全 文 ：园 艺 学 报 2007，34 (6)：1543—1546
Acta Horticuhurae Sinica
黄瓜与小麦和大豆轮作对土壤微生物群落物种多样
性的影响
吴凤芝 ，王学征
(东北农业大学园艺学院，哈尔滨 150030)
摘 要：采用黄瓜与小麦和大豆轮作的方式，研究轮作对黄瓜土壤微生物群落 DNA序列多样性的影
响。结果表明，黄瓜与小麦和大豆轮作显著提高了土壤微生物多样性指数、丰富度指数和均匀度指数，两
种轮作土壤微生物群落 DNA序列相似程度高达 0．5678，而与对照土壤间的相似程度分别为 0．3465和
0．3124。两种轮作处理的黄瓜产量也显著高于对照 (P<0．05)。说明轮作改善了土壤的微生态环境。
关键词：黄瓜 ；小麦；大豆；轮作；土壤微生物多样性
中图分类号：S 642．2；S 62；S 154 文献标识码：A 文章编号：0513-353X (2007)06．1543-04
Efect of Soybean—-Cucumber and W heat—-Cucum
crobial Community Species Diversity
WU Feng—zhi and WANG Xue—zheng
(Horticultral Col~ge，Northeast Agricultral University，Harbin 150030，China)
r Rotation on SOl‘l M i．
Abstract：Effects of soybean—cucumber and wheat—cucumber rotation on soil microbial community
DNA sequence diversity were evaluated using random amplifed polymorphic DNA (RAPD)method．The re．
sults showed that grain—cucumber rotation significantly increased the diversity index，richness index and even—
ness index of soil microbial community．and the soybean—cucumber rotation was more efective than wheat—
cucumber rotation in terms of the microbial community．Soil microbial community DNA sequence similarity
coefficient between the two rotation soils was 0．5678：However the similarity coefficients between the two rota．
tion soils and control soil were 0．3465 and 0．3 124．respectively．Cucumber yields in two rotation soils were
also higher than that in control soil significantly．This may imply that rotation can improve soil microbial ecolo—
gy·
Key words：Cucumber；Wheat；Soybean；Rotation；Soil microbial community
土壤微生物群落结构和组成的多样性与均匀性不仅可提高土壤生态系统的稳定性和和谐性 ，同时
也可提高对土壤微生态环境恶化的缓冲能力 (章家恩和廖宗文，2000)。研究结果表明，化学污染、
种植年限和栽培方式对土壤微生物种群结构和 DNA序列多样性产生显著影响 (姚健 等，2000；Yao
et a1．，2006)。
在农业生产中，作物轮作有利，连作不利，早已广为认知，但对作物轮作有利的原因尚不十分清
楚，特别是轮作对土壤生态环境的影响研究报道较少。作者通过两年的田间试验，在黄瓜制种棚中，
休闲期以大豆、小麦的 1／3播种量播种，封冻前翻人土中，研究设施黄瓜与大豆和小麦轮作对土壤微
生物群落 DNA序列多样性的影响，旨在明确轮作后土壤微生物多样性的变化趋势，为创造良好的土
壤生态环境，制定合理的栽培制度提供理论依据。
收稿日期：2007—07—13；修回日期：2007—10—08
基金项目：国家自然科学基金项 目 (30571264；30230250)
E—mail：fzwu2006@ yahoo．COITI．cn
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园 艺 学 报 34卷
1 材料与方法
以 ‘津优 1号’黄瓜为材料，在东北农业大学试验实习基地黄瓜制种棚内进行试验。土壤的基
本理化性状为：碱解氮 146．2 mg·kg～；有效磷 197．5 mg·kg～；速效钾 231．6 mg·kg～；有机质
4．361％；电导率 336 IxS·cm～；pH 7．12。
于黄瓜采收后的8月 20日，以小麦 4．5 g·m 和大豆3．0 g·m 的播种量条播，60 cm垄作，
以不种植作物的为对照，小区面积为2．4 m x 5．0 m，3次重复，随机排列。在封冻前当大豆和小麦
生长高度 30 cm左右时秋翻，第2年正常种植黄瓜。在黄瓜盛瓜期采集两种处理 (分别为黄瓜一小麦
一 黄瓜轮作和黄瓜一大豆一黄瓜轮作)和对照 (黄瓜一休闲一黄瓜)的根际土壤，过2 mm筛，于
一 70℃保存以用于微生物 DNA序列多样性分析。
土壤微生物群落 DNA的提取采用夏北成等 (1998)、焦晓丹和吴凤芝 (2005)、Yao等 (2006)
的SDS／CTAB方法；DNA的纯化采用 Promega Winzard纯化试剂盒；土壤微生物 DNA序列 PCR扩增
采用焦晓丹和吴凤芝 (2005)的方法；土壤微生物群落 DNA序列多样性指数采用 Shannon—Weaver指
数及其均匀度指数来表示 (陈廷贵和张金屯，2000；姚健 等，2000)。
采用随机引物对3种土壤微生物群落总 DNA进行扩增，检测群落 DNA的一些位点，所扩增的
RAPD条带可以初步反映整个群落 DNA序列的有关信息。由于采用的是随机引物，每一次扩增反应
相当于对整个群落的 DNA序列作一次随机取样，扩增的RAPD条带数可以代表群落 DNA序列的丰富
度指数。在 3种处理 (含对照)土壤微生物群落中均扩增出的 RAPD条带和只在其中两个或一个土
壤群落扩增的条带对其丰富度指数的计算有所不同，对其作修正统计，3种土壤群落均扩增出的条带
对丰富度指数贡献最小计作0，仅在 1个群落中扩增的条带贡献最大计作 1，而在 2个群落扩增的条
带则计作2／3。
土壤微生物群落 DNA序列的相似系数表示群落之间 DNA序列差异的信息，计算由下式求得：
S =2N ／(N +N )，式中 Sxy为土壤 x和土壤 Y之间的DNA序列相似系数，N 为土壤 x和土壤
Y共有的扩增条带，N 为土壤 x的扩增条带数，N 为土壤 Y的扩增条带数 (Southwood，1984)。
2 结果与分析
2．1 土壤微生物群落 DNA序列的总体扩增分析
共检测了 10个随机引物，其中引物 1268和引物 1508的扩增产物如图 1。10个引物共计扩增出
180个 RAPD条带 (表 1)，其中非多态性条带 11条，占6．1％，多态性条带 169条，占93．9％。非
多态性条带指对 3种处理的土壤微生物群落 DNA均能扩增出的条带，即此种微生物在3种土样中均
存在。多态性条带指对3种处理的土壤微生物群落 DNA并非全能扩增出的条带。
M 1 2 M 1 2 3
2 000 bp — —
1 000 bp·-----—— 一 一
图1 引物 1268(左)及引物 1508 (右)扩增 DNA电泳图
1：黄瓜一小麦一黄瓜；2：黄瓜一大豆一黄瓜；3：黄瓜一休闲一黄瓜 (对照)；M：DL2000 marker。
Fig．1 Amplifed template DNA electrophoretogram with primer 1268(1eft)and primer 1508(right)
I：Soil sample of cucumber—wheat—cucumber；2：Soil sample of cucumber—soybean—cucumber；
3：Cucumber—leisure—cucumber；M：DL 2000 marker．
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6期 吴风芝等：黄瓜与小麦和大豆轮作对土壤微生物群落物种多样性的影响
表 1 10种引物对 3种土壤微生物群落总 DNA的扩增结果
Table 1 Amplified products of microbial community DNA in three soil samples with ten primers
引物 扩增条带数 非多态性条带数 多态性条带数 多态性条带所占比例 Ratio of polymorphic
Primer Amplifed fragments Nonpolymorphic fragments Polymorphic fragments fragments to total fragments(％)
2．2 黄瓜与小麦和大豆轮作后对土壤微生物群落 DNA序列多样性指数的影响
表2是黄瓜与小麦和大豆轮作后土壤微生物群落 DNA序列丰富度指数、修正丰富度指数、多样
性指数和均匀度指数的变化。多样性指数表示的是群落物种数及个体数；均匀度指数表示的是物种个
体分布的均匀程度。
表2 黄瓜根区土壤微生物群落 DNA序列多样性指数的变化
Table 2 Changeof soilmi crobialcommunityDNA sequence diversity indexin the cucumber rhizospbere
注 ：I司一列中不同字母代表差异显著 (P<0．05)。
Notes：Diferent leters indicate a signifcant diference(P表 2结果表明，黄瓜与小麦和大豆轮作后，土壤微生物群落 DNA序列种类增多；10个引物扩增
的RAPD的平均条带数分别为8．3条和6．0条，与对照4．8条均达到显著差异 (P<0．05)，两种处理
间也达到了差异显著水平。修正丰富度指数与丰富度指数趋势一致。多样性指数和均匀度指数的变化
与丰富度指数相似，但两种轮作处理土壤间差异不显著。
2．3 黄瓜根际土壤微生物群落DNA序列相似系数
通过计算群落DNA序列的相似系数可得到群
落之间DNA序列差异的信息。黄瓜和小麦轮作的
土壤与黄瓜和大豆轮作的土壤 DNA序列相似系数
最大，为0．5678；黄瓜和小麦轮作的土壤，黄瓜
和大豆轮作的土壤与连作 (对照)的土壤间的相
似系数均较低，分别为0．3124和0．3465。
2．4 黄瓜与小麦和大豆轮作后对黄瓜产量的影响
表3是3种土壤中黄瓜产量的情况。结果表
明，两种轮作土壤的黄瓜产量显著高于对照土壤
的黄瓜产量 (P<0．05)，黄瓜与小麦和大豆轮作
不仅提高了土壤微生物群落物种多样性，改善了
表3 黄瓜与大豆和小麦轮作后黄瓜产量
Table 3 Efectof soybean·-cucumber andwheat·-cu cumbe r
rotation oncu cumber yield
处理 产量 Yield
Treatment (x10 kg·hm一 )
黄瓜一小麦一黄瓜
Cucumber—．wheat—．cucumber
黄瓜一大豆一黄瓜
Cucumber—-soybean—-cucumb er
黄瓜—休闲一黄瓜
CUCUmber—leisure—cucumber
注：不同字母代表差异显著 (PNotes：Different leters indicate a signifcant diference (P<
0．05)．
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l 3 O l l 2 2 O O 2 1
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1546 园 艺 学 报 34卷
土壤的微生态环境，而且提高了黄瓜产量。
在农林业生产中，有连作、轮作和间作等不同栽培模式。研究发现，保护地菜田与稻麦轮作后土
壤微生物种群结构发生显著改善 (尹睿 等，2004)；在人工林系统研究中发现混交林土壤中微生物多
样性指数比纯林多样性指数高 (杜国坚 等，1995)。陈灏等 (2002)通过对种植不同农作物的农田
进行 16S rDNA分析，发现种植不同作物的农田中存在其特殊的微生物种群。
本研究结果表明，采用大豆或小麦与黄瓜轮作后 ，土壤微生物多样性指数增高，其原因可能是由
于大豆或小麦的幼嫩秸秆翻耕在土壤中，使土壤微生物可利用的营养发生了变化，并且地上植被也能
影响到土壤温度、湿度等环境因素，从而对微生物结构产生不同的影响。有关轮作后的土壤微生物特
殊种群变化还有待进一步研究。
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