连作障碍已成为我国设施茄子生产的主要问题,套作是缓解连作障碍、提高大棚蔬菜可持续生产的有效手段之一。大蒜具有广谱的抑菌活性,大蒜与其他作物套作减轻连作障碍的研究已有相关报道,但连续套作大蒜对大棚连作茄子的生物及生态效应方面的研究鲜见报道。本研究通过大蒜与大棚连作茄子套作田间试验,分别从茄子生长、产量、营养品质、植物酶活性和光合特性等方面分析套蒜的生物效应,从茄子根系土壤中微生物种类、数量、土壤酶活性、土壤营养和酸碱性等变化,分析套蒜的生态效应;通过盆栽试验分析套作青蒜的数量效应;通过盆栽接种病菌,研究大蒜根系分泌物对茄子黄萎病菌的抑制效果和浓度效应,揭示套蒜减轻茄子黄萎病发生的机理;分析套作体系大蒜的生长发育和产量形成,以及套作效益,建立套作栽培模式。试验旨在通过丰富作物多样性的生物途径减轻设施茄子连作障碍,系统揭示套作大蒜对茄子连作障碍的消减效果及作用机理,为套蒜克服茄子连作障碍提供技术支撑。主要结果如下:1.2010年至2013年连续4年进行大蒜与大棚茄子套作的田间试验,设置5个处理:茄子连续单作(CK)、茄子套大蒜(种植大蒜蒜瓣,收获大蒜鳞茎。设G110和G107两个品种,分别用NG110和NG107表示)和茄子套青蒜(种植大蒜鳞茎,多次收割青蒜。设G025和G064两个品种,分别用GG025和GG064表示)。结果表明,套蒜对茄子形态影响较小,但能改善茄子生理状况。套蒜增加茄子叶片叶绿素含量,降低MDA含量和SOD、POD活性。连作第4年,套蒜处理的茄子叶片中PPO基因表达量高于茄子单作,保护茄子免受连作带来的伤害。套作第三年(2012年),NG110和GG064处理的茄子产量分别比CK提高6.3%和7.8%。套作第四年(2013年),套蒜处理都使茄子产量降低,茄子/大蒜或青蒜系统净收益均高于茄子单作。套作大蒜能提高茄子果实干物质、可溶性蛋白和可溶性糖含量。2.套蒜影响土壤微生物数量、种类和群落结构。总的来看,套作处理的土壤细菌、真菌和放线菌数量均低于对照。高通量测序结果显示,套作第三年,GG064处理的细菌OTU个数全部少于CK。芽单胞菌科(Gemmatimonadaceae)、厌氧绳菌科(Anaerolineaceae)、屈挠杆菌科的屈挠杆菌属(Flexibacter)和亚硝化单胞菌科(Nitrosomonadaceae)细菌群落相对丰度较高。土壤真菌则是子囊菌门(Ascomycota)和半知菌类的枝孢属(Cladosporium)真菌相对丰度较高,且GG064处理的子囊菌丰度均低于CK。与2012年有所不同,2013年细菌中,华杆菌科(Solimonadaceae)和浮霉菌科的浮霉菌属(Planctomyces)相对丰度也较高。茄子定植前和茄子结果盛期单作处理的真菌菌群丰度和群落多样性都高于套蒜处理,子囊菌门(Ascomycota)真菌相对丰度较高。对细菌和各环境因子的冗余分析(rda)发现,蔗糖酶和单作及速效氮、速效磷和碱性磷酸酶、ph与速效氮、速效钾、脲酶、蔗糖酶和套作均呈负相关。套作和单作对物种的影响正好相反。3.套蒜能够提高土壤酶活性和速效养分含量。套作第二年,套蒜处理显著提高土壤蔗糖酶活性。连续四年套蒜处理均能提高土壤脲酶活性。除套作第一年外,土壤磷酸酶活性在套蒜处理中都高于对照,土壤速效氮含量亦是如此。套作第二年和第三年,套蒜处理中的速效钾含量较高。套蒜处理在大部分时期都显著提高土壤速效磷含量。土壤ph和ec值也随套作而改变。茄子种植第一年,套蒜降低土壤ph值,尤其是套作青蒜的处理,而土壤ec值则显著提高;第二年,套蒜处理的ph值和ec值都低于对照;第三年,ng110处理的大部分时期ph值高于ck,gg064处理正好相反;套蒜处理的土壤ec值则均低于ck;第四年,前半年套蒜处理显著降低土壤ec值,后半年显著降低土壤ph值。4.不同套作年限中,土壤蔗糖酶和脲酶活性总体呈上升趋势;套蒜均提高土壤磷酸酶活性;土壤速效氮和速效钾总体呈上升趋势,而速效磷则先上升后下降;土壤ph值随着茄子连作而不断下降,土壤ec值则正好相反。5.在筛选青蒜数量的盆栽试验中,设置套作0(对照)、8、16、24和32头青蒜5个处理(分别用t0、t1、t2、t3和t4表示)。结果发现,套作第三年,套蒜处理茄子产量均为对照的2倍左右,且随套蒜量增加而升高。套蒜处理净收益显著高于茄子单作,套蒜量越多,净收益越高;套作第二年,套蒜处理分别比对照增产683%、775%、782%、849%,套作第三年分别比对照增产148%、150%、160%、178%。另外,套作不同数量青蒜影响茄子叶片养分含量。t4处理的干物质含量总是最高。茄子营养生长期,t3显著增加茄子叶片氮元素含量;茄子与青蒜套作期内,大部分套蒜处理均显著增加叶片氮元素含量。茄子叶片钾元素含量随着套蒜量增加而增加。钙元素随着茄子生长不断积累。套蒜处理总是增加镁元素含量,而铜元素与锌元素含量大部分时期都低于对照。套作青蒜总能提高土壤酶活性和速效养分含量,且套蒜量越多,其值越高。在本试验的套蒜数量范围内,套蒜量越多,效果越好。6.大蒜根系分泌物显著抑制黄萎病菌的菌丝生长。本试验中,随着根系分泌物浓度增加,verticilliumdahliae菌丝净生长量逐渐下降,抑制率最高达35.0%。扫描电镜观察菌丝形态的超微结构发现,纯马铃薯蔗糖琼脂培养基(对照)培养的黄萎病菌,菌丝形态表现正常,菌丝呈管状、褶皱较少,且菌丝中间产生大量的孢子;而大蒜根系分泌物处理后大部分菌丝断裂甚至融解,并出现短缩和扭曲,细胞壁上出现明显的褶皱、凹陷和小孔,未见孢子。7.盆栽抑菌试验中,茄子与青蒜进行一年二作,设置0(对照)、8、16、24和32头青蒜处理(分别用g0、g8、g16、g24和g32表示)。接种病菌后,种植24头青蒜的处理茄子黄萎病发病率最低,仅11.1%,对茄子黄萎病的抑制效果最好。与g0相比,青蒜增加了土壤微生物的数量,细菌和放线菌数量随着蒜量增加而增加,真菌则相反。种植青蒜后的土壤样品(P组)中,G32处理土壤细菌群落多样性最高。树状图显示,对照和处理间细菌物种组成差异较大。热图显示,P组中黄杆菌属(Flavobacterium)、节杆菌属(Arthrobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)和噬冷菌属(Algoriphagus)细菌相对丰度较高;P0样本中,乳杆菌科的乳酸杆菌属(Lactococcus)和噬甲基菌科(Methylophilaceae)细菌相对丰度明显高于P组样本;接菌后的Q组中,屈挠杆菌属(Flexibacter)细菌相对丰度较高,其次是芽单胞菌科(Gemmatimonadaceae)细菌。P组中的噬冷菌属(Algoriphagus)细菌在Q组中未出现。从主成分分析图来看,种过青蒜的处理细菌组成相似,与对照差异较大;Q组各处理的土壤细菌组成都比较相近。种过青蒜的土壤中真菌数量少于对照。原始土壤真菌菌群丰度和群落多样性都较高,而P组样品中青蒜明显降低真菌菌群丰度;Q组中由于接种了病菌,各处理真菌数量差异较小。原始土壤中微菌核数量为139个,经历寒冷冬季之后,对照和青蒜处理土壤中微菌核数量均显著下降,而由于青蒜生长积累了大蒜根系分泌物,显著抑制G32处理中微菌核数量。接种黄萎病菌孢子悬浮液后,土壤中微菌核数量均增加,但在青蒜处理中显著低于对照。8.盆栽抑菌试验中,种蒜处理中茄子叶片PPO、PAL活性和MDA含量均低于对照,表明青蒜减轻了茄子的外界侵害。茄子黄萎病发病初期,种植青蒜的处理中茄子叶片PPO基因表达量分别为对照的7.40、3.81、2.42和3.38倍。综合以上试验结果认为,套作大蒜或青蒜可以减轻茄子连作障碍,是大棚茄子高效可持续生产模式。其机理与大蒜根系分泌物对茄子生长和生理、土壤微生物数量和群落结构、土壤酶活性和土壤养分有效性的化感调节作用及对茄子黄萎病菌的抑制作用等有关。