根腐病对黄芪根围土壤酶活性影响的动态分析

闫 欢，高 芬，王梦亮，秦雪梅

（1.山西大学中医药现代研究中心，山西 太原 030006；2.山西大学化学化工学院，山西 太原 030006；3.山西大学应用化学研究所，山西 太原 030006）

黄芪为豆科植物蒙古黄芪（Astragalus membranaceus（Fisch.）Bge.var.Mongholicus（Bge.）Hsiao）或膜荚黄芪（Astragalus membranaceus（Fisch.）Bge.）的干燥根[1]，具有提高免疫力、保护肝脏、滋养补益、利尿消肿、抗糖尿病等多种药理功效。除了极高的药用价值外，黄芪还可作为各种营养保健品开发的原料，用于草药茶、软饮料等的开发[2]。然而，近年来，随着黄芪种植面积的不断扩大，根腐病在全国各大主产区普遍发生。山西作为蒙古黄芪重要的道地产区，仿野生黄芪发病较轻，但人工栽植黄芪发病逐渐加重[3]，给黄芪产业的发展造成了很大影响。

作为一类毁灭性的土传病害，黄芪根腐病的致病机制十分复杂。目前，山西大学中药材病害研究课题组已经从病原学的角度明确了其复合侵染的致病菌群，其中，最为重要的2 类优势病原真菌是锐顶镰刀菌（Fusarium acuminatum）和腐皮镰刀菌（Fusarium solani）[4]。但是，近年来的研究也发现，包括各类土壤酶在内的土壤微生态系统结构失调与土传病害发生有很大关联。这些酶直接或间接参与并促进土壤中一系列复杂的生理生化反应，包括碳、氮、磷、硫等元素的循环与迁移，其活性的高低不仅可反映土壤中生化反应的强度和方向，而且可以表征土壤中物质、能量代谢旺盛程度和土壤质量水平[5-6]。因此，酶活性的紊乱会导致植物根际和根系的微生态环境发生改变，进而利于土传病害的滋生。游春梅等[7]研究表明，三七根腐病病株土壤中蔗糖酶、脱氢酶、磷酸酶、脲酶的活性均低于健康植株土壤，而多酚氧化酶活性则高于正常植株土壤。何川等[8]对烟田土壤酶活性与土传病害的关系进行研究，结果发现，烟草青枯病和黑胫病的病情指数与土壤淀粉酶、蔗糖酶、纤维素酶活性呈负相关。姜飞等[9]研究表明，辣椒患根腐病后，根际土壤中脱氢酶和过氧化氢酶活性降低，而具有抗性的嫁接辣椒根际土壤中脱氢酶、过氧化氢酶、过氧化物酶和多酚氧化酶的活性多显著高于自根辣椒。综上可见，土壤酶活性变化与土传病害发生密切相关，但目前，针对黄芪根腐病的相关研究还未见报道。

本研究采集1～6年生黄芪根围发病和健康土壤样品，通过经典方法测定并分析根腐病发生对4 种主要土壤酶（脲酶、纤维素酶、蔗糖酶和过氧化氢酶）活性的影响，旨在从微生态角度全面阐释发病机理，为寻找更加有效且符合可持续发展理念的病害防治措施提供参考数据。

1 材料和方法

1.1 样品采集

样品采自山西省大同市浑源县仿野生黄芪种植基地，地处东经 113.72°～113.76°，北纬 39.41°～39.48°，海拔1 708.80～1 989.40 m。根据当地发病情况，定向选择1～6年生的黄芪健康地块和发病地块，5 点取样法采集根围土壤样本，同时调查采样地块的发病情况。每点采集3～5 株黄芪根围半径10 cm、深度10 cm 之内的土壤500 g，去除草根、石砾等杂物后，装入无菌自封袋即为试验子样品。带回实验室后进行风干过筛处理，取子样品各100 g混合均匀得最终试验样品，4 ℃保存，尽快完成实验。试验所取土样均为砂质土。

1.2 黄芪根围土壤酶活性测定

土壤酶活性测定参照文献[10]进行。

脲酶采用苯酚钠- 次氯酸钠比色法测定，以24 h 后1 g 土壤中NH3-N 的毫克数表示酶活性；蔗糖酶和纤维素酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定，蔗糖酶的活性以24 h 后1 g 土壤生成葡萄糖的毫克数表示，纤维素酶活性以72 h 后10 g 土壤生成的葡萄糖的毫克数表示；过氧化氢酶采用KMnO4滴定法测定，其活性以1 g 土所消耗的0.02 mol/L KMnO4的毫升数表示。试验设3 次重复。

1.3 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 16.0 软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 病情调查

对采样地块仿野生黄芪的根腐病发病情况进行调查发现，1，2年生黄芪发病率最低，第3年发病率明显升高，第4，5年逐渐加重，第6年又开始降低，且此时若不发病，以后则基本不会发病。1～6年生黄芪采样地块的发病率分别为3.33%，10.00%，26.67%，36.67%，43.33%，33.33%。

2.2 黄芪根围发病和健康土壤中脲酶活性差异分析

脲酶活性常用来表征土壤中氮素的代谢情况，其酶促产物氨是植物的氮源之一。由测定结果可知，1～6年生黄芪根围病土和健土的脲酶活性均呈逐渐降低的趋势，且除6年生黄芪外，1～5年生黄芪根围病土的脲酶活性均显著低于健土（图1）。同时，1～4 a 间随着发病率的升高，病土与健土中脲酶活性的相对减少量呈递增趋势；第5年发病率继续升高，酶活减少量却开始降低；第6年发病率降低，二者的变化趋于一致（图2）。可见，根腐病的发生对土壤中脲酶的活性有显著影响，特别是1～4 a间病害发生率与脲酶活性的降低量呈正相关。第5，6年，病土中的脲酶活性逐渐恢复，且与第6年黄芪根腐病发病率降低的现象吻合。

2.3 黄芪根围发病和健康土壤中纤维素酶活性的差异分析

纤维素酶主要参与简单易分解含碳化合物的转化，能将纤维素水解为纤维二糖，纤维二糖在纤维二糖酶的作用下可再分解为葡萄糖。研究结果显示，1～6年生黄芪根围病土中的纤维素酶活性均显著高于健土（图3），且1～4 a 间随发病率的上升，病土与健土中纤维素酶活性的相对增加量也逐渐升高；第5年发病率继续升高，但纤维素酶活性的增加量开始显著降低，第6年二者变化趋势又达一致（图4），呈正相关。可见，根腐病的发生对土壤中纤维素酶的活性也影响明显，1～4 a 间发病率与纤维素酶活性的增加量呈正相关；第5，6年病土中纤维素酶活性不断降低，土壤状态逐渐恢复，病害发生情况也在第6年得以改观。

2.4 黄芪根围发病和健康土壤中蔗糖酶活性差异分析

蔗糖酶是与土壤碳代谢相关的酶，它可以将蔗糖水解成葡萄糖和果糖。本试验结果显示，1年生黄芪病土与健土中的蔗糖酶活性无显著变化，2～4 a时该酶活性在病土中显著高于健土，第5年活性开始降低至与健土持平，第6年则显著低于健土（图5）。蔗糖酶活性变化量和发病率的关系与纤维素酶的趋势相同，即1～4 a间随发病率的上升，病土与健土中蔗糖酶活性的相对增加量逐渐升高；第5年发病率继续升高，但蔗糖酶活性的增加量显著降低，第6年二者变化趋势达到一致（图6）。同样可知，根腐病的发生对土壤中蔗糖酶的活性影响明显，1～4 a 间发病率与蔗糖酶活性的增加量呈正相关；第5，6年病土中酶活性明显降低，土壤状态逐渐恢复，发病率也在第6年降低。

2.5 黄芪根围发病和健康土壤中过氧化氢酶活性的差异分析

过氧化氢酶是一种保护酶，可以促进过氧化氢的分解，防止其对植物体产生毒害。在本试验中过氧化氢酶的活性变化不规律，呈波浪式起伏。1年生黄芪病土和健康土壤的过氧化氢酶活性无差异，第2，4，6年健土显著低于病土，第3，5年健土显著高于病土（图7）。黄芪根腐病的发病率与该酶的活性变化量也无关联（图8）。

3 结论与讨论

土壤酶是表征土壤中物质、能量代谢旺盛程度土壤质量水平的一个重要生物指标[11]。脲酶、纤维素酶、蔗糖酶和过氧化氢酶在土壤氮、碳等养分的循环和转化及代谢有害物质方面发挥着重要作用。

本研究中，1～4年生黄芪根围病土中脲酶活性显著低于健土，且其降低量与发病率呈正相关。这与游春梅等[7]对三七根腐病、WANG 等[12]对烟草枯萎病的研究结果一致。脲酶是参与土壤氮素循环和转化的重要酶，对土壤中氮素的含量变化表现敏感[13]。有研究表明土壤脲酶活性的高低关乎作物生长的土壤肥力状况，而土壤肥力又与作物生长状况相关[14]。1～4年生黄芪病土中脲酶活性的降低量逐年加大，说明土壤中氮代谢水平越来越低，可能导致土壤氮素营养不足，使植株易于发病。

黄芪根腐病的发生对土壤中蔗糖酶和纤维素酶的活性也产生了显著影响。1～4年生黄芪病土中蔗糖酶和纤维素酶活性的增加量与发病率均呈正相关。蔗糖酶活性的变化与孙雪婷等[15]研究结果一致，即三七病土的蔗糖酶活性高于健土。纤维素酶活性的变化则与青稞根腐病的发生导致土壤中纤维素酶活性上升一致[16]。据文献报道，土壤微生物是土壤酶的主要来源，它们的数量和种群结构影响土壤酶的活性[17]，如纤维素分解菌的大量减少会影响纤维素酶的活性[18]，此外，其代谢产物（酚酸及蔗糖类碳水化合物）也会导致蔗糖酶活性发生变化[15]。

山西大学中药材病害研究课题组研究发现，在1～4年生的黄芪根围土壤中，微生物总量均为病土显著高于健土。其中，细菌是最重要的变化因子。酶系统是土壤中活跃的部分，土壤酶和土壤微生物一起共同推动土壤的代谢过程[19]。由此推测，黄芪根围病土中蔗糖酶和纤维素酶活性升高可能与微生物数量变化有关。然而，也有与上述结果相反的结论，如青稞根腐病病株根际土壤的蔗糖酶活性普遍下降2%～7%[16]。这可能与不同试验区土壤状况不同、且不同作物对土壤酶活性的影响也不同有关，但具体机制还有待后续进一步研究。

另外，上述3 种酶在第5年的发病土壤中都呈现出了酶活变化与发病率相反的趋势，但在第6年，活性变化趋势又与发病率降低相吻合。据报道，土壤酶在遭遇土壤环境变化的情况下，可产生一些抗逆机制来维持自身的稳定性，其生物适应性也会随之呈现出先弱后强[20]。酶活性随黄芪发病程度的变化（升高—最重—降低）而呈现出的规律，说明黄芪根围土壤可能具有一定的恢复机制。

综上，黄芪根腐病的发生对土壤中脲酶、蔗糖酶和纤维素酶的活性产生了显著影响，且土壤酶活性的变化与发病率相关，故这3 种酶可作为评判黄芪种植地土壤健康状况的参考指标，而过氧化氢酶活性变化与病害发生无明显关联。但是，本试验目前只完成了4 个主要土壤酶活性的测定，若要全面了解土壤酶活性与根腐病发生的关系，还需继续完善研究内容，并进一步探索土壤微生物变化与各类酶活性之间的关系。