全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(11): 2055−2064 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由甘肃省农业生物技术研究与应用开发项目(GNSW-2009-20)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 薛泉宏, E-mail: xuequanhong@163.com, Tel: 13474173220
第一作者联系方式: E-mail: Chenjie03306@163.com, Tel: 15129364258
Received(收稿日期): 2013-01-14; Accepted(接受日期): 2013-06-09; Published online(网络出版日期): 2013-08-12.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20130812.1749.008.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.02055
马铃薯连作地健康株与病株根区土壤微生态特性比较
陈 杰 1 郭天文 2 谭雪莲 2 朱渭兵 3 魏晓丽 1 王东胜 1 薛泉宏 1,*
1西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100; 2甘肃省农业科学院旱地农业研究所, 甘肃兰州 730070; 3杨凌金薯种业科技有
限公司, 陕西杨凌 71210
摘 要: 为探索甘肃省连作马铃薯健康生长的微生态机制, 采用常规养分分析法测定了健康株与病株根区土壤中速
效氮磷钾含量, 稀释平皿涂抹法测定土壤放线菌数量, 琼脂块法筛选拮抗放线菌; 16S rRNA 序列分析法鉴定优势放
线菌, 发酵液抑菌试验检测优势放线菌灭癌素链霉菌(S. gancidicus)对马铃薯病原真菌的抑菌作用。结果表明, 在连
作 4年的田中: 马铃薯病株根区土壤的速效 P、K含量分别较健株低 29.9%、12.5%, 铵态氮含量较健株高 24.1%。在
高氏 1 号培养基上, 病株根区土壤中放线菌总数、小单孢菌及未鉴定放线菌数量较健株分别减少 51.1%、83.0%及
53.9%; 腐植酸琼脂培养基上, 病株根区土壤中放线菌总数、链霉菌数量较健株分别减少 46.0%、46.7%。在病、健株
根区土壤中, 对 4 株靶标真菌的拮抗潜势 SAAP 值病株均小于健株。健株根区土壤中的优势放线菌为灭癌素链霉菌
(S. gancidicus), 该菌对 4 株马铃薯常见土传病原真菌立枯丝核菌(R. solani)、茄病镰刀菌(F. solani)、硫色镰刀菌(F.
sulphureum)和大丽轮枝菌(V. dahliae)均有抑制作用; 病株根区土壤中的优势放线菌为加利利链霉菌(S. galilaeus), 该
菌为马铃薯疮痂病致病菌。由此可知, 保持连作马铃薯健康生长的根区土壤微生态特征是, 高量磷钾及低量氮的速效
养分组合, 较多放线菌且拮抗放线菌的拮抗潜势较大, 优势放线菌为有益菌。
关键词: 马铃薯; 连作; 土壤养分; 放线菌; 微生态机制
Comparison of Microecological Characterization in Rhizosphere Soil between
Healthy and Diseased Plants in Continuous Cropping Potato Fields
CHEN Jie1, GUO Tian-Wen2, TAN Xue-Lian2, ZHU Wei-Bing3, WEI Xiao-Li1, WANG Dong-Sheng1, and
XUE Quan-Hong1,*
1 College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 2 Dryland Agriculture Institute, Gansu Acad-
emy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China; 3 Yangling Jinshu Seed Technology Co. Ltd., Yangling 712100, China
Abstract: To explore the microecological mechanism of healthy plant growth in continuous potato fields in Gansu Province,
China, we measured contents of available soil nitrogen (NH4+-N), phosphorus (P), and potassium (K) using conventional soil nu-
trient analytic methods, abundance of soil actinomycetes using serial dilution and plating techniques, and screened antagonistic
actinomycetes from obtained actinomycete isolates using the agar block method. The selected dominant actinomycetes were iden-
tified by 16S rRNA sequence analysis, and the inhibitory effect of one dominant actinomycete, Streptomyces gancidicus, was
tested using culture filtrate. Results showed that in the four-year continuous potato field, available soil P and K contents in the
rhizosphere of diseased plants were respectively 29.9% and 12.5% lower than those of healthy plants, whereas soil NH4+-N con-
tent in the rhizosphere of diseased plant was 24.1% higher than that of healthy plant. Compared with those from the rhizosphere of
healthy plants, the number of soil actinomycetes, Micromonospora, and unidentified actinomycetes from the rhizosphere of dis-
eased plants cultured with the Gause1 medium decreased by 51.1%, 83.0%, and 53.9%, respectively, whereas the number of soil
actinomycetes and Streptomyces from the rhizosphere of diseased plants cultured with the Humic Acid medium decreased by
46.0% and 46.7%, respectively. The soil actinomycetes antagonistic potentiality (SAAP) of actinomycetes with antagonistic ef-
fects on the four pathogenic fungi of potato were lower in the rhizosphere of diseased plants than in the rhizosphere of healthy
plants. S. gancidicus and S. galilaeus were found dominant in the rhizosphere of healthy and diseased plants, respectively. In con-
2056 作 物 学 报 第 39卷


clusion, the microecology of rhizosphere soil that supports healthy plant growth in the continuous potato field is mainly charac-
terized by: available nutrient combination of abundant P and K with relatively poor N contents; and a larger number of soil ac-
tinomycetes than those of diseased plants, with the numerically dominant actinomycetes showing beneficial antagonistic effect on
several common soil-borne pathogenic fungi.
Keywords: Potato; Continuous cropping; Soil nutrient; Actinomycetes; Microecological mechanism
由于连作障碍加重的土传病害已经严重影响马
铃薯产量[1-3]。但在同一连作田块中, 在土壤类型、
施肥管理及种植品种等相同的条件下, 健康植株与
发病植株同时存在的现象十分普遍。目前对该现象
的发生原因了解很少, 除流行病学因素外, 有无其
他原因尚不清楚, 亦无相关报道。植物根系与根系
分布区内的土壤关系密切, 土壤化学性质及微生物
区系等正常与否决定着根系健康生长或发生病害。
白霜等 [4]研究发现, 棉花黄萎病株与健株根区土壤
盐分含量存在差异; 段春梅等 [5]发现 , 黄瓜根区土
壤中的速效磷钾含量有健株高于病株的现象。申光
辉等 [6]发现, 草莓根腐病株与健株根区微生物区系
不同。由此推知, 在相同的连作栽培条件下, 健株与
病株同时存在的现象之后必有其必然的原因。研究
连作土壤中马铃薯健康生长的微生态机制, 对于防
治马铃薯连作障碍具有重要指导意义。本文比较了
土壤养分含量、土壤放线菌数量及其拮抗性对马铃
薯健株与病株的根域微生态特性, 旨在探索连作田
块中马铃薯植株保持健康生长的微生态机制, 为马
铃薯连作障碍预防及修复提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 供试土壤样品 2010 年 7 月 20 日于马铃
薯淀粉形成期-成熟期从甘肃省农业科学院定西试
验站连作 2 年、4 年的马铃薯地分别采集健株、病
株根区土和根外土。马铃薯品种为新大坪, 一级种
薯。病株为立枯丝核菌感染植株, 兼有轻度晚疫病
症状。
1.1.2 供试靶标菌 共 4 株, 其中马铃薯干腐病
病原菌 2株, 即茄病镰刀菌(Fusarium solani)及硫色
镰刀菌(Fusarium sulphureum); 马铃薯黑痣病病原
菌立枯丝核菌(Rhizoctonia solani) 1株, 由甘肃农业
科学院旱地农业研究所提供, 马铃薯黄萎病病原菌
大丽轮枝菌(Verticillium dahliae) 1 株, 由西北农林
科技大学资源环境学院微生物资源研究室提供。
1.1.3 培养基 放线菌分离采用高氏 1 号培养基
(GA)[7]和腐植酸琼脂培养基(HA)[8], 倒皿前分别加入
重铬酸钾使培养基中 K2Cr2O7的浓度达到 80 μg mL–1。
放线菌保存及拮抗放线菌筛选琼脂块制备均采用高
氏 1 号培养基。立枯丝核菌培养、保存及拮抗放线
菌筛选用改良 PDA培养基(120 g L–1马铃薯打成匀
浆, 蔗糖 20 g L–1、琼脂粉 10 g L–1煮沸, 121℃灭菌
30 min)。其余病原真菌培养、保存及拮抗放线菌的
筛选均采用普通 PDA培养基[7]。
1.2 土样采集
根区土指与根系结合较紧密、受根系影响较大
的土壤。用采样铲分别将马铃薯健株和病株整个根
系完整挖出, 用轻敲根系, 使与根系结合较松的土
壤自然落下后弃去, 将与根系紧密结合的土壤连同
根系放入自封式采样袋, 用手轻轻揉搓根系, 使与
根系结合较紧密的土壤落入采样袋中, 所采样品即
为健株根区土和病株根区土[9]。
根外土指采自马铃薯行间受马铃薯根系影响较
小的土壤。用采样铲刮除马铃薯植株行间地表约
1 cm土层后, 采集距健株 16 cm处深度 0~20 cm的
耕层土壤, 即健株根外土; 采集距病株 16 cm 处深
度 0~20 cm的耕层土壤, 即病株根外土。
1.3 土壤养分测定
参照鲍士旦[10]的方法测定养分。采用重铬酸钾
容量法测定有机质含量; 采用pH计法(土∶水=1∶1)
测定pH; 采用0.5 mol L–1 NaHCO3溶液浸提, 钼锑抗
比色法测定速效磷含量 ; 采用 1 mol L–1中性
CH3COONH4溶液浸提 , 火焰光度法测定速效钾含
量; 采用2 mol L–1 KCl浸提, AA3型连续流动化学分
析仪测定铵态氮含量。
1.4 放线菌分离计数
采用稀释平皿涂布法[7]。28℃培养 10 d后选择
稀释度合适的平皿统计放线菌总数、链霉菌、小单
孢菌数量, 并将形态不同的放线菌接入高氏 1 号斜
面, 纯化后保存。
1.5 拮抗性放线菌筛选
采用琼脂块法[11]。用竹签挑取少量 1.4 中保存
至斜面的放线菌于已滴加 0.1 mL无菌水的高氏 1号
第 11期 陈 杰等: 马铃薯连作地健康株与病株根区土壤微生态特性比较 2057


平皿上, 涂布均匀, 28℃培养 7 d, 用 7 mm打孔器制
成放线菌琼脂块备用。向已培养 4 d 的病原真菌斜
面(R. solani培养 7 d)加 4 mL无菌水, 用灭菌竹签将
菌丝刮下、磨碎, 搅匀制成菌悬液备用。用 1 mL无
菌吸管吸取 0.1 mL 病原菌菌悬液于 PDA 或改良
PDA 平皿上涂布均匀, 将已制备好的放线菌琼脂块
接于其上, 菌面向上。28℃培养 4 d, 待病原菌均匀
长满整个平皿后(R. solani需培养 7 d)采用十字交叉
法测量抑菌圈直径 d。拮抗性强、中、弱及无的分
级标准分别为 d≥14 mm、14 mm>d≥10 mm、
10 mm>d>7 mm及 d≤7 mm。
1.6 优势放线菌分子鉴定
采用酶解法 [12]提取放线菌总 DNA, 采用细菌
16S rRNA 通用引物(PA: 5-AGAGTTTGATCCTGGC
TCAG-3; PB: 5-AAGGAGGTGATCCAGCCGCA-3)
进行 PCR扩增 , 得到长度为 1400~1500 bp的片段 ,
送南京金斯特生物科技有限公司测序。将所获得
序列校对后 , 采用 Blast方法从 GenBank数据库中
调取相关序列 , ClustalX 2.0 软件进行同源性分析 ,
Mega 3.0软件中的 Neighbor-Joining方法构建系统
进化树。
1.7 优势放线菌灭癌素链霉菌(Streptomyces gan-
cidicus)发酵滤液抑菌试验
该菌是从供试健株土壤中分离、鉴定的优势放
线菌。将灭癌素链霉菌(S. gancidicus)于斜面培养7 d,
加无菌水4 mL, 用竹签将孢子刮下、搅匀, 制成孢子
悬液。用1 mL无菌吸管吸取孢子悬液1 mL至装有
60 mL高氏1号液体培养基的250 mL玻璃瓶中, 以4
层棉布封口, 重复3瓶。28℃、每分160转的摇床振
荡培养8 d后用滤纸过滤、0.45 μm微孔滤膜真空抽
滤、0.45 μm灭菌微孔滤膜过滤除菌得发酵滤液。向
已培养4 d的茄病镰刀菌(F. solani)、硫色镰刀菌(F.
sulphureum)、大丽轮枝菌(V. dahliae)斜面(R. solani
培养7 d)中加入无菌水4 mL, 用竹签将菌丝刮下、搅
匀。用1 mL无菌吸管吸取0.1 mL菌悬液于PDA(R.
solani菌悬液于改良PDA)平皿上, 用刮铲涂匀。28℃
培养 4 d (R. solani培养7 d)后, 用打孔器制成7 mm
圆形菌饼, 备用。放线菌发酵滤液与冷却至50℃左
右的PDA(或改良PDA)培养基按体积比1︰4混匀后
倒平板, 以无菌水代替放线菌发酵滤液为对照。用
灭菌竹签挑取病原菌琼脂块置上述平板中央, 菌面
向下, 每处理3次重复。28℃培养40 h, 用十字交叉
法测量菌落直径并计算抑菌率。
1.8 计算公式
分别按公式(1)、(2)、(3)及(4)计算病株较健株各
指标增率⊿D%、土壤中某种放线菌占放线菌总数的比
例 P%、土壤放线菌拮抗潜势(soil actinomycetes an-
tago-nistic potentiality, SAAP)[11]及发酵滤液抑菌率[13]。
⊿D=[(病株值–健株值)/健株值]×100% (1)
P=某种放线菌数量/放线菌总数×100% (2)
1
1 1
% 100
n
n
m n
n
A
SAAP
A
= ×
∑
∑∑
(3)
抑菌率%=[(对照菌落直经–处理菌落直径)/(对
照菌落直经–7)]×100 (4)
(3)式中: An 为某株拮抗性放线菌能够拮抗靶标
菌的株次; m、n分别为供试土壤数和拮抗菌株数。
拮抗菌株次指每株拮抗性放线菌能够拮抗的靶标菌
的株数。如 1 株拮抗性放线菌对 1 个靶标菌有拮抗
性, 称为 1个株次; 1株放线菌同时对 10个靶标菌有
拮抗性, 称为 10株次。
1.9 数据处理
采用 Microsoft Excel 2003处理数据, SAS(8.0)
进行单因子方差分析及 Duncan’s多重检验。
2 结果与分析
2.1 马铃薯健株、病株根区土壤养分
从表 1看出, 在连作 4年的田块, 病株根区土壤
中的速效 P、K含量分别较健株低 29.9%、12.5%, 差
异均达极显著水平(P<0.01); 病株根外土壤速效 P和
速效 K 含量亦较健株分别减少 2.5%和 15.5%
(P<0.01), 与根区土壤速效 P、K 含量的分布趋势一
致。连作 2 年的田块, 根外土中速效 P、速效 K 的
含量同样表现为病株低于健株的趋势, 病株速效 P、
K分别较健株低 54.1%和 34.9%, 差异均达极显著水
平(P<0.01); 但在根区土壤中, 速效 P、K 含量呈相
反趋势, 表现为病株高于健株, 该差异可能与病株
根系吸收功能差、残留的养分含量多有关。
在连作 2 年和 4 年的田块, 病株根区土壤的铵
态氮含量分别较健株高 31.4% (P<0.01)、24.1%
(P<0.01); 在连作 4 年的田块, 病株根外土壤中铵态
氮含量较健株高 86.6% (P<0.01), 表明根区土壤中
氮素含量较高可能会降低植株的抗病性, 但在连作
2年的田块, 病、健株根外土中铵态氮分布却呈相反
2058 作 物 学 报 第 39卷


趋势, 反映出氮素养分影响的复杂性。
以上结果表明, 健株根区及根外土壤中速效 P、
速效 K 含量较高, 铵态氮含量较低可能是导致马铃
薯抗病性较强的养分因素。
此外, 从表 1可知, 连作 4年的根区土和连作 2
年的根外土壤中, 土壤 pH在病、健株间的差异亦达
极显著水平(P<0.01), 呈病株大于健株的趋势; 连作
2 年根区土壤有机质呈病株大于健株的趋势, 且差
异达极显著水平(P<0.01)。土壤 pH及有机质是否是
影响马铃薯健康生长的主要因素尚不清楚。

表 1 连作马铃薯根区、根外土壤养分含量
Table 1 Content of nutrients in rhizosphere and out-rhizosphere soil in continuous cropping potato fields
有机质
Organic matter
pH
速效 P
Available P
速效 K
Available K
铵态氮
Ammonium N 植株/连作年限
Plant /Continuous
cropping time
含量
Content
(g⋅kg−1)
增率
⊿D (%)
测值
Measured
value
增率
⊿D (%)
含量
Content
(mg kg−1)
增率
⊿D (%)
含量
Content
(mg kg−1)
增率
⊿D (%)
含量
Content
(mg kg−1)
增率
⊿D (%)
根区土 Rhizosphere soil
健株/2年
HP/2 year
16.25±0.28 — 8.33±0.05 — 2.58±0.35 — 176.33±6.39 — 4.04±0.17 —
病株/2年
DP/2 year
18.46±0.43 13.6** 8.24±0.03 −1.0 4.61±0.05 78.6** 265.59±0.45 50.6** 5.30±0.08 31.4**
健株/4年
HP/4 year
13.18±0.76 — 7.91±0.03 — 8.64±0.25 — 158.31±0.03 — 3.61±0.17 —
病株/4年
DP/4 year
12.95±0.52 −1.7 8.15±0.04 3.1** 6.06±0.20 −29.9** 138.55±0.35 −12.5** 4.48±0.04 24.1**
根外土 Out-rhizosphere soil
健株/2年
HP/2 year
16.47±0.26 — 7.46±0.01 — 9.18±0.05 — 276.69±0.03 — 4.41±0.54 —
病株/2年
DP/2 year
16.67±0.38 1.2 7.83±0.09 5.0** 4.21±0.05 −54.1** 180.10±1.97 −34.9** 3.41±0.05 –22.7*
健株/4年
HP/4 year
13.79±0.83 — 8.30±0.06 — 4.46±0.10 — 166.53±0.13 — 2.50±0.09 —
病株/4年
DP/4 year
13.36±0.29 −3.2 8.10±0.01 −2.4** 4.34±0.10 −2.5 140.67±1.81 −15.5** 4.67±0.79 86.6**
表中数据为平均值±标准差; *和**分别指在根区土壤或根外土壤中病株与健株各测值间差异达 P<0.05 和 P<0.01。⊿D: 病株较
健株增率; HP: 健株; DP: 病株。
The data in the table are described as mean±SD; * and ** represent the differences in values between healthy and diseased plants are
P<0.05 and P<0.01, respectively. ⊿D: increasing rate of diseased plant compared with healthy plant; HP: healthy plant; DP: diseased plant.

2.2 马铃薯健、病株根区土壤放线菌数量
根区土与根系结合紧密, 根区土中放线菌的数
量及比例可以反映根系生长部位放线菌的分布状
况。从表 2 中高氏 1 号培养基的分离结果看出, 在
连作 4 年的田块, 病株根区土中放线菌总数、小单
孢菌数量及未鉴定放线菌数量较健株分别减少
51.1% (P<0.01)、83.0% (P<0.05)及 53.9% (P<0.01);
病株根区土壤的链霉菌数量较健株减少 18.7%,
但其差异未达到显著水平。在连作 2 年的田块中 ,
病株根区土壤中的链霉菌、小单孢菌数量较健株
分别高出 260.5%、75.9%, 与连作 4 年的田块呈相
反趋势。
腐植酸琼脂培养基是链霉菌的选择性培养基。
从该培养基上分离到的主要是能以腐植酸为碳源和
能源的放线菌, 一些在高氏 1 号培养基上不能生长
的链霉菌也可以在腐植酸琼脂培养基上生长。从表
2中腐植酸琼脂培养基的分离结果可知, 在连作 4年
的田块, 病株根区土壤中放线菌总数、链霉菌数量
较健株分别减少 46.0%、46.7%, 病、健株差异均达
显著水平(P<0.05), 与高氏 1号上的结果一致。在连
作 2 年的田块, 病株根外土壤中放线菌总数和链霉
菌数量分别较健株减少 53.5%、55.3%, 但在根区土
壤中, 放线菌总数及链霉菌的数量却呈病株显著低
于健株的趋势(P<0.05)。
从总体来看, 在连作 4 年的田块, 土壤中放线
菌数量表现病株少于健株的趋势, 说明健株根部土
壤中放线菌数量较多可能是植株保持健康的原因之
一。同时, 在连作 2 年的田块也存在一些呈相反趋
第 11期 陈 杰等: 马铃薯连作地健康株与病株根区土壤微生态特性比较 2059


表 2 连作马铃薯根区、根外土壤放线菌组成及数量
Table 2 Composition and quantity of actinomycetes in rhizosphere and out-rhizosphere soil in continuous cropping potato fields
放线菌总数
Total No. of actinomycetes
链霉菌属
Streptomyce
小单孢菌属
Micromonospora
未鉴定放线菌属
Unidentified actinomycetes土壤样品
Soil sample
植株/连作年限
Plant /continuous
cropping time
数量
Quantity
(106 CFU g–1)
增率
⊿D (%)
数量
Quantity
(105 CFU g–1)
增率
⊿D (%)
数量
Quantity
(105 CFU g–1)
增率
⊿D (%)
数量
Quantity
(105 CFU g–1)
增率
⊿D
(%)
高氏 1号培养基 Gause 1 medium
健株/2年
HP/2 year
1.43±0.49 — 2.53±0.50 — 2.20±0.20 — 9.60±4.91 — 根区土
RS
病株/2年
DP/2 year
2.09±0.34 45.6 9.13±3.79 260.5* 3.87±0.42 75.9** 7.87±3.00 –18.1
健株/2年
HP/2 year
1.79±0.59 — 3.53±2.69 — 1.87±0.70 — 12.53±5.26 — 根外土
ORS
病株/2年
DP/2 year
1.31±0.04 –26.8 3.47±0.42 –1.9 2.93±0.61 56.7 6.73±0.58 –46.3
健株/4年
HP/4 year
4.95±0.59 — 7.13±0.61 — 3.93±1.30 — 38.47±6.00 — 根区土
RS
病株/4年
DP/4 year
2.42±0.30 –51.1** 5.80±2.09 −18.7 0.67±0.50 −83.0* 17.73±2.86 –53.9**
健株/4年
HP/4 year
2.64±0.33 — 8.53±3.06 — 0.33±0.42 — 17.53±2.21 — 根外土
ORS
病株/4年
DP/4 year
2.79±0.36 5.7 8.73±3.51 2.3 0.60±0.00 81.8 18.53±0.12 5.7
腐植酸琼脂培养基 Humic acid medium
健株/2年
HP/2 year
0.60±0.20 — 6.00±2.00 — 0 0 — 根区土
RS
病株/2年
DP/2 year
1.80±0.72 200.0* 17.33±6.11 188.3* 0 0.67±1.15 —
健株/2年
HP/2 year
2.73±0.61 — 25.33±7.02 — 0 2.00±2.00 — 根外土
ORS
病株/2年
DP/2 year
1.27±0.12 –53.5* 11.33±3.06 –55.3* 0 1.33±2.31 –33.5
健株/4年
HP/4 year
4.20±0.53 — 41.33±6.43 — 0 0.67±1.15 — 根区土
RS
病株/4年
DP/4 year
2.27±0.42 –46.0** 22.00±4.00 –46.7* 0 0.67±1.15 0.0
健株/4年
HP/4 year
2.33±0.70 — 22.67±8.08 — 0 0.67±1.15 — 根外土
ORS
病株/4年
DP/4 year
2.73±1.10 17.2 27.33±11.02 20.3 0 0 –100.0
表中数据为平均值±标准差; *和**分别指在根区土壤或根外土壤中病株与健株各测值间差异达 P<0.05 和 P<0.01。⊿D: 病株较
健株增率; HP: 健株; DP: 病株; RS: 根区土; ORS: 根外土。
The data in the table are described as mean±SD; * and ** represent the differences in values between healthy and diseased plants are
P<0.05 and P<0.01, respectively. ⊿D: increaseing rate of diseased plant compared with healthy plant; HP: healthy plant; DP: diseased plant;
RS: rhizosphere soil; ORS: out-rhizosphere soil.

势的现象, 表明连作田块中, 马铃薯病株、健株同时
存在的原因复杂, 放线菌数量仅是其中的原因之一,
同时, 也可能由于连作年限较短, 微生物区系随连
作年限延长发生的演替处于不同阶段, 导致连作 2
年田块中土壤放线菌在健株、病株之间的分布呈现
与连作 4年不同的趋势。
2.3 连作马铃薯根区土壤放线菌拮抗潜势
从连作2年和4年马铃薯健、病株根区及根外土
中共分离到放线菌210株, 从中共筛选到对供试4株
马铃薯土传病原真菌有拮抗作用的放线菌61株, 占
供试放线菌总株数的29.1%。其中拮抗大丽轮枝菌、
硫色镰刀菌的放线菌分别占放线菌总株数的18.6%、
2060 作 物 学 报 第 39卷


17.1%; 拮抗茄病镰刀菌和马铃薯立枯丝核菌的放
线菌分别占放线菌总株数的13.8%和11.9% (详细结
果另文报道)。
由表 3可以看出, 在连作 4年的田块, 病、健株
根区土中对 4 株靶标菌呈强拮抗强度放线菌的拮抗
潜势(SAAP)值分别为 13.3%、26.7%, 中等拮抗强度
放线菌的 SAAP分别为 14.7%、26.5%, 均表现健株
大于病株的趋势; 在连作 4 年的根外土壤中, 也表
现相同的趋势。连作 4年的病、健株根区土的 SAAP
值表明, 根部土壤放线菌拮抗潜势与植株健康生长
有关, 健株根部放线菌拮抗潜势大于病株是连作田
块健株健康生长的重要原因之一。但在连作 2 年的
田块, 马铃薯根区、根外土壤中对 4株靶标菌呈强、
中拮抗强度的放线菌拮抗潜势均呈相反趋势, 反映
出拮抗潜势与植株抗病性关系的复杂性, 即土壤放
线菌拮抗潜势也不是决定植株发病与否的唯一因素,
在连作时间较短的田块, 影响植株健康生长的主要
因素不是 SAAP。

表 3 马铃薯健与病株根区、根外土壤拮抗放线菌的拮抗潜势
Table 3 Soil actinomycetes antagonistic potentiality (SAAP) in rhizosphere soil of healthy or diseased plants in potato fields
拮抗强度 Intensity of Antimicrobial actions
强 Strong 中 Middle 弱 Weak
土壤样品
Soil
sample
植株/连作年限
Plant /continuous
cropping time An SAAP (%) An SAAP (%) An SAAP (%)
健株/2年 HP/2 year 2 11.8 9 20.5 6 60.0 根区土
RS 病株/2年 DP/2 year 13 76.5 12 27.3 0 0
健株/2年 HP/2 year 0 0 9 20.5 2 20.0 根外土
ORS 病株/2年 DP/2 year 2 11.8 14 31.8 2 20.0
总和 Total 17 100.0 44 100.0 10 100.0
健株/4年 HP/4 year 4 26.7 9 26.5 1 3.9 根区土
RS 病株/4年 DP/4 year 2 13.3 5 14.7 11 42.3
健株/4年 HP/4 year 8 53.3 13 38.2 3 11.5 根外土
ORS 病株/4年 DP/4 year 1 6.7 7 20.6 11 42.3
总和 Total 15 100.0 34 100.0 26 100.0
An: 某株拮抗性放线菌能够拮抗靶标菌的株次; SAAP: 土壤放线菌拮抗潜势; HP: 健株; DP: 病株; RS: 根区土; ORS: 根外土。
An: strain number of one antagonistic actinomycetes antagonized test pathogenic fungi; SAAP: soil actinomycetes antagonistic potenti-
ality; HP: health plant; DP: disease plant; RS: rhizosphere soil; ORS: out-rhizosphere soil.

2.4 马铃薯健、病株根区土壤优势放线菌
优势放线菌指土壤中数量较多的放线菌。即在
用稀释平皿涂抹法分离放线菌时, 皿内数量较多的
菌株。本试验共分离到 2株优势放线菌 G70和 G170。
通过 16S rRNA序列分析并构建系统发育进化树(图 1)
可知, 放线菌 G70 与菌株 Streptomyces rubiginosus
和菌株 Streptomyces gancidicus 的相似度分别为
98.71%和 99.23%, 故将G70鉴定为灭癌素链霉菌(S.
gancidicus); 放线菌 G170 与菌株 Streptomyces
galilaeus 的相似度为 99.01%, 故将 G170 定为加利
利链霉菌(S. galilaeus)。
从表 4 可知, 在连作 4 年的马铃薯根区土壤中,
灭癌素链霉菌(S. gancidicus)在病株根区的数量较健
株减少 59.5%, 差异达极显著水平(P<0.01); 在连作
2年的根外土中, 该菌的数量也表现出相同趋势, 病
株较健株减少 69.2% (P<0.05)。病、健株的比较结果
表明, 灭癌素链霉菌(S. gancidicus)可能具有拮抗马
铃薯土传病害病原菌的能力, 其数量增多有利于提
高植株抗病性; 连作田块马铃薯能保持健康生长与
植株根区土壤中该菌数量较多有关。表 5 结果支持
了该推论。
但也有例外, 在连作2年的田块, 病株根区土壤
的灭癌素链霉菌(S. gancidicus)的数量多于健株, 但
其差异未达到显著水平。且由于在连作2年健株和病
株根区土壤中, 该菌的数量很少, 仅分别是连作4年
田块的1/18.7和1/3.8, 故该菌对病原真菌的抗性有
限, 对植株的健康生长贡献很小, 即在连作2年的田
块, 保持植株健康生长的主要因素是该菌以外的其
他原因。
由表 4还可以看出, 连作 2年和 4年土壤中, 灭
癌素链霉菌 (S . ganc id icus )与加利利链霉菌 (S .
galilaeus)的数量不同。在连作 4 年的田块中, 灭癌
素链霉菌(S. gancidicus)的数量远高于连作 2年的田
块。其在连作 4 年健株和病株根区土壤中的数量分
别是 2 年的 18.7 倍和 3.8 倍, 连作 4 年健株和病株
根外土壤中的数量分别是 2年的 3.0倍和 8.3倍, 即
第 11期 陈 杰等: 马铃薯连作地健康株与病株根区土壤微生态特性比较 2061



图 1 优势放线菌 G70和 G170的系统发育进化树
Fig. 1 Phylogenetic tree of dominant actinomycetes strains G70 and G170

表 4 供试土壤优势放线菌数量及比例
Table 4 Quantity and proportion of dominant actinomycetes in different soil samples
灭癌素链霉菌 S. gancidicus 加利利链霉菌 S. galilaeus
土壤样品
Soil sample
植株/连作年限
Plant/continuous
cropping time
数量
Quantity
(105 CFU g–1)
比例
Percentage
(%)
数量
Quantity
(105 CFU g–1)
比例
Percentage
(%)
灭癌素链霉菌与加利
利链霉菌数量之比
Quantity ratio between
S. gancidicus and
S. galilaeus
健株/2年 HP/2 year 0.3±0.3 1.9 1.3±0.6 8.8 0.2
病株/2年 DP/2 year 0.6±0.2 3.4 2.9±0.4 16.4 0.2
根区土 RS
⊿D (%) 125.0 — 131.6* — —
健株/2年 HP/2 year 0.9±0.1 4.2 0.7±0.6 3.2 1.3
病株/2年 DP/2 year 0.3±0.3 2.0 1.7±0.1 12.7 0.2
根外土 ORS
⊿D (%) −69.2* — 150.0* — —
健株/4年 HP/4 year 5.6±0.2 11.3 0.9±0.3 1.8 6.4
病株/4年 DP/4 year 2.3±0.8 8.6 0.6±0.2 2.3 3.8
根区土 RS
⊿D (%) −59.5** — −30.8
健株/4年 HP/4 year 2.7±2.0 11.3 0.5±0.3 2.2 5.2
病株/4年 DP/4 year 2.5±0.9 8.9 0.7±0.6 2.4 3.7
根外土 ORS
⊿D (%) −9.8 — 25.0 — —
表中数据为平均值±标准差; *和**分别指在根区土壤或根外土壤中病株与健株各测值间差异达 P<0.05 和 P<0.01。⊿D: 病株较
健株增率; HP: 健株; DP: 病株; RS: 根区土; ORS: 根外土。
The data in the table are described as mean±SD; * and ** represent the differences in values between healthy and diseased plants are
P<0.05 and P<0.01, respectively. ⊿D: increaseing rate of diseased plant compared with healthy plant; HP: health plant; DP: disease plant;
RS: rhizosphere soil; ORS: out-rhizosphere soil.
2062 作 物 学 报 第 39卷


连作促进了灭癌素链霉菌(S. gancidicus)的数量增
加。相反, 加利利链霉菌(S. galilaeus)在连作 2年田
块中的数量均高于连作 4 年的田块, 其中连作 2年
健株和病株根区土壤的数量分别是 4 年的 1.4 倍和
4.8 倍; 连作 2 年健株和病株根外土壤的数量分别
是 4 年的 1.4 倍和 2.4 倍, 即连作会导致加利利链
霉菌(S. galilaeus)数量减少。此外, 在连作 2年的田
块, 病株根区和根外土中加利利链霉菌(S. galilaeus)
的数量较健株分别增加 131.6%和 150.0%, 差异均
达显著水平(P<0.05), 表明加利利链霉菌(S. galilaeus)
可能为有害放线菌, 其数量增多会导致马铃薯植株
发病。
由表 4还可以看出, 在连作 4年的田块, 健、病
株根区土中灭癌素链霉菌(S. gancidicus)与加利利链
霉菌的数量之比分别为 6.4/1、3.8/1, 根外土为 5.2/1、
3.7/1, 均呈相同趋势。在连作 2年根区土中, 健株、
病株灭癌素链霉菌(S. gancidicus)与加利利链霉菌数
量之比相同, 而根外土壤则与连作 4 年的田块呈相
同趋势。由此可见 , 健株土壤中灭癌素链霉菌 (S.
gancidicus)数量多于病株与植株保持健康有关, 表 5
结果支持了该推论。
从表 5 可以看出, 优势放线菌灭癌素链霉菌(S.
gancidicus)无菌发酵滤液培养 40 h 对引起马铃薯土
传病害的立枯丝核菌 (R. solani)、茄病镰刀菌 (F.
solani)、硫色镰刀菌(F. sulphureum)和大丽轮枝菌(V.
dahliae) 4株病原真菌均有抑制作用, 抑菌率分别为
24.9%、26.9%、9.3%和 28.6%。灭癌素链霉菌(S.
gancidicus)的琼脂块对上述 4 株马铃薯病原真菌亦
均有抑菌效果, 抑菌圈直径分别为 9.8、7.7、7.8 和
7.3 mm, 其中对立枯丝核菌的抑菌效果最好(图 2)。

表 5 灭癌素链霉菌琼脂块及发酵液滤对 4株马铃薯病原真菌抑菌效果
Table 5 Inhibition effect of agar block and culture filtrate of S. gancidicus to four potato pathogenic fungi
病原真菌 Pathogenic fungi 抑菌效果指标
Indicators of inhibition effect 立枯丝核菌
Rhizoctonia solani
茄病镰刀菌
Fusarium solani
硫色镰刀菌
Fusarium sulphureum
大丽轮枝菌
Verticillium dahliae
拮抗圈直径
Diameter of inhibition zone (mm)
9.8/+++ 7.7/++ 7.8/+ 7.3/++
抑菌率 Inhibition rate (%) 24.9±3.9 26.9±3.1 9.3±2.0 28.6±7.1
表中+++、++和+分别表示拮抗圈完全透明、比较透明和稍透明。
+++, ++, and + represent high transparency, semi transparency and slight transparency of inhibition zone, respectively.


图 2 灭癌素链霉菌菌落形态及其琼脂块和发酵滤液对立枯丝核菌抑菌效果
Fig. 2 Colony characteristic of S. gancidicus and Inhibition effect of its agar block and culture filtrate to R. solani
A: 灭癌素链霉菌菌落形态; B~C: 分别为灭癌素链霉菌琼脂块、发酵滤液对马铃薯立枯丝核菌抑菌作用。
A: colony characteristic of S. gancidicus; B–C: inhibition effect of S. gancidicus’s agar block and culture filtrate to R. solani, respectively.

3 讨论
关于马铃薯不同连作年限耕层土壤养分之间的
差异已有报道[14-15]。甘肃定西地区的测定结果表明,
随着连作年限增加, 耕层土壤速效钾含量降低[14]。
但目前尚无不同连作年限马铃薯病、健株根区土壤
速效养分差异研究。
本研究表明, 在连作4年的田块, 病株根区土壤
中速效 P、K含量均低于健株, 这与段春梅等[5]对温
室连作黄瓜健、病株土壤速效 P、K 的研究结果一
致; 在连作2年和4年田块中, 铵态氮在健株根区土
中含量均低于病株。由此推知, 速效 P、K含量较高
有利于提高马铃薯植株的抗病性, 而速效氮过多可
能会降低作物抗病性。即马铃薯健株根区土壤中速
第 11期 陈 杰等: 马铃薯连作地健康株与病株根区土壤微生态特性比较 2063


效 P、K 含量高及速效氮含量低的养分组合可能是
连作田块维持部分马铃薯健康生长的原因之一。
放线菌是抗生素的主要产生菌, 土壤中放线菌
的生长繁殖对调整土壤微生物生态平衡起着至关重
要的作用[16]。本研究表明, 在连作 4年的田块, 根区
土中放线菌总数、链霉菌数量均呈健株高于病株的
趋势, 即健株根区土壤中放线菌数量较高可能是植
株在连作土壤中仍能健康生长的原因之一。
在不同土壤中, 不仅拮抗性放线菌的数量、种
类不同, 且每株拮抗放线菌的抗菌谱也不同, 即能
拮抗的病原菌的数量与种类不同。土壤放线菌拮抗
潜势(SAAP)是反映拮抗菌数量与抗菌谱的综合指标,
可定量评价不同土壤中拮抗性放线菌的蕴藏潜力[11]。
SAAP值愈大, 表示土壤中拮抗放线菌资源愈丰富。
根区土壤中对供试病原真菌拮抗放线菌的拮抗潜势
愈大, 表明该土壤对土传马铃薯真菌病害的抗病性
愈强。本研究结果表明, 在连作 4年的田块, 马铃薯
健株根区、根外土壤中呈强及中等强度的拮抗放线
菌的拮抗潜势均大于病株; 同时, 健株根区土壤中
优势拮抗放线菌灭癌素链霉菌(S. gancidicus)的数量
也大于病株; 该菌对 4 株马铃薯土传病害病原真菌
均有较强的的拮抗性, 使得健株抵御土传真菌病害
的能力高于病株。拮抗潜势大及优势放线菌对 4 株
病原真菌均具有较强抗性可能是保持连作田块中仍
有大量马铃薯健康生长的另一重要原因。
本研究分离到的另 1 株优势放线菌为加利利链
霉菌(S. galilaeus), 其在连作 2年病株根区土壤中的
数量为健株的 2.2倍。已有研究表明, 该菌为马铃薯
疮痂病致病菌[17]。本研究表明, 连作促进了有益菌
灭癌素链霉菌(S. gancidicus)的数量增加, 同时会导
致有害菌马铃薯疮痂病菌加利利链霉菌(S. galilaeus)
数量减少。但这一初步结果尚待后续研究证实。
从以上马铃薯病、健株根区土壤放线菌数量、放
线菌拮抗潜势及 2种优势放线菌的比较分析可知, 当
植株根部土壤中有益放线菌数量较多、土壤中放线菌
的拮抗潜势较大及有益放线菌成为数量较多的优势
菌时, 能够提高植株抵御土传真菌病害的能力, 保持
植株健康生长; 否则, 植株发病。这就是在同一连作
田块中, 在土壤类型、施肥管理及种植品种等相同的
条件下, 健康植株与发病植株同时存在的原因。
由本研究得到的重要启示是, 在马铃薯的连作
种植中, 可以通过增加磷、钾肥的施用量及同时适
当减少氮肥用量来提高马铃薯植株的抗病性, 减少
土传病害的发生; 同时, 通过促进土壤中有益放线
菌生长繁殖提高土壤抗病性; 也可以通过接种对马
铃薯等作物常见土传真菌病害有专性拮抗放线菌剂
来增加土壤中有益放线菌的数量, 提高植株抵御土
传病害的能力, 减轻连作土传病害的发生。施用有
机肥能减轻土传病害已在生产实践中得到证明, 有
机肥对土传病害的减轻机制可能与土壤微生物区系
改变有关, 其中包括拮抗放线菌的数量与种类变化,
但更确切的证据需要进一步研究, 即追踪施用有机
肥后, 伴随连作障碍减轻时植株根区土壤中放线菌
数量与种类的对应变化, 以验证上述推论的正确性。
连作障碍的发生与土壤中养分变化及微生态区
系的异常之间虽然有密切关系, 但两者并非维持植
株健康生长的全部原因。连作障碍的发生还受许多
田间其他因素的影响。本研究在连作 2 年田块中所
得结果仍有一些不符合上述趋势的现象, 这可能与
连作时间较短, 土壤微生物区系随连作年限加长引
起的演替处于不同阶段有关, 由此导致其中某些数
据的变化趋势不同于连作 4 年的田块。在连作 4 年
的田块中, 连作年限较长, 其数据更能反映作物连
作引起土壤微生物变化的趋势, 揭示连作土壤中植
株健康生长的微生态机制。
本研究对根区土壤养分及拮抗放线菌与马铃薯
健康生长关系的探讨, 能从新角度获得一些新信息,
进而为揭示马铃薯连作障碍的发生机制及预防修复
提出新思路。
4 结论
连作马铃薯田块中保持植株健康生长的原因很
多, 其部分微生态机制包括根区土壤中高含量速效
磷钾及低含量速效氮的养分组合及较多放线菌, 其
中的优势放线菌是对马铃薯几种主要土传病害病原
真菌有较强拮抗性的有益菌; 土壤中拮抗性放线菌
的拮抗潜势较大。
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