轮作对番茄品质及微生物多样性的影响

  番茄是我国重要的设施果菜之一,富含多种维生素及矿物质,是营养价值较高的果蔬之一。旱地番茄采取露地种植方式,缺乏灌溉设施,利用自然降雨的方式生长。与普通番茄相比,旱地番茄具有糖酸比高、果瓢沙质细腻、番茄红素高等特点。由于地理环境、种植习惯﹑经济效益等因素的影响,导致旱地番茄连作现象严重。番茄连作会造成土壤养分积累或过度消耗、土壤理化性状发生改变,使植株长势减弱,进而影响番茄品质下降,产量降低,同时伴随着土壤微生物多样性降低,

1、实验材料

  第一年在前茬作物为旱地番茄的农田种植豆角和番茄，第二年种植旱地番茄( LLLe)、糯玉米( LVZm )、西葫芦( LVCp)、花生( LVAh)、葱( LVAf)、秋葵(LVAe)、黄瓜(LVCs)7种作物,并播种玉米；第三年全部种植旱地番茄,以旱地茄连续3年进行连作为对照。

2、测定指标及方法

2.1 土壤真菌多样性测定

  在番茄盛果期间采集根际土样。每个处理随机选取5株长势相同的番茄植物,用铁锹将作物连根挖起,抖落外侧大型土块,用刷子,报纸收集附着在根系上的土壤,用镊子去除落叶、毛细根等杂物,用于土壤真菌多样性的检测。

 对土壤总 DNA 进行提取,并对提取的 DNA浓度和纯度进行检测;对真菌ITS1-ITS2区进行扩增。构建好高通量测序文库进行双端测序。测序结果使用QIIME等分析软件将OUT聚类与划分,开展Alpha多样性、beta多样性以及不同分类水平的群落结构统计分析。

2.2 旱地番茄品质指标测定

  在第3穗果成熟时,选择各处理发育状况一致的果实洗净去皮,将组织研磨进行品质测定,每个处理进行3次重复。可溶性固形物、可溶性蛋白﹑硝酸盐、可溶性糖﹑有机酸﹑维生素C、番茄红素等品质指标采用常规分析法测定。每小区选取中间2行，从旱地番茄第1穗果成熟时开始采摘,直至4~5穗果,每次收获时用电子秤称质量,计算番茄产量。

3、结果与分析

3.1 轮作对后茬番茄根际土壤真菌多样性的影响

3.1.1 轮作对后茬番茄根际土壤真菌群落结构的影响

  各处理土壤真菌门水平群落结构和相对含量差异较大。7个样品丰度较高的前5个门的种类分别是子囊菌门、被孢霉门、担子菌门、壶菌门与蛙粪菌门,5个门的丰度占总丰度的93%以上,其中，子囊菌门在各处理含量均超过90%。芽枝霉门在LVAh、LVAe中含量较高,而LVAf 、LVCs中不含该菌;毛霉门在LVAf、LVAe ,LVZm中含量较高,在其余处理中含量较低;罗兹菌门在LVZm中含量最高,而LVAh中不含该菌;捕虫霉门在LVAf、LLLe中未被检测到;油壶菌门仅在LVAe , LVZm中发现。

  在7个样品中,未知菌属占比66%~79 %,其余丰度较高的10个属分别为头囊聚孢霉属、瓶毛壳属、光黑壳属、毛葡孢属、被孢霉菌、沙氏壳属、毛壳属、镰刀菌属、无茎真菌属、帚枝霉属。有研究表明,连作障碍明显的土壤中含有大量的致病真菌,根据有害真菌类群及常见病害,本试验7个处理中,只筛选出茄病镰刀菌一种有害菌,且相对含量较低 ,其余大部分菌属于非致病菌。

3.1.2 轮作对后茬番茄根际土壤真菌多样性的影响

  各样品覆盖度均大于99% ,说明测序结果可靠、具有代表性;Chaol 指数是用来衡量物种数量的多少,该指数由大到小依次为LVCs > LVZm >LVAh > LVAe > LLLe ( CK) > LVAf > LVCp;香浓指数与辛普森指数是用来衡量物种多样性,香浓指数由大到小依次为LVAh > LVAe > LVCs > LVAf >LVZm > LLLe > LVCp,而辛普森指数由小到大依次为LVCp < LLLe( CK) <LVZm <LVCs <LVAe <LVAf <LVAh。综合3个指数可知,LVCs .LVZm ,LV Ah ,LVAe这4种轮作模式的土壤真菌多样性较高,而LVCp轮作模式土壤真菌多样性较低。

3.2轮作对后茬旱地番茄品质的影响

  LVCs 的可溶性糖最高,较LLLe(CK)增加了0.206百分点,LVAf的可溶性糖含量最低,较LLLe( CK)降低0.036百分点; LVAf的有机酸含量最高,较LLLe(CK)增加了0.346百分点，LVZm , LVCp含量最低,较LLLe( CK)降低0.040百分点。有研究表明,糖酸比在6.9 ~10.8番茄食用风味最佳。LVZm轮作模式的糖酸比最大,说明该处理口味较佳;其次是LVCp轮作模式;LVAf 轮作模式糖酸比最低,口感最差。维生素C含量以LVAh 、LVCs含量最低,较LLLe( CK)降低37.5% ,其余模式Vc含量差异不显著。可溶性蛋白含量不同处理间没有显著差异。可溶性固形物含量以 LLLe( CK)、LVCp模式最高,为6.5% ,其余模式可溶性固形物含量较对照均显著降低(P<0.05) ,其中,LVZm , LVAf、LVAe含量最低,均为5.0% ,较LLLe(CK)降低1.5百分点。各轮作模式的番茄红素含量较LLLe(CK)均提高,其中以LVCp轮作模式增幅最大,达344.6%。硝酸盐含量最高的为LVAe ,较LLLe(CK)显著增加43.3% (P <0.05)。

3.3轮作对后茬旱地番茄产量的影响

  旱地番茄产量由高到低为LVAe >LVCp > LVAh > LVAf > LLLe ( CK) > LVZm > LVCs ,其中,LVAe , LVCp 与 LLLe( CK)相比产量显著提高(P<0.05) ;单果质量由高到低为LVCp > LLLe ,LVAh > LVAf,LVAe > LVZm > LVCs,LVCp轮作模式番茄单果质量显著增加。

3.4不同轮作模式的主成分分析

  为了筛选出适宜的轮作作物，要综合考虑后茬番茄的品质、产量等多方面因素。选取具有代表性的因子,包括旱地番茄品质因子(可溶性糖、有机酸﹑糖酸比、硝酸盐、Vc 、可溶性蛋白、可溶性固形物﹑番茄红素)和旱地番茄产量因子(产量、单果质量)共10个因子，运用主成分分析法将10个品质、产量因子的原始指标降维﹑提取出4个主成分,累计贡献率达92.3 1%。

  通过主成分分析法得知,不同作物与旱地番茄轮作模式的综合得分顺序为西葫芦>秋葵>旱地番茄>花生>葱>糯玉米>黄瓜。其中,轮作西葫芦得分最高,其次依次为轮作秋葵、旱地番茄连作﹑轮作花生,四者得分均为正值,说明轮作西葫芦、秋葵﹑花生以及连作旱地番茄可使番茄品质、产量保持较高的水平。轮作葱﹑糯玉米、黄瓜三者得分为负值,说明轮作葱、玉米、黄瓜降低了旱地番茄的品质和产量。由此可知,不同轮作模式会影响后茬作物番茄的生长和品质,考虑到长期连作必然会造成连作障碍,认为西葫芦、秋葵是本实验地区避免旱地番茄连作障碍的理想轮作作物。