番茄连作与轮作土壤生物学特性及细菌群落结构的比较

杨尚东，李荣坦，吴俊，郭伊娟，龙明华.广西大学农学院园艺系，广西 南宁 530004；2.广西农业科学院//广西甘蔗遗传改良重点开放实验室，广西 南宁 530007



番茄连作与轮作土壤生物学特性及细菌群落结构的比较

杨尚东1,2，李荣坦1，吴俊1，郭伊娟1，龙明华1
1.广西大学农学院园艺系，广西 南宁 530004；2.广西农业科学院//广西甘蔗遗传改良重点开放实验室，广西 南宁 530007

摘要：随着全国番茄（Lycopersicon esculentum）的规模化生产以及形成相对固定的生产区域，番茄连作障碍现象逐年严重。文章针对番茄连作、轮作土壤的生物学特性及细菌群落结构展开了分析，旨在揭示连作与轮作土壤中生物学特性及细菌群落结构的变化规律，为保障番茄产业的可持续发展提供技术支撑。试验分别设置番茄-番茄、番茄-茄子（Solanium melongena）、番茄-辣椒（Capsicum annuum）连作和番茄-黄瓜（Cucumis sativus L.）、番茄-白菜（Brassica campestris L.）、番茄-菜豆（Phaseolus vulgaris）轮作共6个处理。采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）以及稀释平板法等现代和传统分析技术，比较分析了连作和轮作不同蔬菜作物对土壤生物学性状和细菌群落结构的影响。结果表明：番茄连作导致土壤可培养细菌、放线菌数量显著降低，真菌数量显著增加，微生物群落由细菌型向真菌型转变；同时连作还导致土壤中指示土壤肥力的微生物生物量碳、氮和涉及碳、氮、磷循环相关酶活性显著降低；此外，番茄连作导致土壤细菌多样性指数（H）、均匀度指数（EH）和丰富度指数（S）下降，番茄连作土壤中主要以不可培养细菌（Uncultured bacterium）为优势种属。相比之下，番茄轮作不仅能显著增加微生物数量，提高土壤微生物生物量碳、氮和酶活性，而且轮作土壤中除了维持较高的细菌多样性之外，还出现假单胞杆菌属（Pseudomonas sp.）等促生细菌种属。表明番茄轮作有利于提高土壤肥力和保持土壤健康。其中，番茄轮作黄瓜、白菜和菜豆3种不同科属蔬菜作物中，以轮作菜豆更有利于提高土壤肥力和保持土壤健康。

关键词：番茄；连作；细菌群落结构；生物学性状；PCR-DGGE

YANG Shangdong,LI Rongtan,WU Jun,GUO YiJuan,LONG Minghua.Comparison of Soil Microbial Properties and Bacterial Community Structure in Continuous Cropping and Rotation Fields of Tomatoes [J].Ecology and Environmental Sciences,2016,25(1):76-83.

番茄（Lycopersicon esculentum）是广西主要茄果类蔬菜之一。近年来，随着广西番茄生产逐步向规模化、效益化方向发展，特别是无公害蔬菜基地项目的实施，使广西番茄产业规模逐年扩大，目前年播种面积已达5.07×104hm2，而且300 hm2以上连片的番茄产区已屡见不鲜。然而随着番茄规模化和集约化生产的逐年加大，病虫害的发生也越来越严重。近年来，连作障碍、青枯病和晚疫病等病害所造成的损失正逐年增加，严重阻碍来了广西番茄产业的可持续发展（李文嘉等，2011；王益奎等，2011）。

其中，连作障碍发生的原因一方面与土壤传染性病害、土壤理化性状劣变以及由根系分泌物和残茬分解物等引起的自毒作用等有关，而这些因子均不同程度地与土壤中的微生物有关（雷娟利等，2005）。另一方面，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与和谐性，同时也可提高对土壤微生态环境恶化的缓冲能力（吴凤芝等，2007）。土壤微生物群落结构组成及其变化在一定程度上反映了土壤的质量及其健全性（吴凤芝等，2010），同时也是克服连作障碍及其他土壤障碍因子的关键所在（吴凤芝等，2008）。土壤中存在着大量的微生物，其中以细菌的种类和数量最多（贾志红等，2010）。近年来有关微生物培养、不同栽培方式及自毒物质对作物土壤微生物多样性影响的研究报道较多（王光华等，2008；胡元森等，2007），但有关不同栽培方式即蔬菜轮作对番茄连作土壤生物学特性及土壤微生物群落结构影响的系统研究还鲜有报道。

如今，随着广西番茄的规模化生产以及已形成相对固定的生产区域，番茄连作障碍现象已逐年严重。目前广西番茄的主要产区之一田阳县，其农资市场就充斥着各种防治连作障碍的农药广告。经笔者的调查发现，这些农药均以化学农药为主。考虑到长期大量使用单一的化学农药将不可避免地导致病原菌抗药性的增强以及农药残留等引发二次污染问题，本文针对目前广西番茄生产实践中存在的实际问题，拟利用生物技术克服番茄的连作障碍，保障广西番茄产业的可持续发展。但至今仍对番茄连作土壤的生态系统及肥力变化缺乏系统地了解。

为此，本文利用基于培养及非培养的传统和现代分析技术，分别对番茄连作、轮作土壤的生物学特性及细菌群落结构展开了分析，旨在揭示连作与轮作土壤中生物学特性及细菌群落结构的变化规律，为解决广西乃至于全国番茄产业生产过程中出现的连作障碍问题以及构建番茄可持续发展的技术体系提供理论依据和技术支撑。

1　材料与方法

1.1供试材料与试验处理

于2010年3月至2012年6月在广西大学农学院蔬菜生产基地采用露地栽培方式进行试验。小区面积约为2 m×24 m，3次重复，常规管理方式种植。番茄采用育苗后移栽的方式进行。试验土壤为赤红土，土壤pH 6.78，有机质含量20.03 g·kg-1，全氮2.14 g·kg-1，全钾23.42 g·kg-1，速效氮182.19 mg·kg-1，全磷1.21 g·kg-1，速效磷60.34 mg·kg-1，速效钾248.25 mg·kg-1。试验共6个处理，如表1所示，随机区组排列，每个处理为1个小区。1年2茬，每个处理3次重复。

表1　番茄连作与轮作处理Table 1　Rotation and Continuous Cropping Treatments of Tomatoes

1.2土壤采集和测定

2012年6月时采集土壤样品，每个处理小区多点随机采集0～30 cm耕作层土壤，以小区为单位将土样混匀后一部分过2 mm筛后置于4 ℃冰箱保存，用于土壤生物学性状及细菌群落结构的分析；另一部分室内自然风干后过0.5 mm筛用于土壤理化性状的分析。

土壤可培养微生物数量的测定采用稀释平板法（林先贵，2010）进行。其中，细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基，放线菌采用高氏一号琼脂培养基，真菌培养用马丁氏琼脂培养基，每个操作5次重复。

微生物生物量碳、氮采用氯仿熏蒸提取法（Joergensen et al.，1990；Vance et al.，1987）测定。

β-葡糖苷酶（β-Glucosidase）活性采用Hayano法（1973）测定。

蛋白酶（protease）活性采用Ladd法（1972）测定。

磷酸酶（phosphatase）活性采用Tabatabai et al.（1969）的方法测定。

土壤细菌群落结构：土壤基因组总DNA的提取参照Krsek et al.（1999）的方法稍加改良。即：称取5 g土壤，采用提取液和回收试剂盒（Biospin gel extraction kit，Bioflux，产品号：bsc02m1）进行基因组总DNA的提取和纯化，粗提和纯化结果采用1.0%（V/V）琼脂糖凝胶电泳检测；纯化后样品于-20 ℃冰箱保存备用；

土壤细菌16S rDNA V3可变区的PCR扩增：采用对大多数细菌的16S rRNA基因V3区具有特异性的引物对F338GC和R518（刘玮等，2010；Erik et al.，1999），上游引物序列为F338GC5'-(CGCCCGCCGCGCGCGGCGGGCGGG GCGGGGGCACGGGGGGACTCCTACGGGAGGC AGCAG-3')；下游引物为R518(5'-ATTACCGCGGCTGCTGG-3')，PCR产物用1.5% （V/V）琼脂糖凝胶电泳检测。

变性梯度凝胶电泳（DGGE）分析：采用Bio-Rad公司DCodeTM基因突变检测系统（DCode Universal Mutation Detection System，BIO-RAD）对PCR反应产物分离。样品在变性剂浓度30%～60%的8%聚丙烯酰胺凝胶中，100 V的恒定电压下，60 ℃电泳7 h。电泳完毕后，凝胶银染20～30 min后用GelDoc凝胶成像分析系统（北京赛百奥科技有限公司）观察并拍照。

细菌16S rDNA片段的克隆和测序：切下目的条带，用聚丙烯酰胺凝胶DNA回收试剂盒进行胶回收，以不含GC片段的引物对F338 （5′-CCTACGGGAGGCAGCAG-3′）和R518再次进行PCR扩增。扩增产物在1.5%琼脂糖凝胶中检测，由上海生物生工有限公司进行克隆和测序。

DGGE图谱：采用Quantity one（V4.6.9）分析软件（Bio-Rad）对各土壤样品的电泳条带数及密度进行定量分析。多样性指数（H）、丰度（S）和均匀度（EH）的计算方法参照罗海峰等（2003）的方法进行。

测序所得结果用NCBI的Blast程序（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/）进行序列同源性分析，采用Sequence match程序（http://rdp.cme.msu.edu/Ribosomal Database Project Ⅱ-Release9 website）进行细菌分析。

1.3统计分析方法

本试验数据采用Excel 2010和SPSS 19.0统计软件对试验数据进行统计分析，多重比较采用邓肯氏新复极差检验法（Duncan’s Multiple Ranger Test，DMRT）。

2　结果与分析

2.1可培养微生物的数量

土壤微生物三大类群（细菌、真菌和放线菌）是构成土壤微生物的主要生物量，它们的类群组成和数量变化通常能反映土壤的生物活性水平，显示土壤中物质代谢的旺盛程度，亦是反映土壤肥力的一个重要指标（朱海平等，2003）。

由表2可知，可培养细菌数量在长期番茄连作土壤中最少，而在轮作豆科菜豆的土壤中最多，数量表现依次为处理6＞处理5＞处理4＞处理2＞处理3＞处理1土壤。可培养细菌数量在轮作和连作土壤中的差异均达极显著水平。同时，可培养放线菌数量在番茄轮作和连作土壤中呈现出与可培养细菌类似的变化趋势。然而，可培养真菌数量却呈现出与土壤可培养细菌相反的变化趋势，即：处理1＞处理2＞处理3＞处理5＞处理4＞处理6土壤，而且可培养真菌数量在番茄连作和轮作土壤中的差异均达显著差异水平。此外，轮作不同蔬菜作物处理间，可培养细菌和放线菌数量均以轮作菜豆为最大，可培养真菌数量则以轮作菜豆为最小。以上结果表明：番茄连作不仅导致土壤中可培养细菌和放线菌数量显著降低，而且可导致土壤中可培养真菌数量显著增加。同时，黄瓜、白菜和菜豆3种轮作蔬菜作物中，以轮作菜豆对土壤可培养微生物数量的影响效果最为显著。

表2　番茄连作对土壤可培养微生物数量的影响Table 2　Effect of continuous cropping on soil microbial numbers in tomato field

2.2番茄连作对土壤微生物生物量碳、氮的影响

土壤微生物生物量碳和氮（Microbial Biomass C and N，分别缩写为MBC和MBN，下同）是植物矿质养分的源和汇，微生物生物量越大，土壤保肥作用越强，并使土壤养分趋于积累（Carter et al.，1984）。由表3可知，MBC和MBN在不同耕作处理土壤中的变化趋势均表现出轮作大于连作土壤。其中，MBC大小表现为处理6＞处理5＞处理4＞处理2＞处理3＞处理1；而MBN表现为处理6＞处理5＞处理4＞处理1＞处理3＞处理2。两者间的差异仅表现在连作处理间的大小顺序。虽然MBC和MBN在轮作不同蔬菜作物处理间不一定存在显著性差异，但在轮作和连作处理间几乎都存在着显著性差异，仅MBC在轮作处理4与连作处理2之间不存在显著性差异。无论是MBC或MBN，轮作不同蔬菜作物处理间均表现为以轮作豆科的菜豆为最大。

表3　番茄连作对土壤微生物生物量碳和氮的影响Table 3　Effect of continuous cropping on soil biomass C and N in tomato fields

总之，微生物生物量碳、氮在番茄连作土壤中均显著低于轮作土壤，而且在轮作葫芦科（黄瓜）、十字花科（白菜）和豆科（菜豆）蔬菜作物中，以轮作豆科菜豆的提升效果最为显著。

2.3番茄连作对土壤涉及碳、氮、磷循环相关酶活性的影响

β-葡糖苷酶是表征土壤碳素循环速度的重要指标之一。番茄连作土壤中β-葡糖苷酶活性均极显著低于轮作土壤，各耕作处理方式土壤中β-葡糖苷酶活性大小顺序依次为处理6＞处理5＞处理4＞处理1＞处理3＞处理2（图1）。这一现象表明：与轮作土壤相比，番茄连作土壤中涉及碳素循环的转化速度减缓，其原因可能与连作土壤的微生物数量下降有关（表1）。

图1　番茄轮作和连作土壤酶活性变化比较Fig.1　Comparison in soil enzyme activities between the rotation and continuous cropping fields

土壤磷酸酶是一类催化土壤有机磷化合物矿化的酶，其活性高低直接影响着土壤的有机磷分解转化及其生物有效性。土壤磷酸酶包括酸性磷酸酶、中性磷酸酶和碱性磷酸酶（和文祥等，2003）。本试验供试土壤pH在7.0以下，所以仅测定其中的酸性磷酸酶。从图1可以看出，除轮作黄瓜处理外，番茄连作土壤中的磷酸酶活性均极显著低于轮作土壤。其中，轮作土壤中以轮作菜豆的土壤中磷酸酶活性为最高，其次分别为白菜和黄瓜。这一现象表明：番茄连作可导致土壤中有机磷的矿化以及生物有效性降低。

蛋白酶参与土壤中蛋白质以及其他含氮有机化合物的转化反应，其水解产物是植物吸收氮的来源之一（关松荫，1986）。蛋白酶活性受植物根系分泌物、微生物种类和群落结构以及土壤特性等因素的影响（杨万勤等，2002）。同样地，番茄连作土壤中蛋白酶活性均低于轮作土壤。同时，蛋白酶活性以轮作菜豆土壤为最高，其次分别为轮作白菜和黄瓜土壤，而且除轮作黄瓜处理外，番茄连作和轮作土壤之间的蛋白酶活性呈极显著差异（图1）。上述涉及土壤碳、氮、磷循环相关酶活性的结果表明：轮作制度不仅有利于提高土壤酶的活性，而且3种轮作蔬菜作物中，同样以轮作菜豆处理对提高土壤酶活性的效果最佳。

2.4番茄连作对土壤细菌群落结构的影响

2.4.1基因组DNA提取和PCR扩增

分别对番茄连作和轮作的土壤样品提取微生物总DNA，并取4 μL DNA样用1%琼脂糖凝胶电泳检测。从图2可以看出，试验提取的总DNA亮度较好，而且无明显拖带现象。此外，在核酸蛋白测定仪上测定OD260和OD280的值，OD260/OD280值介于1.8和2.0之间，说明所得到的总DNA质量符合实验要求（徐晓宇等，2005）。

图2　番茄连作和轮作土壤总DNA的琼脂糖电泳图谱Fig.2　Agarose gel electrophoresis of total DNA extracted from the soils collected from the rotation and continuous cropping tomatoes fields

以提取的土壤微生物总DNA为模板，F338-GC 和R518为扩增引物，对16S rDNA V3可变区进行PCR扩增。如图3所示，16S rDNA扩增后的DNA片段长度为250 bp左右，特异性好、无杂带，与理论值相符。说明该PCR程序适用于16S rDNA的扩增，并且能够得到较好的产物。

图3　番茄连作和轮作土壤细菌16SrDNA基因V3区扩增片段图谱Fig.3　PCR amplified fragment 16S rDNA (V3) gene of the soil bacteria collected from the rotation and continuous cropping tomatoes fields

2.4.2土壤细菌群落DGGE图谱分析

应用DGGE技术分离16S rDNA V3片段PCR产物，可分离到数目不等、位置各异的电泳条带（图4）。根据DGGE的分析原理，每一个条带大致与群落中的一个优势菌群或操作分类单元（Operational taxonomic unit，OTU）相对应，条带数越多，说明生物多样性越丰富；条带染色后的荧光强度越亮，表示该种属的数量越多。由此反映土壤中的微生物种类和数量（Krsek et al.，1999）。比较不同耕作制度条件下土壤细菌16S rDNA V3区片段PCR产物的DGGE图谱（图4a）及其示意图（图4b）发现：各不同处理条件下土壤细菌DGGE图谱的条带数量为：处理6（S为13）＞处理4（S 为10）＞处理5（S为8）＞处理3（S为7）＞处理1（S为6）＞处理2（S为5）。这一结果表明：同科作物（番茄、茄子和辣椒）连作导致土壤细菌丰富度下降，而轮作不同科属作物（葫芦科、十字花科和豆科）可提高土壤中细菌的丰富度。其中，轮作3种不同蔬菜作物土壤中细菌丰富度以轮作菜豆为最高，其次分别为轮作黄瓜和白菜土壤。

此外，根据细菌16S rDNA的PCR-DGGE图谱中条带的位置和亮度的数值化结果计算了细菌的多样性（Shannon-Wiener）指数，Shannon-Wiener指数值越大，表明细菌群落多样性越高（吴展才等，2005）。由表4可知：不同耕作制度条件下土壤细菌多样性指数的大小顺序为：处理6（2.40）＞处理4（2.02）＞处理5（1.70）＞处理3（1.64）＞处理2 （1.36）＞处理1（1.22）。这些结果说明：同科作物连作土壤细菌多样性逊于轮作土壤的同时，3种轮作蔬菜作物中，亦以轮作菜豆土壤的细菌多样性指数为最高。

均匀度表示物种在环境中的分布状况，各物种数目越接近，数值越高（陈法霖等，2011）。由表4可知：番茄连作和轮作土壤中细菌均匀度指数以轮作高于连作，而且3种蔬菜作物轮作土壤中仍以轮作菜豆的为最高。

表4　番茄不同连作与轮作土样16SrDNA 细菌群落多样性比较Table 4　Comparison soil bacterial community structure between the rotation and continuous cropping tomatoes fields

2.4.3细菌16S rDNA片段的序列分析

在DGGE分离后的条带中，随机选取其中10条荧光强度较亮的主条带进行切胶回收、重新PCR扩增和测序，其中有8条获得测序结果（图4a）。将这8个序列提交NCBIGenbank数据库中用Blast进行检索和同源性比较，结果如表5所示。其中，条带A是连作土壤中的特征条带，条带B、D、E、F和G是番茄连作和轮作土壤中的共有条带，而条带C和H是轮作土壤的特征条带。一般认为16 SrDNA序列同源性小于98%，可以认为属于不同种的细菌，如果同源性小于93%～95%，则可以认为属于不同的属（赵兴青等，2006）。另外，分离土壤样品所获条带序列长度仅介于199～206 bp之间。由于碱基数太少，一般只能鉴定到属而尚未能鉴定到种（刘新春等，2005）。

图4　番茄连坐与轮作土壤细菌DGGE图谱及示意图Fig.4　DGGE profile (a) and sketch map (b) of the soil bacteria collected from the rotation and continuous cropping tomatoes fields

从表5可知，除条带C和条带E所代表的菌株与数据库中的假单胞杆菌属（Pseudomonas sp.）和埃希氏杆菌属（Escherichia sp.）同源性超过99%，可以认为是同一种，属于假单胞杆菌属（Pseudomonas sp.）和埃希氏杆菌属（Escherichia sp.）外，其余6个条带所属菌株与数据库中目前未获得纯培养的不可培养菌株之间存在着97%～99%的相似性。上述结果表明：番茄连作导致土壤细菌的优势种群发生变化；番茄连作土壤中主要以不可培养细菌（Uncultured bacterium）为优势种属，而轮作土壤中除了存在不可培养细菌属之外，还出现假单胞杆菌属（Pseudomonas sp.）等促生细菌种属。

表5　DGGE优势条带的基因片段序列的比对结果Table 5　Comparison of genomic sequences in dominant DGGE bands by sequencing and BLAST analysis

3　讨论

土壤微生物是土壤生态系统变化的敏感指标之一，其活性和群落结构变化能敏感地反映出土壤生态系统的质量和健康状况（钟文辉等，2004）。如今，土壤微生物指标已被公认为土壤生态系统变化的预警及敏感指标（任天志等，2000）。其中，土壤细菌占土壤微生物总数的70%～90%，是土壤中最活跃的因素（曹志平，2007)。因此分析番茄连作土壤的生物学指标和细菌群落结构变化或许有助于发现和找到克服番茄连作障碍的方法。

土壤微生物数量受土壤养分含量、作物类型以及感病与否等理化及生态因素影响，其中与作物感病与否的关系尤为密切（杨尚东等，2013）。本文分析结果显示：与轮作土壤相比，番茄连作导致土壤可培养细菌、放线菌数量显著降低，真菌数量显著增加。这与许多前人的研究结果（Li et al，2012；周宝利等，2010；杜茜等，2012）相一致。同时这一现象亦表明：番茄连作土壤中微生物群落结构发生显著变化，使土壤由细菌型土壤向真菌型转变，土壤生态系统失调可能是番茄连作土壤容易发生连作障碍的主要原因。

土壤酶主要来源于土壤微生物和根系分泌物。土壤中有机质的分解转化，主要依赖于微生物所产生的酶具有的催化活性来推动。连作对土壤酶活性的影响根据不同作物和连作年限而得到的结论不一致。例如：贺丽娜等（2008）发现黄瓜连作土壤碱性磷酸酶活性呈现升高或下降的趋势，而刘建国等（2009）发现随着棉花连作年限增加，土壤中性磷酸酶活性呈先下降后升高的趋势。但本文的分析结果显示，无论是涉及碳素循环的β-葡糖苷酶还是涉及土壤磷循环的磷酸酶亦或是涉及氮循环的蛋白酶活性，其在轮作土壤中的活性均呈现高于连作土壤的趋势。本文的分析结果虽然与刘建国等（2009）在棉花上的分析结果不一致，但与黄瓜的分析结果相类似，其原因可能是不同作物基于不同生长期而对土壤环境变化的响应不同所致。另外，这一现象亦说明番茄连作土壤中涉及碳、氮、磷循环的生物活动作用强度不仅低于轮作土壤，而且也预示着番茄连作土壤中的有机质转化以及速效养分的形成逊于轮作土壤，并可能导致作物生长过程中可利用的养分不足，使作物长势弱、抗性变差，出现连作障碍。

土壤微生物生物量是衡量土壤质量、维持土壤肥力和作物生产力的一个重要指标（Powlson et al.，1987）。番茄连作和轮作土壤中微生物生物量碳、氮指标均以轮作土壤高于连作土壤，原因是番茄轮作后，土壤微生物区系结构发生变化，微生物数量增加、酶活性提高，加速了土壤中有机质的分解，为微生物生长提供了更为充足的营养成分。同时，肖新等（2015）人亦发现轮作方式可显著提高滁菊连作土壤中的微生物生物量碳、氮，这一结果与本文的分析结果相一致。由此可以推断：番茄连作导致土壤肥力下降，而轮作则有助于提高土壤肥力，而且3种轮作蔬菜作物中，以轮作菜豆最有利于提高土壤肥力。

土壤微生物是表征土壤环境质量的主要指标之一（曹志平，2007)。本文对番茄连作和轮作土壤细菌群落结构的分析结果显示，土壤细菌多样性指数（H）、丰富度（S）以及均匀度指数（EH）均以轮作土壤高于连作土壤。这一结果与吴凤芝等（2007）的研究结果相一致。此外，测序结果还表明：番茄连作土壤中主要以不可培养细菌（Uncultured bacterium）为优势种属，而轮作土壤中除了存在不可培养细菌属之外，还出现假单胞杆菌属（Pseudomonas sp.）等促生细菌种属。本文的分析结果与岳冰冰（2012）在烤烟连作土壤的研究结果相类似。此外，这一结果亦证实了番茄连作容易发生连作障碍的根本原因，即：连作导致表征土壤肥力的生物学性状劣化的同时，土壤微生物群落结构亦发生显著变化，多样性下降，导致连作土壤中较为单一的微生物群落结构对病原菌的拮抗能力下降。同时，连作还导致土壤中速效养分含量降低，使得缺乏养分的作物长势偏弱，抗性降低从而容易被土壤中累积的病原菌所侵染而发生连作障碍。同时，轮作不仅有助于提高表征土壤肥力的生物学性状，而且有助于保持相对稳定的微生物物群落结构和更为丰富的细菌多样性，亦有助于提高番茄对病原微生物的拮抗能力，降低了作物罹患土传病害的风险，有效地避免了连作障碍的发生。

4　结论

本试验结果表明，一方面番茄连作不仅导致土壤微生物群落由细菌型向真菌型转变，而且导致指示土壤肥力和健康的生物学指标下降。同时，番茄连作还导致土壤细菌多样性指数（H）、均匀度指数（EH）和丰富度指数（S）下降，菌群失衡；另一方面，番茄轮作不仅有利于提高土壤肥力，而且有助于保持土壤微生物群落结构的稳定。此外，番茄轮作黄瓜、白菜和菜豆3种不同科属蔬菜作物中，以轮作菜豆更有利于提高土壤肥力和保持土壤健康。

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Comparison of Soil Microbial Properties and Bacterial Community Structure in Continuous Cropping and Rotation Fields of Tomatoes

YANG Shangdong1,2,LI Rongtan1,WU Jun1,GUO YiJuan1,LONG Minghua1

1.Agricultural College,Guangxi University,Nanning 530004,China; 2.Guangxi Crop Genetic Improvement and Biotechnology Key Lab//Guangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanning 530007,China

Abstract:At present,with the development of tomato industry and regularization of produce in China,continuous cropping obstacle problem of tomato is more severe.To ensure the implementation of sustainable development of tomato industry,this paper presents a detail analysis of the changes of soil biological properties and bacterial community structure between continuous and rotation cropping of tomatoes.In this experiment,the continuous and rotation cropping models,such as tomato-tomato,tomato-eggplant,tomato-pepper,tomato-cucumber,tomato-Chines cabbage,tomato-kidney beans were randomly divided into 6 disposals,with 3 repetitions in each disposal.Using the traditional and modern analyzing techniques,such as dilution-plate method and PCR-DGGE,etc.,the soil microbial properties and bacterial community structure in soils between rotation and continuous cropping fields of tomatoes were analyzed.Results showed that the numbers of cultivable bacteria and actinomycetes in the continuous cropping soil were significantly decreased compare to those in rotation fields and the numbers of cultivable fungi were significantly increased.Moreover,the activities of soil enzymes that are involved in C,N and P recycling (β-Glucosidase,phosphatase and protease) and biomass C,N in the continuous cropping soil were significantly lower than those in rotation fields.Additionally,in terms of bacterial diversity index,both the richness/evenness in the continuous cropping fields was inferior to the rotation soils,respectively.Meanwhile,in the tomato continuous cropping field,the uncultured bacterium was the dominant species.By contrast,except of the higher bacterial diversity,richness and evenness indexes,some of the plant growth promoting bacteria (PGPB),such as Pseudomonas,etc.,was also detected in the rotation fields.All the findings indicate that rotation cultivation is more helpful for improving soil fertility and maintaining soil health.Finally,kidney bean was the best rotation crop for tomatoes among the three rotation crops such as cucumbers,Chinese cabbage and kidney beans.

Key words:tomato; continuous cropping; bacterial community structure; biological properties; PCR-DGGE

收稿日期：2015-11-06

作者简介：杨尚东（1970年生），男，副教授，博士，专业方向为园艺植物营养与环境调控、土壤生态学。E-mail:ysd706@gxu.edu.cn

基金项目：国家自然科学基金项目（31360506）；广西南宁市科学研究与技术开发计划项目（20132313）；国家现代农业产业技术体系广西大宗蔬菜创新团队专项（nycytxgxcxtd-03-10-1）；广西农业科学院广西甘蔗遗传改良重点实验室开放课题（12-K-05-02）

中图分类号：S314; X171.1

文献标志码：A

文章编号：1674-5906（2016）01-0076-08

DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.01.011

引用格式：杨尚东,李荣坦,吴俊,郭伊娟,龙明华.番茄连作与轮作土壤生物学特性及细菌群落结构的比较[J].生态环境学报,2016,25(1):76-83.