正茬［２２］。 也
有研究表明，连作土壤灭菌后，苹果幼苗的株高，鲜重和干重分别比不灭菌连作土的高 ８３％、８６％和 ９１％［２３］。
本实验结果表明，连作土壤中两种棉花的主根长显著减小、地上鲜重和株高显著降低，根系鲜重也有不同程度
降低。 试验期间棉花幼苗植株虽未出现明显的发病症状，但连作土壤处理的棉花地下根系已出现发黑的现
象，一级侧根数目和根系鲜重明显下降；而对照土壤接种棉花枯萎病菌后没有类似现象出现。 说明连作土壤
首先对根部造成损害，影响了棉花生理生化代谢功能和正常生长，进而影响棉花的抗病能力。 另外，棉花枯萎
病菌是由棉花根部伤口侵入或根梢直接侵入，并由导管向上蔓延，引起整株棉花发病，因此连作土壤造成棉花
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根部的损伤可能引起棉花枯萎病发病率上升。
蛋白质是植物体生命过程中重要的结构物质和功能物质，其含量直接反映酶的含量，同时具有渗透调节
的功能，影响植物的生理功能［２４］。 本研究结果表明，接菌前（第 ０ 天），连作土壤中棉花体内的可溶性蛋白含
量上升，说明连作后棉花能够通过主动积累可溶性蛋白来降低细胞液的渗透势，以防止细胞损伤。 接菌后第
２天到第 １０天，中棉 ３８的可溶性蛋白含量随连作年限增加而升高。 虽然连作土壤引起南农 １０号可溶性蛋白
含量升高，但连作 １５ａ土壤中的棉花可溶性蛋白含量显著低于连作 ５ａ 土壤处理。 这种差异可能与不同棉花
品种的抗病性有关：抗病品种中棉 ３８ 种植在连作 １５ａ 土壤中仍具有渗透调节能力，能够积累蛋白调节渗透
势；而相比之下，耐病品种南农 １０号的调节能力则降低或失去，使细胞合成可溶性蛋白的能力降低。 说明连
作土壤严重影响了棉花体内的蛋白质代谢，长期连作（Ｌ１５）条件下，病原菌的胁迫破坏了南农 １０ 号体内蛋白
质的正常代谢功能，进而降低了棉花的抗病能力。
在植物正常生长情况下，通常在细胞中产生活性氧（ＲＯＳ），植物在长期进化过程中形成了多种防御策略
（如抗氧化酶系统和非酶类抗氧化物）来抵御活性氧造成的损伤，以保持生理平衡状态［２５］。 但当植物遭受逆
境胁迫时，使得活性氧积累过多，致使植物组织受到伤害，活性氧作为信号分子还能诱导植物抵御外界环境胁
迫。 抗氧化酶可以清除活性氧，有利于提高植物耐受能力和减轻对生物、非生物胁迫的影响［２６］。 如，ＳＯＤ 作
为清除活性氧的第一道防线，能将有毒的 Ｏ－２·转化为更稳定的 Ｈ２Ｏ２ ［２７］，Ｈ２Ｏ２又被 ＣＡＴ和 ＰＯＤ分解［２５］。 有
研究表明，植株受到胁迫后，抗氧化物酶活性相对降低［２８⁃２９］。 本研究结果表明，接菌前（第 ０ 天），抗病品种中
棉 ３８体内的 ＳＯＤ和 ＣＡＴ活性随着土壤连作年限的延长逐渐升高，说明了连作土壤诱导棉花抗性反应，通过
增强体内 ＳＯＤ和 ＣＡＴ活性，清除有毒物质，减轻对细胞的损害。 但耐病品种南农 １０号体内中的 ＳＯＤ和 ＣＡＴ
活性则随着连作年限的延长逐渐降低，ＰＯＤ活性却则随连作年限的延长逐渐升高，说明连作土壤抑制了南农
１０号的 ＳＯＤ和 ＣＡＴ的活性，却诱导 ＰＯＤ活性升高，这与金明红等［３０］研究结果一致。
作物遭受病菌侵染后，感病品种体内的 ＳＯＤ活性水平显著低于抗病品种［３１⁃３２］，即使是同种植物，感病时
期的 ＳＯＤ活性比抗病时期的活性低［３３］。 向妙莲［３４］等研究了接种白叶枯病菌对不同抗性水稻的抗氧化酶的
影响，结果表明抗病品种的 ＳＯＤ和 ＣＡＴ活性高于感病品种。 接菌后第 ２ 天到第 １０ 天，病原菌侵染引起了两
种棉花的 ＳＯＤ和 ＣＡＴ活性随连作年限延长而降低，说明连作后棉花的抗病性降低。 然而，接菌后耐病品种南
农 １０号 ＰＯＤ活性则随连作年限延长而升高，而抗病品种中棉 ３８ 的 ＰＯＤ 活性各处理间无显著变化，这可能
与两棉花品种对病原菌抗性差异有一定关系。 病原菌接种后造成了种植在连作土壤中的耐病品种南农 １０ 号
ＣＡＴ活性显著低于非连作土壤处理，引起其体内 Ｈ２Ｏ２水平上升，导致过氧化物积累，进而可能诱导了体内
ＰＯＤ酶活升高；而抗病品种中棉 ３８ 体内相对较高的 ＣＡＴ 活性能分解 Ｈ２Ｏ２，可能没有诱导 ＰＯＤ 活性升高。
本研究表明，连作土壤显著降低了棉花应对病原菌侵染引起的过氧化反应的能力，说明连作下棉花体内消除
ＲＯＳ的效率显著降低，进而降低了棉花的抗病性。 但是连作条件下不同棉花品种对枯萎病菌抗氧化反应存
在差异，也为棉花引种和棉花轮作倒茬提供理论依据。
丙二醛作为膜脂过氧化作用的最终产物，其含量是膜脂过氧化程度的一个重要标志［３５］。 很多研究表明，
植物受到病菌侵染后感病品种体内的 ＭＤＡ含量明显高于抗病品种［３１］。 本研究结果发现种植在长期连作土
壤中两种棉花的 ＭＤＡ含量均显著高于种植在短期连作和非连作对照土壤，说明连作引起细胞的膜质过氧化
损伤。 中棉 ３８体内 ＭＤＡ含量在接菌后呈现波动性增长，而南农 １０ 号的 ＭＤＡ含量一直增加，且升高幅度大
于中棉 ３８，也说明了抗病品种中棉 ３８ 通过体内的调节机制减轻过氧化损伤的能力更强。 连作条件下，棉花
枯萎病菌的胁迫造成棉花幼苗叶片的 ＳＯＤ、ＣＡＴ活性降低，体内抗氧化酶代谢失衡，活性氧增多，致使膜脂发
生过氧化过程加重，丙二醛含量升高。 南农 １０号 ＰＯＤ活性虽升高，但由于 ＰＯＤ具有 ＩＡＡ氧化酶的性质［３６］，
在逆境胁迫下 ＣＡＴ 活性的降低和 ＰＯＤ 活性的增加都不利于对活性氧的清除，造成机体内活性氧增加，加速
了 Ｏ－２·、Ｈ２Ｏ２向毒性更强的·ＯＨ转化，从而也会加速膜脂过氧化过程［３５］，降低棉花幼苗的抗病性。
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４　 结论
综上所述，长期连作土壤显著影响了棉花正常生长，改变了棉花抗枯萎病菌生理生化特性，其中可溶性蛋
白和 ＭＤＡ含量显著升高，ＳＯＤ和 ＣＡＴ活性显著降低，两种棉花的 ＰＯＤ 活性对枯萎病菌响应的差异，也反映
了不同品种之间的抗病性能的差异。 研究结果表明，长期连作对棉花的生长和生理生化代谢造成影响，进而
降低了棉花的抗枯萎病性，这可能是连作条件下棉花发病上升的重要原因之一。 但连作条件下不同棉花品种
对枯萎病的生理生化响应存在差异，因此在棉花引种时重视抗虫性的同时也应重视棉花的抗病性能，种植过
程中应尽量避免非抗病品种连作。
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４６４４ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３６卷