不同小麦伴生对黄瓜生长·保护酶活性及枯萎病的影响

吕爽 郭鹏旭 董航 付连双 刘守伟 吴凤芝

摘要 利用化感作用原理，探索设施黄瓜连作障碍调控技术，以黄瓜为试材，采用盆栽方式，研究不同品种小麦伴生对接种尖孢镰刀菌黄瓜生长、保护酶活性及枯萎病的影响。结果表明，不同小麦伴生均降低了黄瓜枯萎病发病率、病情指数，其中X04、X09处理的病情指数均与对照差异显著，防治效果均高于其他处理；不同小麦伴生均促进了黄瓜株高、茎粗的增加，X04处理的茎粗、地上部鲜重、地上部干重均较高，均与对照差异显著，X09、X04处理的地下部干重显著高于其他处理和对照。

在2个取样时期，各处理黄瓜叶片丙二醛含量均低于對照，β-1，3-葡聚糖酶活性均高于对照，接菌后第7 天，X04处理的丙二醛含量最低，β-1，3-葡聚糖酶活性最高，均与对照差异显著；接菌后第14天，X04处理的多酚氧化酶、超氧化物歧化酶、苯丙氨酸解氨酶、过氧化物酶活性均高于其他处理和对照。

整体上，小麦伴生黄瓜栽培，能够减缓黄瓜枯萎病的发生，促进黄瓜生长及干物质积累，提高黄瓜叶片保护酶活性，降低丙二醛含量，不同小麦品种间存在差异，其中，X04处理表现相对较好。该研究为采用小麦伴生缓解黄瓜连作障碍技术的应用提供理论参考。

关键词 黄瓜；小麦；伴生；枯萎病

中图分类号 S344  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）14-0038-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.14.010

作者简介 吕爽（1977—），女，黑龙江哈尔滨人，副教授，硕士，从事设施园艺与蔬菜生产研究。 * 通信作者，教授，博士，从事设施园艺与蔬菜生理生态研究。

黄瓜（Cucumis sativus L.）属葫芦科甜瓜属植物，是我国设施栽培面积最大的蔬菜，具有可观的经济效益［ 1］，目前设施黄瓜连作障碍严重，易引发黄瓜枯萎病［ 2］。近年来，利用植物化感作用原理合理安排耕作制度，如间作、套作、轮作等，可以缓解或避免连作障碍［ 3-4］。在设施连作茄子黄萎病高发地区，用大蒜与茄子进行轮作，降低了茄子黄萎病发病率和病情指数，提高茄子产量和品质［ 5］。西瓜与旱作水稻间作，能够增加西瓜根际土壤微生物数量，减轻西瓜枯萎病，增加西瓜产量［ 6］。黄瓜与辣椒采取适宜间作模式可显著降低辣椒疫病发病率和病情指数，有效控制辣椒疫病发生［ 3］。

伴生是一种特殊的间作形式，它是利用植物间的间套作，在主栽作物的旁边种植伴生作物，伴生作物不以收获为目的［ 7］，小麦是典型的化感作物［ 8］，研究表明，伴生小麦能够促进连作黄瓜生长，增加黄瓜根际土壤酶活性及土壤微生物群落结构多样性，明显改善土壤微生物区系组成，降低了黄瓜枯萎病病情指数和土传病菌数量，缓解连作障碍，提高黄瓜产量［ 9-11］，伴生小麦降低了黄瓜叶绿素和蛋白质降解速度，提高了黄瓜抗氧化酶活性，增强了糖、氮代谢关键酶活性，诱导了糖代谢相关基因的表达，减缓了黄瓜叶片衰老，缓解黄瓜连作障碍［ 12-14］。

以往对小麦伴生黄瓜的研究集中于某单个小麦品种上，而关于不同品种小麦伴生对黄瓜生长及土传病害的影响鲜见研究。笔者在前期工作基础上，以黄瓜为主栽作物，以不同品种小麦为伴生作物，采用盆栽方式，通过测定黄瓜株高、茎粗等形态指标，测定丙二醛、超氧化物歧化酶活性等生理指标以及枯萎病发病率、病情指数等，探明不同品种小麦伴生对接种尖孢镰刀菌黄瓜生长及枯萎病发病情况的影响，旨在为进一步筛选能够减缓黄瓜枯萎病发生的优良小麦品种、为小麦伴生栽培模式的应用及黄瓜连作障碍问题的后续研究奠定科学基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于2020年6—10月在东北农业大学向阳基地大棚和园艺学院蔬菜生理生态研究室进行。供试黄瓜（Cucumis sativus L.）品种为金秋1号，供试小麦（Triticum aestivum L.）品种共计14份，具体来源和代码见表1。

尖孢镰刀菌黄瓜专化型（Fusarium oxysporum f.sp.cucumerinum，简称FOC）从东北农业大学园艺设施工程中心温室内的黄瓜枯萎病病株中分离而得。

供试土壤为向阳基地大田土。

1.2 试验设计

黄瓜常规育苗，子叶展平时分苗于营养钵中，两叶一心时选取生长一致的幼苗定植于盆栽盆中（22.5 cm×14.00 cm）。定植后第7天，分别在黄瓜植株一侧成簇撒播20～30粒小麦，当小麦生长到20 cm时割掉，以不影响黄瓜生长为准，常规方法进行黄瓜管理，黄瓜生长过程中适时定量浇水。在伴生小麦后第5天时向每个盆栽盆中浇施30 mL尖孢镰刀菌孢子悬浮液，浓度为1.0×107 CFU/mL，以小麦伴生黄瓜并接种尖孢镰刀菌为处理，共14个处理，以不伴生小麦只接种尖孢镰刀菌的黄瓜为对照，每个处理3次重复，每个重复25盆，随机区组排列，设置保护行。从接菌后开始对黄瓜枯萎病发病情况进行田间调查，计算发病率、病情指数和防治效果。在接菌后第14天选取各处理长势较一致的黄瓜，测株高、茎粗，同时进行全株取样，用于植株地上、地下鲜重、干重的测定，并分别在接菌后第7天、第14天取叶片，将其保存于液氮中，速冻完毕后存于-80 ℃超低温冰箱中，用于丙二醛等生理指标的测定，上述测量及取样，均是每个处理的每个重复测（取）3株，结果取平均值。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 黄瓜枯萎病发病率、病情指数、防治效果的计算。采用以下分级标准调查病情，按照如下公式计算发病率、病情指数和防治效果［ 15］：

发病率=发病株数/植株总数×100%

病情指数=∑（病级株数×代表级数）/（植株总数×最高代表级值）×100

防治效果＝（对照病情指数－处理病情指数）／对照病情指数×100

0级，植株生长健壮，无任何症状；1级，茎叶轻微症状；2级，植株轻度萎蔫，茎出现坏死斑，叶片黄化；3级，植株中度萎蔫，叶片下垂黄化；4级，全株严重萎蔫，倒伏枯死。

1.3.2 形态指标测定。常规方法测定株高（茎基部到植株生长最高处，用米尺测定）、茎粗（茎基部的粗度，用游标卡尺测定）及植株地上部、地下部鲜重、干重（用分析天平测定）。

1.3.3 生理指标测定。丙二醛含量采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法测定［ 16］，β-1，3-葡聚糖酶活性采用还原糖法测定［ 17］，超氧化物歧化酶活性采用氮蓝四唑（NBT）光化还原法测定［ 18］，过氧化物酶活性采用愈创木酚法测定［ 18］，苯丙氨酸解氨酶活性采用苯丙氨酸法测定［ 19］，多酚氧化酶活性采用紫外分光光度法测定［ 20］。

1.4 数据分析

采用Excel 2003软件处理原始数据，用SPSS 16.0（SPSS Inc.，USA）软件分析不同处理间的差异显著性（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同品种小麦伴生对接种尖孢镰刀菌黄瓜枯萎病发病率及病情指数的影响

由表2可知，与对照相比，除X11伴生处理外，其他伴生处理的枯萎病发病率均低于对照，差异均不显著；所有伴生处理的病情指数均低于对照，其中，X04、X09伴生处理的病情指数与对照差异显著，X04、X09伴生的防治效果高于其他处理，分别为24.35%、19.76%。

2.2 不同品种小麦伴生对接种尖孢镰刀菌黄瓜生长指标的影响

2.2.1 黄瓜株高和茎粗。由表3可知，不同品种小麦伴生处理的黄瓜株高均高于对照，除X01、X11、X13处理外，其他处理均与对照差异显著；除X07外，其他伴生处理的茎粗均比对照高，其中X04处理茎粗与对照差异显著，比对照增加20.28%，其他处理均与对照无显著差异。

2.2.2

黄瓜植株鲜、干重。由表4可知，除X01处理外，不同品种小麦伴生，对黄瓜植株地上部鲜重的增加均有一定的促进作用，X04处理最高，比对照增加了53.64%；X12、X09处理的地下部鲜重均大于5 g/株，均显著高于其他处理和对照；在所有处理中，以X04处理的地上部干重最大，比对照增加19.05%，且差异显著；以X09、X04处理的地下部干重较高，显著高于其他处理和对照，分别比对照增加78.38%、60.62%。

2.3 不同品种小麦伴生对接种尖孢镰刀菌黄瓜丙二醛含量和保护酶活性的影响

由表5可知，在接菌后第7天、第14天，各伴生处理的黄瓜叶片丙二醛含量均低于对照，接菌后第7天，X04处理丙二醛含量最低，比对照降低35.02%，差异显著；第14天时，X06处理显著低于其他處理，比对照降低42.45%。

接菌后第7天，除X06、X11处理外，其他处理的β-1，3-葡聚糖酶活性均显著高于对照，其中X04处理较高，比对照高62.74%；第14天时，除X13处理外，其他处理β-1，3-葡聚糖酶活性均显著高于对照，其中以X04、X06、X07、X12处理较高。

接菌后第7天，X03、X04、X13等处理的苯丙氨酸解氨酶活性均显著高于对照；第14天 时，X04处理高于其他处理和对照，比对照增加28.83%。

由表6可知，接菌后第7天时，X06、X04处理的超氧化物歧化酶活性较高，与对照差异显著，分别比对照增加8989%、55.23%；第14天时，X04处理超氧化物歧化酶活性高于其他处理和对照，较对照增加60.65%。

在接菌后第14天 时，X04、X09处理的过氧化物酶活性较高，分别较对照增加44.77%、34.05%。

在2个取样时期，各伴生处理的多酚氧化酶活性均呈升高趋势，接菌后第7天，X08、X09处理均显著高于对照，第14天时，X04处理最高，较对照增加89.76%。

3 讨论

间作是利用种间互作控制病虫害发生和提高粮食产量的传统农作措施，间作控病增产现象已在多种间作体系中得到证实［ 21］。利用伴生植物间套作可防治或减缓病虫害，伴生作物的根系分泌物既能够促进作物生长，又能改善土壤生态环境，控制某些病害的发生［ 4］。分蘖洋葱伴生番茄，提高

了番茄抗灰霉病的水平［ 22］，采用茴香、薄荷或分蘖洋葱伴生

番茄，能够减轻番茄根结线虫病［ 23］，大蒜伴生显著降低了连作西瓜枯萎病发病率［ 4］，小麦伴生降低了西瓜白粉病病情指数［ 24］，分蘖洋葱伴生显著降低了菜豆细菌性疫病的发病率

和病情指数［ 25］。该研究结果表明，不同品种小麦伴生栽培均能够缓解黄瓜枯萎病的发生，这与前人研究结果一致。可能是伴生后，小麦根系分泌物进入土壤，抑制了病原菌的生长繁殖，或是小麦根系分泌物对黄瓜土壤微生物的抑制作用增强，直接或间接改变了土壤微生物数量、群落结构和多样性，使病原菌数量占总微生物总数的百分比下降，改善了土壤微生态环境，使病害得到控制［ 4，26］，该研究还发现，X04处理的病情指数最低，防治效果较高，表明伴生条件下，非寄主作物品种的差异对伴生控病效果具有重要影响［ 21］，但其作用机理尚未可知。研究表明，不同化感效应小麦根系分泌物对黄瓜土壤真菌群落结构产生不同的影响［ 26］，不同化感潜力分蘖洋葱根系分泌物处理增加了黄瓜幼苗根际土壤细菌、放线菌数量，降低了真菌、尖孢镰刀菌数量［ 27］，小麦间作对蚕豆枯萎病的控病效果受小麦品种影响，云麦42、云麦47 分别与蚕豆间作，均降低了蚕豆枯萎病病情指数、尖孢镰刀菌数量，而绵阳29小麦间作处理对此无显著影响［ 21］，进一步研究发现，3个品种小麦根系分泌物中可溶性糖、游离氨基酸、有机酸的种类和含量有所不同，表明间作系统中非寄主作物根系分泌物的差异是影响间作对土传病害控制的重要因素［ 28］。因此，研究中，可能是不同品种小麦具有不同的根系分泌物，其含量和组分的差异对根际微生物活性和群落结构产生了重要影响，进一步开展对不同品种小麦根系分泌物成分鉴定和反馈试验，是理解不同品种小麦与黄瓜伴生影响黄瓜枯萎病防控效果的关键。

连作障碍是设施蔬菜可持续发展的棘手问题，伴生可以合理地利用作物间相生相克，调控植物生长发育和改善土壤理化性质，达到生态平衡［ 29］。张福建等［ 29］研究表明，辣椒伴生大麦和芥菜均增加了辣椒的株高，其中伴生芥菜处理的株高与对照差异显著。分蘖洋葱伴生番茄，增加番茄株高、干鲜重［ 22］。该研究结果表明，小麦伴生处理增加接种尖孢镰刀菌黄瓜株高、茎粗，与前人研究结果一致。另外，吴绍军等［ 4］研究发现，大蒜伴生可提高连作西瓜植株地上、地下的干重和鲜重，芹菜伴生豇豆可显著提高豇豆地上鲜重、地上干重［ 30］，该研究结果表明，小麦伴生处理在一定程度上促进了黄瓜植株地上部、地下部鲜重和干重的增加，这与前人研究结果一致，可能是因为小麦根系分泌物改善了土壤理化性状，提高了土壤酶活性，增加了土壤中微生物数量及多样性，改善了根区土壤的微生态环境，从而促进了黄瓜的生长［ 4］。此外，该研究还发现，X04处理植株茎最粗，地上部鲜重、地上部干重均较高，X09、X04处理的地下部干重较高，说明这些小麦伴生能够增强接种尖孢镰刀菌黄瓜植株长势、促进地下部干物质积累，有助于植株更好地吸收土壤养分，促生效果好。

当植物受到病原菌侵染时，会产生一系列的生理生化反应，MDA含量及SOD、POD和PAL 等防御酶活性会发生变化，来避免对细胞膜产生伤害，抵抗病原菌侵染，从而达到保护自身的目的［ 31-32］，采用伴生栽培模式，利用植物与植物、植物与微生物之间的相互作用，能提高作物抗性相关酶活性，进而提高抗性［ 29］。大葱伴生处理显著提高连作甜瓜SOD、POD和CAT活性，MDA含量显著低于单作［ 33］，伴生大麦和芥菜均显著提高连作辣椒POD、CAT活性［ 29］。该研究结果表明，在接种枯萎病菌后的2個取样时期，各处理黄瓜叶片丙二醛含量均低于对照，β-1，3-葡聚糖酶活性均高于对照；接菌后第7天 时，X04伴生处理的黄瓜叶片β-1，3-葡聚糖酶活性显著高于对照；接菌后第14天 时，X04处理的多酚氧化酶活性、超氧化物歧化酶活性、苯丙氨酸解氨酶活性、过氧化物酶活性均高于其他处理和对照，均与对照差异显著，说明用该品种小麦伴生黄瓜，能有效阻止黄瓜叶片高浓度氧积累，防止细胞膜膜脂过氧化作用，或提升了黄瓜抵制病原菌侵染的能力，总之对接种枯萎病菌的黄瓜叶片起到更好的保护作用，这与前人研究结果一致。

该研究结果表明，不同品种小麦伴生对接种尖孢镰刀菌黄瓜枯萎病发生、植株生长状况、保护酶活性等生理指标的影响不同，其原因可能是不同品种小麦的遗传背景不同，从而造成根系分泌物中的化感物质种类或含量不同。该研究表明，不同品系小麦根系分泌物对黄瓜幼苗的化感作用不同，相同品系小麦根系分泌物对黄瓜幼苗的不同测试指标化感作用也不尽相同［ 34］，不同化感效应的小麦根系分泌物对黄瓜幼苗的生长状况、光合作用、保护酶活性、渗透调节物质含量及膜脂过氧化程度的影响不同［ 35-36］。Wu 等［ 37-38］在研究不同品种小麦对黑麦草的化感作用中也得到相似结果。不同品种小麦对黄瓜幼苗化感作用的差异与根系分泌物中的哪些成分有关，其作用机理如何，还有待进一步研究。

4 结论

黄瓜连作会导致枯萎病等土传病害的发生，影响植株正常生长，采用小麦伴生黄瓜栽培，能够在一定程度上降低黄瓜枯萎病发病率和病情指数，促进黄瓜生长及干物质积累，提高叶片保护酶活性，降低丙二醛的积累，不同小麦品种间存在差异，其中，X04表现相对较好，可为伴生小麦品种筛选及黄瓜连作障碍调控技术研究提供理论依据。

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