HPJ|山东农业大学: 黄腐酸通过促进氮吸收和调节根际土壤微生物群落来缓解苹果连作障碍

近日，Horticultural Plant Journal在线发表了山东农业大学苹果重茬与微生物团队题为“ Fulvic acid alleviates apple replant disease by promoting nitrogen uptake and regulating rhizosphere soil microbial communities (黄腐酸通过促进氮吸收和调节根际土壤微生物群落来缓解苹果连作障碍) ”的研究论文。

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研究背景

黄腐酸（FA）是一种具有显著生物活性与化学活性的天然有机大分子，农业生产中常作为土壤改良剂施用。黄腐酸可促进植株生长、提高作物产量，并增强植物非生物胁迫耐受性。同时，黄腐酸还可作为植物抗逆诱抗剂，通过调控植株代谢、改善逆境下的生长环境，提升植株抗病性。适宜浓度的黄腐酸能够促进苹果幼树生长、改善果实品质。

此外，黄腐酸对病原菌菌丝生长具有抑制作用。研究表明，造纸废液源黄腐酸可通过调控土壤病原菌群落，提升重茬苹果幼苗的抗逆能力。但现有研究尚未明确黄腐酸对连作土壤微生物群落结构的影响，也未探究连作条件下苹果植株对养分的吸收利用特征。

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研究问题

探究黄腐酸促进连作苹果幼苗生长、缓解苹果连作障碍的作用机制。

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研究结果

（1）植株生物量与根系形态

施加 0.5、1、2 g·L^-1 黄腐酸（FA）均可不同程度提高平邑甜茶幼苗生物量、促进根系生长，其中以 2 g·L^-1黄腐酸处理效果最优，且在处理120 d时各项指标达到最大值（图 1）。当黄腐酸浓度升至4 g·L^-1 时，幼苗生物量与对照相比无统计学显著差异。处理120 d时，2 g·L^-1 黄腐酸处理组株高、茎粗、鲜重、干重较对照分别显著提高 58.6%、38.9%、76.4%、100.8%（图1，b-e）。同时，2 g·L^-1黄腐酸可显著促进幼苗根系生长，根系相关指标均达到峰值；根系长度、根系表面积、根体积及根尖数较对照分别增加 47.4%、61.1%、64.2%、66.1%（图1，f-i）。4 g·L^-1 黄腐酸处理下，根长、根系表面积、根体积和根尖数与对照均无显著差异，且整体呈现随黄腐酸浓度升高根长、根系表面积略有下降的趋势。

在田间试验中，莱州、栖霞和沂源三地，黄腐酸处理均显著促进了苹果幼树的生长。其中，沂源地区2 g·L^-1 黄腐酸处理下的苹果幼树生长最佳，株高增加了20.4%，茎粗增加了40.6%，新梢数量增加了100%，枝条长度增加了48.2%（图1，j-m）。

图1 不同土壤处理对平邑甜茶幼苗（盆栽）及苹果幼树（田间）生物量的影响

（2）MDA、ROS含量及抗性酶活性

不同浓度黄腐酸（FA）对植株根系丙二醛（MDA）、过氧化氢（H₂O₂）、超氧阴离子（O₂^.-） 含量均存在显著影响。处理 120 d 时，2 g·L^-1FA 处理组根系 MDA、H₂O₂、O₂^.-含量显著低于对照，分别较对照降低 40.2%、147.2%、118.7%；而 4 g·L^-1FA 处理仅使根系 MDA、H₂O₂、O₂^.-含量略低于对照，说明该浓度处理效果随时间推移逐渐减弱（图3，a-c）。

田间试验结果表明，莱州、栖霞、沂源三地中，FA 处理均能显著降低苹果幼树叶片 MDA、H₂O₂、O₂^.-含量。其中2 g·L^-1 FA对叶片 MDA、H₂O₂、O₂^.-含量的降低效果最为显著，而 4 g·L^-1 FA 处理下上述指标含量反而有所上升（图3，g-i）。

为进一步探明连作条件下根系 MDA、H₂O₂及 O₂^.-含量升高的原因，本研究测定了植株抗氧化酶活性。0.5、1、2、4 g·L^-1 各 FA 浓度处理下，根系过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性均呈先升高后降低趋势，在处理第90 d达到峰值（图3，d-f）；超氧化物歧化酶（SOD）活性在90 d时变化趋势较为平缓。处理90 d时，2 g·L^-1FA处理组根系 SOD、POD、CAT 活性较对照分别显著提升78.8%、123.9%、112.2%。田间试验中，三地 FA 处理均显著提高了苹果幼树SOD、POD、CAT活性，且以 2 g·L^-1FA处理下叶片三种抗氧化酶活性最高，表明2 g·L^-1为缓解苹果连作障碍的最适黄腐酸浓度（图3，j-l）。

图3 黄腐酸对丙二醛、活性氧及相关抗氧化酶活性的影响

（3）¹⁵N 吸收、分配及利用效率

采用¹⁵N同位素示踪技术，深入探究土壤与植株的氮素吸收及转运规律。结果表明，不同浓度黄腐酸（FA）处理下，苹果幼苗¹⁵N积累量与利用效率均存在显著差异。处理 120 d 时，0、1、2 g·L^-1黄腐酸处理下苹果幼苗各器官¹⁵N肥料利用率（Ndff） 显著高于对照（图 4，a）。以相对对照百分比进行分析，2 g·L^-1黄腐酸处理的苹果幼苗¹⁵N积累量显著高于其他处理（图4，b）。

植株各器官¹⁵N分配占总¹⁵N量的比例，可反映氮素在幼苗体内的分配格局及器官间迁移规律。无论对照还是黄腐酸处理，根系的¹⁵N分配比例均为最高；其中4 g·L^-1黄腐酸处理根系¹⁵N分配比例约 46.8%，而2 g·L^-1黄腐酸处理根系¹⁵N分配比例最低，仅为30.7%。叶片¹⁵N分配比例变化趋势与根系恰好相反（图4，c），说明不同浓度黄腐酸可调控硝态氮从根系向叶片的转运分配。此外，1 g·L^-1和 2 g·L^-1黄腐酸处理下¹⁵N利用率最高，分别较对照提升49.5%、48.3%，且二者间差异不显著（图4，d）。

图4 处理120 d后不同处理对植株氮含量（a）、¹⁵N积累量（b）、¹⁵N分配率（c）及¹⁵N利用效率（d）的影响

（4）土壤微生物丰度与群落结构

为探究黄腐酸（FA）对土壤微生物群落结构的影响，本研究通过盆栽试验设置黄腐酸处理，培养120 d后对连作土壤细菌和真菌进行高通量测序分析。

细菌群落分析结果表明：各处理土壤的Shannon、Chao、Simpson 指数与对照间均无显著差异（图5，a）；仅2 g·L^-1黄腐酸处理土壤细菌Shannon指数与4 g·L^-1处理存在显著差异。主成分分析（PCA）显示，黄腐酸处理显著改变了土壤细菌群落结构（图5，b）。在群落结构门、属水平进一步分析：门水平上，变形菌门、厚壁菌门相对丰度高于其他菌群；其中变形菌门丰度随黄腐酸浓度升高呈比例上升，其余菌门丰度相对稳定（图5，c）。属水平上，芽孢杆菌属、嗜酸栖热菌属在所有菌群中优势度最高（图5，d）；除对照外，嗜酸栖热菌属丰度随黄腐酸浓度升高呈上升趋势（图5，e）。

真菌群落分析结果显示：各黄腐酸处理土壤真菌Shannon、Chao、Simpson指数与对照无显著差异；仅2 g·L^-1黄腐酸处理连作土壤真菌Shannon、Simpson指数与4 g·L^-1处理差异显著（图5，f）。PCA 分析表明，黄腐酸处理显著改变了根际土壤真菌群落结构（图5，g）。真菌门水平中，子囊菌门、担子菌门为优势菌群；2 g·L^-1黄腐酸处理可显著提高土壤球囊菌门丰度（图5，h）。属水平上，毛壳菌属、篮状菌属、木霉菌属为优势类群（图 5i）。黄腐酸处理后，篮状菌属与近球囊霉属丰度发生显著变化；而各处理间镰孢菌属丰度无显著差异（图5，i-j）。

图5 处理120 d后黄腐酸对土壤细菌和真菌群落的影响

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意义和创新性

本研究以连作条件下的平邑甜茶幼苗为试验材料，通过盆栽试验，探究外源施用不同浓度的黄腐酸后，植株光合能力、活性氧清除能力、¹⁵N吸收利用效率以及土壤细菌和真菌丰度与群落结构的变化，阐明黄腐酸促进苹果幼苗生长、缓解苹果连作障碍的作用机制。研究结果可为黄腐酸替代化学熏蒸剂防控苹果连作障碍、推动农业绿色可持续发展提供理论依据与技术支撑。

END

研究生高雅文和讲师王玫为该论文的第一作者，王玫讲师、尹承苗教授和毛志泉教授为该文的通信作者。

该研究获得山东省自然科学基金（Grant Nos. ZR2023QC164, ZR2024MC191）、财政部和农业农村部国家现代农业产业技术体系（CARS-27）、泰山学者工程专项经费（Grant Nos. ts20190923, tsqn202408119）、山东省重点研发计划（Grant No. 2024CXGC010903）以及国家重点研发计划（Grant No. 2023YFD2301003）的资助。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468014126001548