全 文 ：中国生态农业学报 2012年 12月 第 20卷 第 12期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Dec. 2012, 20(12): 1614−1620


* 国家自然科学基金项目(30772729)、福建省生态学重点学科项目(0608537)和福建高校服务海西建设重点项目(0b08b005)资助
** 通讯作者: 林文雄(1957—), 教授, 博士生导师, 主要研究方向为农业生态学。E-mail: wenxiong181@163.com
陈冬梅(1973—), 女, 博士, 副教授, 主要从事耕作学与作物化感连作障碍研究。E-mail: dongmeifj@163.com
收稿日期: 2012−04−22 接受日期: 2012−09−20
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.01614
植烟土壤提取物质对烟株生长及根际土壤细菌
多样性的影响*
陈冬梅 吴文祥 王海斌 黄锦文 陈兰兰 尤垂淮 吴林坤
张重义 林文雄**
(福建农林大学农业生态研究所 福州 350002)
摘 要 对盆栽烟草外源添加不同浓度植烟土壤提取物质(T1: 40 μg·mL−1; T2: 120 μg·mL−1; CK: 蒸馏水对
照), 探讨植烟土壤提取物质对烟草生长及土壤细菌多样性的影响。结果表明, 植烟土壤提取物处理使烟株生
长受抑制, 且随处理浓度的增加受抑制程度显著提高, 具体表现为烟株变矮, 叶面积变小, 光合作用能力降低,
且烟草的保护酶系统受到破坏, 丙二醛含量随处理浓度加大而增加, T2处理的丙二醛含量是对照的 3.44 倍。
对外源添加物质处理后烟草根际土壤微生物 T-RFs分析发现, 在对照检测到 17个门 24个纲, T1处理有 14个
门 21个纲, T2有 10个门 17个纲; 丰富度指数的变化也和门纲的变化一致, 随着处理浓度的增加而显著降低。
可见外源添加物质处理后, 根际土壤细菌群落减少, 多样性水平下降。对各处理的根际土壤微生物 T-RFs变化
与烟株生长变化进行相关性分析表明, 在外源添加物质处理的土壤中存在较多的负相关 T-RFs 片段, 且这些
片段中较多为病原菌; 而正相关的 T-RFs 片段主要存在于对照土壤中, 其中有较多与土壤营养元素循环相关
的微生物。本研究结果显示, 在外源添加植烟土壤提取物质处理下, 烟草的生长受抑制, 烟草根际土壤的微生
态受到破坏, 且随浓度的提升而加重。因此, 连作土壤中自毒物质的富集是造成烟草连作障碍的主要原因。
关键词 烟草 连作障碍 根际 细菌 自毒作用 T-RFLP
中图分类号: S572 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)12-1614-07
Effects of tobacco-cultivated soil extracts on tobacco growth and bacterial
community diversity in rhizosphere soils
CHEN Dong-Mei, WU Wen-Xiang, WANG Hai-Bin, HUANG Jin-Wen, CHEN Lan-Lan, YOU Chui-Huai,
WU Lin-Kun, ZHANG Zhong-Yi, LIN Wen-Xiong
(Institute of Agro-ecology, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China)
Abstract Different concentrations (T1: 40 μg·mL−1; T2: 120 μg·mL−1; CK: 0 μg·mL−1) of tobacco-cultivated soil extracts were
used to pot-soils to determine the effects of continuous tobacco cropping on tobacco growth and bacterial community diversity in
rhizosphere soils. The results indicated that soil extracts significantly inhibited tobacco growth, dwarfed tobacco plant, reduced
tobacco leaf area and photosynthesis, and destroyed protective enzymes in tobacco plants. MDA enhancement in tobacco plants was
noted. Tobacco MDA in T2 was 2.44 times higher than that in CK. Tobacco growth inhibition was significantly enhanced with
increasing concentration of soil extracts. Analysis of T-RFs suggested that 17 plylums and 24 classes rhizospheric bacteria existed in
CK soils, 14 plylums and 21 classes in T1 soils and 10 plylums and 17 classes in T2 soils. A similar trend was also noted for
Margalef index. The results suggested that bacterial community diversity dropped significantly with increasing concentration of soil
extracts. Microbial/plant-growth analysis showed that a large proportion of T-RFs derived from soils treated with soil extracts had
negative correlations with tobacco growth, and with most T-RFs identified as pathogens. However, a large proportion of T-RFs
derived from CK showed positive correlation with tobacco growth, and with several corresponding T-RFs bacteria were involved in
soil nutrient recycling. In conclusion thus, tobacco-cultivated soil extracts inhibited tobacco growth, destroyed soil micro-system
第 12期 陈冬梅等: 植烟土壤提取物质对烟株生长及根际土壤细菌多样性的影响 1615


balance, and reduced bacterial community diversity. The results suggested that soil autotoxic allelochemical accumulation was a
major limiting factor in continuous tobacco cropping.
Key words Tobacco, Continuous cropping obstacle, Rhizosphere, Bacteria, Autotoxicity, T-RFLP approach
(Received Apr. 22, 2012; accepted Sep. 20, 2012)
在同一田地上连年种植相同作物或复种方式称
为连作。不同作物连作致害的程度有所差异, 烟草
属茄科忌连作作物, 其连作障碍问题非常突出。连作
造成烟草长势变弱、产量降低、品质下降、病虫害加
重[1−5], 严重影响烟草的生产和区域经济的发展。
作物连作障碍的发生原因有 3 个方面: (1)土壤
养分不均衡和土壤理化性状劣变; (2)土壤病原菌累
积和根际微生态功能失调; (3)化感物质等引起的自
毒作用[6]。根际分泌物引起的自毒作用是导致作物
连作障碍的重要因素[7−9]。目前对作物连作问题的研
究主要集中在大豆和蔬菜[10−12], 对烟草连作障碍的
研究还只处于现象描述。由于对烟草连作障碍发生
机理缺乏深入的认识, 目前还没有切实可行的克服
和消减烟草连作障碍的措施。杨宇虹等[13]研究表明,
烟草连作障碍的形成与土壤肥力及土壤微生物数量
存在密切关系, 施用有机肥、农家肥可以缓解连作
障碍效应, 但不能彻底克服烟草的连作障碍。陈冬
梅[14]对不同连作年限植烟土壤进行灭菌处理后再植
烟也不能有效克服连作土致病菌的增加趋势。为此
本文从引起烟草连作障碍的原因入手, 通过对盆栽
烟草外源添加连作烟草土壤提取物质, 模拟烟草连
作生长, 验证烟草自毒效应, 为深入探讨烟草连作
障碍形成机理, 进一步研究烟草连作障碍的消减技
术提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验设计
1.1.1 植烟土壤提取物质的收集
称取 3 kg大孔树脂于无水乙醇浸泡 24 h, 装柱,
蒸馏水冲洗, 待用。称取 100 kg烟草茬后土壤(由福
建农林大学试验田种植烟草田地收集, 采取 10 点 S
形取样, 每个点取地表 0~20 cm土样 10 kg, 土壤在
通风处晾干, 挑出烟草根系)用 200 L蒸馏水分批超
声波浸提, 每批 5 kg土样, 浸提 1 h, 沉淀, 上清液
过滤, 然后过柱。上清液过柱后, 取出树脂, 蒸馏水
冲洗, 装柱, 95%乙醇 5 L洗脱柱子, 将收集的乙醇
洗脱液浓缩, 得到植烟土壤提取物质。通过大孔树
脂收集的植烟土壤提取物质采用 GC-MS 进行分析,
其主要成分包括烷烃类、酯类、醇类、酸类、酮类
和醛类等物质(表 1)。
1.1.2 外源添加处理
将未种植过烟草的土壤(由福建农林大学试验
田收集, 前茬种植水稻, 采取 5点 S形取样, 每个点
取地表 0~20 cm土样 10 kg, 土壤在通风处晾干待用)
充分混匀后装于盆钵中, 每盆装 2 kg 土壤, 将漂浮
育苗生长一致的烟苗(烤烟品种“K326”)移栽于盆中,
每盆栽 1 株, 烟草移栽后 15 d, 挑取长势一致的 15
盆烟株作为试验处理。外源添加植烟土壤提取物质
浓度为 40 μg·mL−1(T1)和 120 μg·mL−1(T2), 物质浓
度由 1.1.1节中收集的干物质用蒸馏水溶解制得, 浓
度设置参考文献[15−16]并结合生物测试结果优化设
计, 以蒸馏水作对照(CK), 每隔 2 d添加 100 mL处
理液, 各处理 5次重复。

表1 植烟土壤提取物质的GC-MS分析结果
Table 1 GC-MS results of extracts from tobacco-planted soil
%
烷烃类
Alkane
酯类
Ester
醇类
Alcohols
酸类
Acid
酮类
Ketone
醛类
Aldehydes
其他
Other
0.69 56.17 8.92 8.84 3.15 3.33 18.90

1.2 取样与测定方法
烟草移栽后第 35 d取样并进行相关指标测定。
每个处理 5 盆烟株, 烟株先进行株高、最大叶片的
面积测定; 然后选取烟草自上向下第 3 片叶片进行
叶绿素含量、光合作用的测定, 每株烟草取该叶片
5 g, 用锡箔纸包住, 放于液氮中速冻, 并于取样当
天测定超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、
过氧化氢酶(CAT)和丙二醛(MDA); 之后将烟草拔
出 , 抖动烟草 , 将植株根系外围的土壤抖掉 , 然后
再取烟株贴近根系表面的土壤于预先灭菌的试管中,
并置于液氮中速冻, 存储于−80 ℃冰箱中保存备用。
烟株外观长势的测定按国家烟草行业标准“烟
草农艺性状调查方法”进行。烟叶叶绿素含量采用日
本生产的 SPAD-502叶绿素测定仪测定 SPAD值。烟
株光合作用指标的测定采用美国生产的 LI-6400 光
合测定系统测定。烟叶生理指标测定参照Balke等[17]
的方法。
根际土壤细菌多样性分析采用末端限制性酶切
片段长度多态性(T-RFLP)技术分析 [18]。1.2 节中于
−80 ℃冰箱中保存的土样, 提取土壤微生物总 DNA,
用UNIQ-10纯化, 用带 FAM荧光标记的细菌通用引
物 8F-FAM(5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′)和
926R(5′-CCGTCAATTCCTTTRAGTTT-3′)扩增 16S
rDNA 片段。反应体系 25 μL, 包括 : dNTP(2.5
μmol·L−1) 2 μL, 10×PCR buffer 2.5 μL (含Mg2+), BSA
1616 中国生态农业学报 2012 第 20卷


2 μL, 引物(10 μmol·L−1) 0.8 μL, rTaq酶 0.15 μL, 模
板 DNA 1 μL。反应程序: 94 ℃预变性 5 min; 94 ℃变
性 1 min, 49.5 ℃退火 45 s, 72 ℃延伸 1 min, 35个循
环; 最后 72 ℃延伸 3 min。取 5 μL反应体系用 1%
琼脂糖凝胶进行电泳检测, PCR产物混合后用 DNA
胶回收试剂盒回收。纯化后的 PCR产物用限制性内
切酶 HaeIII进行酶切。HaeIII酶切体系 30 μL, 包括:
1 μL MspI, 2 μL H×Buffer, 7 μL ddH2O, 10 μL PCR
产物, 37 ℃温浴 5 h。酶切产物脱盐后与上样缓冲液
和标准 Marker(GeneScan-500.1, Applied Biosystems)
混合, 96 ℃变性 4 min, 迅速置于冰上, 然后在 ABI
自动测序分析仪(model 3130 Applied Biosystems)上
进行毛细管电泳 ; 毛细管电泳结果数据用 Gene
Marker V1.2 软件分析各微生物的 T-RFs 丰度, 用
BIO-DAP 软件对 T-RFs 面积分析, 获取各处理细菌
种群多样性, 包括均匀度指数、丰富度指数、香农指
数等, 细菌序列的长度与 Ribosomal Database Project
II 数据库进行对比, 找出 T-RFs 所对应的细菌类群,
对各处理的细菌类群门纲进行差异分析, 同时对各
处理间相对应的 T-RFs 丰度变化与相对应处理的烟
株生长变化[用烟株生长抑制率(inhibitory rate, IR)表
示, IR=(CK−TR)/CK×100%, 其中CK表示对照值, TR
表示处理值]作相关性分析, 对差异显著的 T-RFs 所
对应的细菌类群进行功能分析。
1.3 统计分析
采用 DPS 7.05软件进行数据统计分析及显著性
分析。
2 结果与分析
2.1 不同浓度植烟土壤提取物对烟株生长的影响
植烟土壤提取物处理对烟草植株高度及叶面积
具有明显的抑制效应。株高和叶面积的变化趋势均
表现为 CK>T1(40 μg·mL−1)>T2(120 μg·mL−1)。其中 T1
和 T2 处理对株高的抑制率分别为 43.36%和 48.67%,
对叶面积的抑制率则为 16.78%和 26.85% (表 2)。

表2 不同浓度植烟土壤提取物对烟草生长的影响
Table 2 Effects of different concentrations of extracts from
tobacco-planted soil on tobacco growth
株高 Plant height 叶面积 Leaf area 处理
Treatment cm IR (%) cm2 IR (%)
CK 22.6±0.51a 1 409.0±96.9a
T1 12.8±0.37b 43.36 1 172.6±21.7a 16.78
T2 11.6±0.25c 48.67 1 030.7±70.7b 26.85
T1、T2处理的外源添加植烟土壤提取物质浓度为 40 μg·mL−1
和 120 μg·mL−1; CK: 蒸馏水对照。同列不同小写字母表示差异显著
(P<0.05), 下同。The concentrations of extracts from tobacco-planted
soil were 40 μg·mL−1 (T1), 120 μg·mL−1 (T2) and 0 μg·mL−1 (CK),
respectively. Different small letters in the same column indicate
significant difference at P < 0.05. The same below.
2.2 不同浓度植烟土壤提取物对烟株光合特性的
影响
连作烟草土壤提取物处理的烟株叶片叶绿素含
量(SPAD值)显著降低, 但 T1和 T2处理间不存在显
著差异。与对照相比, T1、T2处理的烟草叶片气孔
导度(Cond)、胞间 CO2浓度(Ci)、蒸腾强度(Tr)均显
著下降 , 导致净光合速率(Pn)也显著降低 , 且随着
添加浓度的增加各光合参数指标下降程度增大。其
中 T2处理的 Pn仅为对照的 31.79%。可见, 植烟土
壤提取物处理显著影响烟株光合特性, 且随着处理
浓度增加, 烟株光合作用受抑制程度增大(表 3)。
2.3 不同浓度植烟土壤提取物对烟株保护酶活性
和膜质过氧化的影响
不同浓度的连作烟草土壤提取物对烟株生理指
标影响的分析结果表明(表 4), 烟株 SOD、POD、CAT
活性基本表现为 T2>T1>CK。可见, 在外源连作烟草
土壤提取物胁迫下, 烟株叶片保护酶活性上升, 从
而提高烟株的抗逆性。同时膜质过氧化作用的产物
MDA含量也显著升高, 且随着处理浓度的提高而显
著上升 , T2 处理的烟株叶片 MDA 含量为 0.93
μmol·g−1(FW), 为对照的 3.44倍。
2.4 不同浓度植烟土壤提取物对烟草根际土壤细
菌群落多样性变化的影响
对各处理根际土壤细菌群落 T-RFLP 分析检测
到的微生物 T-RFs 及其对应的峰面积, 并对这些片
段峰面积采用 BIO-DAP软件进行多样性分析, 计算
种群多样性指数(表 5)。结果表明, 与 CK 相比, 烟
株根际土壤细菌群落均匀度指数 T1处理下降, T2处
理反而上升, 丰富度指数和香农指数则表现为随着
浓度的升高而显著降低。由此可见, 连作烟草土壤
提取物处理后烟株根际土壤中细菌群落的多样性水
平显著下降, 并随处理浓度的提高, 下降程度越大。
2.5 不同浓度植烟土壤提取物质处理的根际土壤
细菌差异分析
从添加植烟土壤提取物质后烟草根际土壤中所
涵盖的细菌群落类群可以看出, 对照土中检测到的
细菌类群有 17个门、24纲, T1中检测到 14个门、
21个纲, T2中检测到 10个门、17个纲。可以看出, 与
对照相比, 随着外源添加物质浓度增加, 烤烟根际
土壤微生物门纲减少, 多样性降低, 群落结构比较
单一(表 6)。
2.6 与烟株生长相关的根际土壤细菌功能分析
将各处理的烟草根际微生物 T-RFs 的丰度变化
与烟株生长变化进行相关分析, 得出烟草根际土壤
微生物有 28个 T-RFs与烟株生长呈极显著正相关, 6
个 T-RFs 与烟株生长呈负相关。通过 Ribosomal
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表 3 不同浓度植烟土壤提取物对烟草光合参数的影响
Table 3 Effects of different concentrations of extracts from tobacco-planted soil on photosynthetic parameters of tobacco
处理
Treatment
叶绿素含量(SPAD)
Chlorophyll content
(SPAD)
气孔导度(Cond)
Stomatal conductance
[μmol(H2O)·m−2·s−1]
胞间 CO2浓度(Ci)
Intercellular CO2 concentration
(mmol·m−2·s−1)
蒸腾速率(Tr)
Transpiration rate
[μmol(H2O)·m−2·s−1]
光合速率(Pn)
Photosynthetic rate
[μmol(CO2)·m−2·s−1]
CK 31.24±0.55a 0.56±0.06a 497±7.4a 3.44±0.18a 9.91±0.16a
T1 26.50±0.50bc 0.13±0.02b 355±16.5b 2.12±0.19b 8.06±0.12b
T2 24.06±0.73c 0.04±0.01c 318±11.2c 1.17±0.09c 3.15±0.09c

表 4 不同浓度植烟土壤提取物处理对烟草保护酶活性和 MDA 含量的影响
Table 4 Effects of different concentrations of extracts from tobacco-planted soil on protective enzymes and MDA in tobacco
处理
Treatment
SOD活性 SOD activity
[unit·mg−1(pro)]
POD活性 POD activity
[∆OD470min−1·mg−1(pro)]
CAT活性 CAT activity
[mg(H2O2)·min−1·mg−1(pro)]
MDA含量 MDA content
[μmol·g−1(FW)]
CK 0.10±0.02b 9.16±0.98c 0.22±0.02b 0.27±0.01c
T1 0.12±0.01ab 15.60±3.56b 0.35±0.02a 0.66±0.08b
T2 0.15±0.03a 32.15±3.20a 0.32±0.04a 0.93±0.05a

表5 不同浓度植烟土壤提取物处理的烟草根际土壤细菌
群落多样性指数变化
Table 5 Changes in diversity indices of bacterial community
in rhizosphere soil treated with different concentrations of
extracts from tobacco-planted soil
处理
Treatment
均匀度指数
Evenness index
丰富度指数
Margalef index
香农指数
Shannon diversity index
CK 0.987 26.76 4.70
T1 0.970 16.55 4.13
T2 0.988 6.73 3.41

Database Project II数据库找出相关 T-RFs所对应的
细菌类群, 正相关的 T-RFs 片段主要存在于对照土
壤中, 其中有较多与土壤营养元素循环相关的细菌
(表 7)。植烟土壤提取物质处理的烟草土壤中存在较
多负相关的 T-RFs 片段, 在这些片段中更多为病原
菌(表 8)。可见, 外源添加植烟土壤提取物质处理使
病原菌增加, 破坏了原有烟草根际土壤微生物群落
的平衡, 使其微生态环境恶化。


表6 不同浓度植烟土壤提取物质处理的根际土壤细菌差异片段的比较
Table 6 Comparison of microbial terminal restriction fragments (T-RFs) among rhizosphere soil treated with different concentra-
tions extracts from tobacco-planted soil
所占比例 Proportion (%) 门 Phylum 纲 Class
CK T1 T2
α-变形菌纲 Alphaproteobacteria 10.53 10.48 13.41
β-变形菌纲 Betaproteobacteria 5.56 6.26 1.93
γ-变形菌纲 Gammaproteobacteria 10.42 5.59 3.13
δ-变形菌纲 Deltaproteobacteria 3.83 3.84 3.79
变形菌门 Proteobacteria
ε-变形菌纲 Epsilonproteobacteria 1.64 1.64 2.36
产水菌门 Aquificae 产水菌纲 Aquificae 0.43 0.40 0.00
放线菌门 Actinobacteria 放线菌纲 Actinobacteria 10.21 12.25 5.60
浮霉菌门 Planctomycetes 浮霉菌纲 Planctomycetacia 0.17 2.61 0.00
梭菌纲 Clostridia 10.38 13.78 13.10 厚壁菌门 Firmicutes
芽孢杆菌纲 Bacilli 16.42 11.31 14.84
蓝藻门 Cyanophyta 蓝藻纲 Cyanobacteria 1.07 1.65 1.35
绿菌门 Chlorobi 绿菌纲 chlorobia 0.60 0.71 0.00
螺旋体门 Spirochaetes 螺旋体纲 Spirochaetes 3.51 2.76 4.01
黄杆菌纲 Flavobacteria 3.56 1.22 2.18
拟杆菌纲 Bacteroidetes 4.16 2.28 4.61
拟杆菌门 Spirochaetes
鞘脂杆菌纲 Sphingobacteria 3.10 3.35 2.87
热微菌门 Thermomicrobia 微热菌纲 Thermomicrobia 0.13 0.00 0.00
柔膜菌门 Mollicuteria 柔膜体纲 Mollicuteria 4.98 9.52 9.98
梭杆菌门 Fusobacteria 梭杆菌纲 Fusobacteria 5.73 6.67 12.64
脱铁杆菌门 Deferribacteres 脱铁杆菌纲 Deferribacteres 0.85 0.00 0.00
纤维杆菌门 Fibrobacteres 纤维杆菌纲 Fibrobacteres 0.75 2.35 3.36
硝化螺旋菌门 Nitrospira 硝化螺旋菌纲 Nitrospira 0.56 0.31 0.00
衣原体门 Chlamydiae 衣原体纲 Chlamydiae 0.66 0.00 0.00
异常球菌-栖热菌门 Deinococcus-Thermus 异常球菌纲 Deinococci 0.75 1.03 0.84
总纲数 Sum of class 24 21 17

1618 中国生态农业学报 2012 第 20卷


表 7 与烟草生长呈正相关土壤细菌的功能差异
Table 7 Functional differences of soil bacterial significantly positively correlated with tobacco growth
HAE Ⅲ Area 对应菌种 Candidate species 分类 Classification 功能 Function
65 1294 深红红螺菌 Rhodospirillum rubrum 变形菌门 Proteobacteria α-变形菌纲
Alphaproteobacteria
95 1084 未知 Methylobacterium 变形菌门 Proteobacteria α-变形菌纲
Alphaproteobacteria
190 567 细长聚球蓝细菌 Synechococcus elongatus 蓝藻门 Cyanophyta 蓝藻纲 Cyanophyta
219 2569 反硝化玫瑰杆菌 Roseobacter denitrificans 变形菌门 Proteobacteria α-变形菌纲
Alphaproteobacteria
221 808 热醋穆尔氏菌 Moorella thermoacetica 厚壁菌门 Firmicutes 梭菌纲 Clostridia
229 817 乳酸乳球菌 Lactococcus lactis 厚壁菌门 Firmicutes 芽孢杆菌纲 Bacilli
229 817 白蚁塞巴鲁德菌 Sebaldella termitidis 梭杆菌门 Fusobacteria 梭杆菌纲 Fusobacteria
266 563 乳明串珠菌 Leuconostoc lactis 厚壁菌门 Firmicutes 芽孢杆菌纲 Bacilli
266 563 肠膜明串珠菌肠膜亚种 Leuconostoc mesenteroides 厚壁菌门 Firmicutes 芽孢杆菌纲 Bacilli
282 882 溶解噬纤维菌 Cytophaga lytica 拟杆菌门 Spirochaetes 鞘脂杆菌纲 Sphingobacteria
309 734 中间厌氧枝原体 Anaeroplasma intermedium 柔膜菌门 Mollicuteria 柔膜菌纲 Mollicuteria
314 457 棉子糖乳球菌 Lactococcus raffinolactis 厚壁菌门 Firmicutes 芽孢杆菌纲 Bacilli
391 665 浮游产卟啉杆菌 Porphyrobacter neustonensis 变形菌门 Proteobacteria α-变形菌纲
Alphaproteobacteria
C循环
Carbon cycling

419 353 未知 Porphyrobacter tepidarius 变形菌门 Proteobacteria α-变形菌纲
Alphaproteobacteria

71 800 巴西固氮螺菌 Azospirillum brasilense 变形菌门 Proteobacteria α-变形菌纲
Alphaproteobacteria
71 800 未知 Erythromonas ursincola 变形菌门 Proteobacteria α-变形菌纲
Alphaproteobacteria
78 1167 需求固氮弧菌 Azoarcus indigens 变形菌门 Proteobacteria β-变形菌纲
Betaproteobacteria
215 1614 解硫胺素硫胺素芽孢杆菌
Aneurinibacillus aneurinilyticus
厚壁菌门 Firmicutes 芽孢杆菌纲 Bacilli
215 1614 未知 Aneurinibacillus migulanus 厚壁菌门 Firmicutes 芽孢杆菌纲 Bacilli
219 2569 未知 Bradyrhizobium 变形菌门 Proteobacteria α-变形菌纲
Alphaproteobacteria
299 1105 脲芽孢八叠球菌 Sporosarcina ureae 厚壁菌门 Firmicutes 芽孢杆菌纲 Bacilli
309 734 欧洲亚硝化单胞菌 Nitrosomonas europaea 变形菌门 Proteobacteria β-变形菌纲
Betaproteobacteria
419 353 极尖组织菌 Tissierella praeacuta 厚壁菌门 Firmicutes 梭菌纲 Clostridia
N循环
Nitrogen cycling

71 800 未知 Blastomonas natatoria 变形菌门 Proteobacteria α-变形菌纲
Alphaproteobacteria
76 1160 杆状脱硫微菌 Desulfomicrobium baculatum 变形菌门 Proteobacteria δ-变形菌纲
Deltaproteobacteria
206 1493 未知 Thiobacillus hydrothermalis 变形菌门 Proteobacteria β-变形菌纲
Betaproteobacteria
215 1614 未知 Sulfobacillus disulfidoxxidans 厚壁菌门 Firmicutes 芽孢杆菌纲 Bacilli
215 1614 热氧化硫化杆菌
Sulfobacillus thermonsulfidooxidans
厚壁菌门 Firmicutes 芽孢杆菌纲 Bacilli
219 2569 布氏密螺旋体 Treponema bryantii 螺旋体门 Spirochaetes 螺旋体纲 Spirochaetes
254 624 死海外硫红螺菌 Ectothiorhodospira marismortui 变形菌门 Proteobacteria γ-变形菌纲
Gammaproteobacteria
266 563 地热脱硫肠状菌 Desulfotomaculum geothermicum 厚壁菌门 Firmicutes 梭菌纲 Clostridia
311 603 人型枝原体 Mycoplasma hominis 柔膜菌门 Mollicuteria 柔膜菌纲 Mollicuteria
S循环
Sulphur cycling
69 892 胶状红长命菌 Rubrivivax gelatinosus 变形菌门 Proteobacteria β-变形菌纲
Betaproteobacteria
分解磷钾
Phosphorus and
potassium dissolving
221 808 碟形囊球菌 Angiococcus disciformis 变形菌门 Proteobacteria δ-变形菌纲
Deltaproteobacteria
309 734 过渡原囊菌 Archangium gephyra 变形菌门 Proteobacteria δ-变形菌纲
Deltaproteobacteria
抑菌
Pathogen inhibition
227 975 少动鞘氨醇单胞菌 Sphingomonas paucimobilis 变形菌门 Proteobacteria α-变形菌纲
Alphaproteobacteria
206 1493 海洋斯瓦尼氏菌 Shewanella 变形菌门 Proteobacteria γ-变形菌纲
Gammaproteobacteria
益生菌
Beneficial bacteria
187 937 球形节杆菌 Arthrobacter globiformis 放线菌门 Aquificae 放线菌纲 Actinobacteria 降解烟碱
Nicotine degradation

第 12期 陈冬梅等: 植烟土壤提取物质对烟株生长及根际土壤细菌多样性的影响 1619


表 8 与烟草生长呈负相关土壤细菌的功能差异
Table 8 Functional differences of soil bacterial significantly negatively correlated with tobacco growth
HAE Ⅲ Area 对应菌种 Candidate species 分类 Classification 功能 Function
287 319 运动螺旋菌 Heliobacillus mobilis 厚壁菌门 Firmicutes 梭菌纲 Mollicutes C循环 Carbon cycling
287 319 双酶梭菌 Clostridium bifermentans 厚壁菌门 Firmicutes 梭菌纲 Mollicutes N循环 Nitrogen cycling
301 598 肉毒梭菌 Clostridium botulinum 厚壁菌门 Firmicutes 梭菌纲 Mollicutes
301 598 诺氏梭菌 Clostridium novyi 厚壁菌门 Firmicutes 梭菌纲 Mollicutes
207 1507 未知 Eikenella 变形菌门 Proteobacteria β-变形菌纲 Betaproteobacteria
218 3559 植物类诺卡氏菌 Nocardioides plantarum 放线菌门 Aquificae 放线菌纲 Actinobacteria
204 1796 斯氏小小梨形菌 Pirellula staleyi 浮霉菌门 Planctomycetes 浮霉菌纲 Planctomycetacia
207 1507 普氏立克次氏体 Rickettsia prowazekii 变形菌门 Proteobacteria α-变形菌纲 Alphaproteobacteria
207 1507 斑疹伤寒立克次氏体 Rickettsia typhi 变形菌门 Proteobacteria α-变形菌纲 Alphaproteobacteria
病原菌 Pathogen

3 讨论与结论
连作加重了自毒物质在作物根际土壤的积聚 ,
改变了土壤微环境并连同作物根系分泌的自毒物质
一起影响植株代谢, 对作物生长造成重大影响, 最
后导致自毒现象的产生。晋艳等[2]研究表明, 烟草随
着连作年限的增加 , 烟株根系的生长也明显变差 ,
株高、叶面积系数、节距和茎围等主要农艺性状指
标与未连作烟株相比均有不同程度下降。柳均等[19]
研究指出: 烤烟品种“K326”的顶芽、腋芽烟草残体
腐解后对种子萌发具有显著抑制作用。陈洁宇等[20]
采用漂浮育苗试验方法研究烤烟顶杈腐解液对烟株
生长的影响, 陈浩等 [21]采用水培试验, 研究烤烟不
同浓度根茬腐解液对烟草生长发育的影响, 结果均
表明: 腐解液对烟草生物性状上表现为“低促高抑”
的作用, 浓度大于 0.25 g·mL−1的腐解液对烟草生长
产生一定程度的抑制作用。无论是烟草的顶芽、腋
芽残体腐解液还是根茬腐解液都是淋溶或腐解的形
式通过土壤对烟草生长发育产生影响。本研究结果
显示, 通过盆栽烟草外源添加连作烟草土壤提取物,
模拟连作时, 连作烟草土壤提取物处理使烟株生长
表现出与连作障碍一致的障碍效应, 且随添加浓度
的增加, 抑制率显著提高。具体表现为烟草株高变
矮, 叶面积变小, 叶绿素含量减少, 气孔导度、胞间
CO2 浓度、蒸腾强度、净光合速率等光合参数降低,
烟株光合作用受抑制。
烟株体内若有过多的活性氧自由基会诱发细胞
膜脂不饱和脂肪酸发生连锁的过氧化反应, 导致膜
质过氧化。植物体内存在 SOD、POD、CAT等清除
活性氧的重要保护酶, 可清除过多的活性氧自由基,
抑制膜质过氧化产物 MDA 的积累, 维持细胞的稳
定和完整, 提高烟株对逆境的适应性[22]。在外源连
作烟草土壤提取物胁迫下, 烟株体内的 SOD、POD、
CAT 等保护酶活性升高 , 进而提高烟株的抗逆性 ,
但仍无法抑制膜脂过氧化的发生, 烟株体内 MDA
含量增加, 且随着处理浓度的提高, MDA 含量显著
升高, 膜脂化破坏程度增强。
土壤是一种类生物体, 土壤微生态环境的变化
直接影响土壤有机质的矿化和养分形态的转化。根
际是植物与土壤接触的微环境, 是植物获取养分的
主要区域。在土壤系统功能水平上, 探讨根际土壤
中各生物体间与土壤环境间的互作关系, 是当今微
生物分子生态学的热点。贾志红等[23]采用传统可培
养法, 对烟区轮作与连作土壤细菌群落多样性进行
比较研究, 结果显示, 轮作微生物多样性较连作高。
本研究采用 T-RFLP 技术, 对烟草根际土壤微生物
多样性变化进行分析, 结果显示, 外源添加植烟土
壤提取物质处理后, 根际土壤中细菌群落多样性水
平显著下降, 且随添加浓度的升高, 下降越显著。这
一变化规律与随着连作年限增加根际土壤中细菌群
落的多样性水平变化规律一致[18]。植烟土壤提取物
质处理中存在较多的病原菌, 对照根际土中存在更
多的与土壤营养元素循环相关的细菌。可见, 外源
添加物质处理使病原菌增加, 破坏了原有烟草根际
土壤微生物群落的平衡, 使其微生态环境恶化。
综上 , 可以推断连作土壤中自毒物质的富集 ,
是造成烟草连作障碍的主要原因。植烟土壤提取物
质处理可以较好地模拟烟草连作障碍, 植烟土壤提
取物质可诱导土壤生物活性朝着连作的方向演化 ,
破坏土壤根际微环境, 从而使烟株发育和生长受到
不同程度的影响。
参考文献
[1] 张重义, 谢小波, 王毅, 等. 烟草化感自毒作用与其连作障
碍研究的启示[J]. 中国烟草学报, 2011, 17(4): 88–92
[2] 晋艳, 杨宇虹, 段玉琪, 等. 烤烟轮作、连作对烟叶产量质
量的影响[J]. 西南农业学报, 2004, 17(S1): 267–271
[3] 王茂胜, 陈懿, 薛小平, 等. 长期连作对烤烟产量和质量的
影响[J]. 耕作与栽培, 2010(1): 8–9, 43
1620 中国生态农业学报 2012 第 20卷


[4] 方树民, 顾钢, 纪成灿, 等. 烟草青枯菌致病型及分布的研
究[J]. 中国烟草学报, 2002, 8(3): 40–43
[5] 祝明亮, 李天飞, 夏振远, 等. 云南省烟草根结线虫发病土
壤生态因子分析[J]. 中国烟草学报, 2003, 9(4): 30–34
[6] 张重义, 林文雄. 药用植物的化感自毒作用与连作障碍[J].
中国生态农业学报, 2009, 17(1): 189–196
[7] Dobermann A, Dawe D, Roetter R P, et al. Reversal of rice
yield decline in a long-term continuous cropping experiment
[J]. Agronomy Journal, 2000, 92(4): 633–643
[8] 高子勤 , 张淑香 . 连作障碍与根际微生态研究 . Ⅰ 根系分
泌物及其生态效应[J]. 应用生态学报, 1998, 9(5): 549–554
[9] 林文雄, 熊君, 周军建, 等. 化感植物根际生物学特性研究
现状与展望[J]. 中国生态农业学报, 2007, 15(4): 1–8
[10] 苗淑杰 , 乔云发 , 韩晓增 . 大豆连作障碍的研究进展 [J].
中国生态农业学报, 2007, 15(3): 203–206
[11] 粱银丽, 陈志杰, 徐福利, 等. 黄土高原设施农业中的土壤
连作障碍[J]. 水土保持学报, 2004, 18(4): 134–136
[12] 胡元森, 刘亚峰, 吴坤, 等. 黄瓜连作土壤微生物区系变化
研究[J]. 土壤通报, 2006, 37(1): 126–129
[13] 杨宇虹, 陈冬梅, 晋艳, 等. 不同肥料种类对连作烟草根际
土壤微生物功能多样性的影响[J]. 作物学报 , 2011, 37(l):
105–111
[14] 陈冬梅. 作物多样性栽培对烟草连作障碍的生态调控机制
[D]. 福州: 福建农林大学, 2010
[15] 乜兰春 , 冯振中, 周镇 . 苯甲酸和对-羟基苯甲酸对西瓜种
子发芽及幼苗生长的影响[J]. 中国农学通报, 2007, 23(1):
237–239
[16] 吴凤芝 , 黄彩红 , 赵凤艳 . 酚酸类物质对黄瓜幼苗生长及
保护酶活性的影响[J]. 中国农业科学, 2002, 35(7): 821–825
[17] Balke N E, Hodges T K. Comparison of reductions in
adenosine triphosphate content, plasma membrane-associated
adenosine triphosphatase activity, and potassium absorption
in oat roots by diethylstilbestrol[J]. Plant Physiology, 1979,
63(1): 53–56
[18] 陈冬梅, 柯文辉, 陈兰兰, 等. 连作对白肋烟根际土壤细菌群
落多样性的影响[J]. 应用生态学报, 2010, 21(7): 1751–1758
[19] 柳均 , 周冀衡 , 邓小刚 , 等 . 烟草残体腐解物的化感潜力
[J]. 湖南农业大学学报: 自然科学版, 2010, 36(1): 26–29
[20] 陈洁宇, 周冀衡, 柳均, 等. 烤烟顶杈腐解液对烟草生长和
相关生理指标的影响[J]. 作物研究, 2011, 25(2): 114–118
[21] 陈浩, 周冀衡, 陈洁宇, 等. 烤烟根茬腐解液对烟草生长发
育的影响[J]. 湖南农业科学, 2012(1): 31–34
[22] 李明 , 王根轩 . 干旱胁迫对甘草幼苗保护酶活性及脂质过
氧化作用的影响[J]. 生态学报, 2002, 22(4): 503–507
[23] 贾志红, 易建华, 苏以荣, 等. 烟区轮作与连作土壤细菌群
落多样性比较[J]. 生态环境学报, 2010, 19(7): 1578–1585