土壤物理因素和栽培方式對淡紫擬青霉E7在香蕉根際定殖和促生作用的影響

汪軍 潘江禹等

摘 要： 【目的】為了探明環(huán)境條件對生防菌淡紫擬青霉土壤生態(tài)學(xué)特性的影響，【方法】系統(tǒng)研究了不同土壤物理因素和栽培方式對淡紫擬青霉E7在香蕉根際定殖和促生作用的影響?！窘Y(jié)果】結(jié)果表明，適宜E7在香蕉根際定殖和發(fā)揮促生作用的土壤質(zhì)地為壤土，其次為砂土和黏土；利于E7在根際定殖的土壤溫度為30 ℃， 其次為37 ℃，23 ℃和16 ℃，而利于E7發(fā)揮促生作用的土壤溫度則依次為37 ℃、30 ℃、23 ℃和16 ℃；適宜于E7在根際定殖和發(fā)揮促生作用的土壤相對濕度為20%、25%，其次為15%和30%。與香蕉單作施用E7菌劑相比，香蕉/紅薯套作并施用E7菌劑，香蕉移栽后0～120 d內(nèi)顯著提高了E7在香蕉根際定殖，在移栽后120 d顯著提高了香蕉長勢和根際土壤中E7、可培養(yǎng)真菌、細(xì)菌和放線菌數(shù)量，同時顯著提高了不同深度土壤中E7數(shù)量?！窘Y(jié)論】土壤質(zhì)地為沙壤土，溫度30 ℃和37 ℃，濕度20%，采用香蕉/紅薯套作的栽培方式可以顯著提高E7根際定殖能力和促生作用。

關(guān)鍵詞： 香蕉； 土壤物理因素； 栽培方式； 淡紫擬青霉E7； 定殖； 促生作用

中圖分類號：S668.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1009-9980？穴2013？雪02-0274-07

近年來植物線蟲病害日益嚴(yán)重，同時誘發(fā)枯萎病、根腐病等多種土傳病害，造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)嚴(yán)重?fù)p失。以化學(xué)藥劑為主的防控方法存在成本高，造成環(huán)境污染，病原物抗性增加，破壞土壤微生態(tài)等局限性，根結(jié)線蟲的生物防治受到廣泛重視，淡紫擬青霉（Paecilomyces lilacinus）是多種植物病原線蟲的卵內(nèi)寄生真菌，具有防病促生作用，被認(rèn)為是防治線蟲病害的優(yōu)良菌株

淡紫擬青霉E7是高效多功能的線蟲生防真菌，以往研究表明它不僅可以有效防治根結(jié)線蟲，而且可促進(jìn)作物生長和提高產(chǎn)量在作物土傳病害的生物防治中發(fā)現(xiàn)，生防菌在土壤中易受到生物和非生物因素的影響[9]，使其不易發(fā)揮效用。前人研究主要集中在淡紫擬青霉的生物學(xué)特性[5]、發(fā)酵技術(shù)[4-5，10-11]、與農(nóng)藥兼容性[7]、遺傳轉(zhuǎn)化[12]，以及施用方式、作物品種、菌株差異和濃度對該菌定殖的影響等方面， 而土壤物理因素和栽培方式對淡紫擬青霉定殖和促生作用的影響尚未見報道。因此，研究淡紫擬青霉在不同土壤物理因素和香蕉栽培方式下的定殖規(guī)律，對全面了解該菌的土壤生態(tài)學(xué)規(guī)律，推廣生防菌在生物防治香蕉線蟲病等土傳病害方面的應(yīng)用，降低植物線蟲對香蕉產(chǎn)業(yè)的危害具有重要意義。本文在前人研究基礎(chǔ)上，以土壤物理因素和栽培方式為切入點，在盆栽試驗中通過模擬田間土壤物理因素，以淡紫擬青霉在根際土壤中的活菌數(shù)和香蕉生長性狀為指標(biāo)，研究了不同土壤物理因素即土壤質(zhì)地、溫度和濕度在盆栽條件下對淡紫擬青霉定殖和促生作用的影響，在小區(qū)試驗中通過不同栽培方式調(diào)控適合E7定殖和促生的土壤物理環(huán)境，以期為該菌株的田間應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試香蕉品種為5片葉巴西蕉。淡紫擬青霉E7由中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物資源研究與利用課題組分離鑒定。將供試E7菌劑由本實驗室液固雙相發(fā)酵E7菌株獲得，活菌數(shù)達(dá)到2×109cfu·g-1。

土壤為從健康香蕉園中挖取的耕層土壤， 風(fēng)干后過篩，檢測土壤營養(yǎng)和有機(jī)質(zhì)含量。供試砂土性狀：pH值5.8，有機(jī)質(zhì)含量7.3 g·kg-1，全氮（N）226.0 mg·kg-1，全磷（P）為210.1 mg·kg-1，全鉀（K）30986.5 mg·kg-1；壤土性狀：pH值6.2，有機(jī)質(zhì)含量為24.5 g·kg-1，全氮（N）984.6 mg·kg-1，全磷（P）342.1 mg·kg-1，全鉀（K）14637.9 mg·kg-1；黏土性狀：pH值5.9，有機(jī)質(zhì)含量11.5 g·kg-1，全氮（N）477.6 mg·kg-1，全磷（P）276.7 mg·kg-1，全鉀（K）25702.4 mg·kg-1。

淡紫擬青霉E7采用選擇性培養(yǎng)基細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，放線菌采用高氏1號培養(yǎng)基，真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基。

1.2 試驗方法

1.2.1 盆栽試驗 1）土壤質(zhì)地的作用。土壤質(zhì)地分別設(shè)為砂土、壤土和黏土3個處理，各處理3次重復(fù)。

2）培養(yǎng)溫度的作用。選取壤土，培養(yǎng)溫度分別設(shè)為37、30、23、16 ℃ 4個處理，各處理3次重復(fù)。

3）土壤濕度的作用。選取壤土，土壤濕度分別設(shè)為30%、25%、20%、15% 4個處理，各處理3次重復(fù)。每天采用稱重法測定各處理的土壤濕度，按時補(bǔ)充土壤水分。

取試驗土壤，添加E7菌劑至盆栽土壤中使初始活菌含量達(dá)到1×107 cfu·g-1（干土），將等量E7菌劑濕熱滅菌后添加至盆栽土壤為對照。在直徑25 cm 的盆缽中裝填各處理土壤， 選擇長勢整齊一致的香蕉苗，每盆移栽1株。土壤溫度處理置于智能編程生化培養(yǎng)箱內(nèi)，土壤質(zhì)地和濕度處理置于大棚溫室中，均常規(guī)水肥管理。

1.2.2 小區(qū)試驗 根據(jù)1.2.1的試驗結(jié)果，選擇與盆栽試驗相同來源和土壤類型的沙壤土地塊，人為調(diào)節(jié)物理因素，利用紅薯苗生長莖葉快速覆蓋地表的特點，將香蕉和紅薯苗組合成不同栽培方式，調(diào)控土壤物理環(huán)境，保持E7定殖所需要的溫度和濕度。

試驗于2011年5月25日至2012年9月25日于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所鋪仔實驗基地進(jìn)行。試驗采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計方案，3 次重復(fù)。小區(qū)面積為6 m×27 m。香蕉苗、紅薯苗同時栽培，栽培密度為，每區(qū)栽培香蕉30株，間距1.6 m，紅薯每株上下間隔均為0.3 m 布滿整個小區(qū)，栽培90 d后收割收獲紅薯，保留香蕉繼續(xù)生長。共設(shè)6個處理，處理1） E7+香蕉單作；處理2） E7+香蕉/紅薯套作；處理3）E7+紅薯單作；處理4）香蕉單作（CK1）；處理5）香蕉/紅薯套作（CK2）；處理6）紅薯單作（CK3）。在栽培前深翻土壤時施用E7菌劑，小區(qū)翻土深度40cm，處理1、處理2、處理3小區(qū)中，添加E7菌劑使土壤中活菌含量達(dá)到1×106 cfu·g-1（干土），處理4，處理5，處理6小區(qū)中以添加相同質(zhì)量的高溫高壓滅活E7菌劑為對照。

1.2.3 根際土壤微生物數(shù)量的檢測 根際土壤取樣：將根系挖出，抖落大土塊，收集附著在根系上的土壤作為根際土壤：1）盆栽試驗中每隔10 d取樣1次，每個處理取3個點；2）小區(qū)試驗中每隔20 d取根際土樣1次，處理3和處理6取同樣深度土壤；3）小區(qū)試驗中利用自制土壤取樣器，在120 d取不同深度土壤取樣（ 0～10 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm）。隨機(jī)多點采樣，各類土樣取3次重復(fù)。采用稀釋涂平板法[13]，略作修改，測定土壤微生物數(shù)量。

1.2.4 香蕉生長狀況測定 盆栽試驗。香蕉苗生移載后120 d時，測定香蕉株高，地面到新葉根部的高度、離地面土層3 cm的假莖周長；地上部和地下部鮮質(zhì)量，將地上部和地下部切斷，稱質(zhì)量。

小區(qū)試驗：香蕉苗移載后120 d測定每株香蕉的株高、莖圍和葉寬，測定方法同盆栽試驗。。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析 采用Excel XP和SAS 9.0進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤質(zhì)地對E7定殖和促生作用的影響

由圖1可知，在香蕉移栽后0～60 d，E7群體數(shù)量在沙土和黏土中均表現(xiàn)為總體下降趨勢；在壤土中E7定殖量表現(xiàn)為先下降（0～20），后上升（20～30 d），繼續(xù)下降（30～60 d）趨勢，始終顯著高于砂土和和粘土處理，20、30、50、60 d，壤土、砂土和黏土間E7定殖量差異顯著，在10 d和40 d，在砂土和黏土中E7定殖量差異不顯著。表明壤土環(huán)境最利于E7的生長繁殖，在60 d的定殖量還能維持在數(shù)量級104.47，其次為砂土和黏土。

由表1可知，壤土中添加E7后，香蕉株高、莖圍、地上部和地下部鮮質(zhì)量指標(biāo)顯著高于其他處理，砂土也顯著高于黏土，與E7根際定殖量表現(xiàn)基本一致；在壤土中處理的各項指標(biāo)顯著高于對照，在砂土中處理和對照的株高和莖圍沒有顯著性差異；在黏土中處理的地下部鮮質(zhì)量指標(biāo)高于對照，其他指標(biāo)均無顯著性差異。表明E7最適合在壤土中發(fā)揮促生最用，其次砂土和黏土。

2.2 土壤溫度對E7定殖和促生作用的影響

由圖2可知，在不同土壤溫度條件下，E7根際定殖量逐漸增加（16～30 ℃）隨之下降（30～37 ℃），隨時間總體表現(xiàn)為下降趨勢； 30 ℃和37 ℃處理的E7定殖量表現(xiàn)比較平穩(wěn)（0～30 d），數(shù)量級分別為107.20～7.53和106.58～6.87，兩者在10 d和30 d定殖量無顯著性差異；在其他時段，30 ℃處理的定殖量顯著高于其他溫度，在60 d的定殖量還能維持在數(shù)量級104.08。表明有利于E7在根際定殖的土壤溫度為30 ℃，其次為37 ℃，23 ℃和16 ℃。

由表2可知，在37 ℃和30 ℃，E7對株高的促生作用無顯著性差異，對各項指標(biāo)的促生作用顯著高于其他處理和該溫度的對照，與定殖量的表現(xiàn)不一致；在23 ℃，處理的株高和地下部鮮質(zhì)量顯著高于對照，其他指標(biāo)與對照無顯著性差異；在16 ℃，處理的各項指標(biāo)與對照無顯著性差異。表明E7促生作用隨溫度升高而增強(qiáng)，有利于E7促生作用土壤溫度為37 ℃，其次為30 ℃，23 ℃和16 ℃。

2.3 土壤濕度對E7定殖和促生作用的影響

由圖3可知，在不同濕度條件下以濕度20%E7定殖量最高（0～60 d），表現(xiàn)為上升（0～30 d）、下降（30～60 d）的趨勢，最高數(shù)量級為107.93（30 d），與25%處理無顯著性差異（10 d），顯著高于其他處理，在60 d減少到數(shù)量級102.43；濕度為25%，表現(xiàn)為下降（0～20 d）、上升（20～30 d）和下降（30～60 d）的趨勢，最高數(shù)量級為106.27（30 d）；濕度25%的E7定殖量顯著高于15%的處理，15%和30%的處理無顯著性差異（10～40 d和60 d）；15%的處理顯著高于30%的處理（50 d），而25%和30%的處理差無顯著性差異（40～60 d）。表明有利于E7在根際定殖的土壤濕度為20%，其次為25%，15 ℃和30%。

由表3可知，不同土壤濕度條件下添加E7，濕度為20%時促生作用最顯著，較濕度25%的株高和地上部鮮質(zhì)量無顯著性差異，但各項指標(biāo)顯著高于該濕度的對照和其他濕度處理；濕度為15%，處理的地下部鮮質(zhì)量顯著高于該濕度的對照和濕度30%的處理，其他指標(biāo)與30%處理無顯著性差異。表明有利于E7促生作用的土壤濕度為20%，其次為25%，15 ℃和30%，與E7根際定殖量規(guī)律一致。

2.4 栽培方式對E7定殖和促生長作用的影響

由圖4可知，在小區(qū)試驗中，香蕉移栽后的120 d內(nèi)，E7定殖量表現(xiàn)為處理2>處理3>處理1，在20～120 d，處理2顯著高于處理1和處理3，表現(xiàn)為先下降（0～20 d）后上升（20～60 d），再下降（60～80 d）繼續(xù)上升（80～120 d）的趨勢，在120 d達(dá)到最高數(shù)量級106.10；處理3與處理2變化趨勢一致。處理1在各個時間段的定殖量均最低，表現(xiàn)為下降趨勢（0～120 d），在100 d已不能檢測到活菌。表明有利于E7在根際定殖的栽培方式為E7+香蕉/紅薯套作，其次為E7+紅薯單作，E7+香蕉單作。

由表4可知，不同栽培方式對E7促生作用的影響有顯著性差異。處理2的株高、莖圍和葉寬指標(biāo)顯著高于處理1和4；處理1的葉寬顯著高于處理4，株高和莖圍無顯著性差異。表明有利于E7促生作用的栽培方式為E7+香蕉/紅薯套作，其次為E7+香蕉單作。

2.5 栽培方式對E7在香蕉根際土層分布的影響

由圖5可知， E7+香蕉單作和E7+香蕉/紅薯套作兩種處理，E7數(shù)量均隨著土層深度的增加逐漸升高，在10～20 cm達(dá)到最高，隨之逐漸降低。在每一個土層深度，E7在香蕉/紅薯套作土壤中的定殖量套均顯著高于香蕉單作土壤。

2.6 栽培方式和E7對香蕉根際微生物的影響

由表5可知，與其他處理相比，處理2的E7、可培養(yǎng)真菌、細(xì)菌和放線菌數(shù)量均顯著高于其他處理，數(shù)量級分別為106.10，106.98，107.93和106.98。處理1的真菌數(shù)量與處理5無顯著性差異，但顯著高于處理4；各處理細(xì)菌和放線菌數(shù)量均有顯著性差異，細(xì)菌數(shù)量表現(xiàn)為：處理2>處理5>處理>1>處理4，放線菌數(shù)量表現(xiàn)為：處理2>處理1>處理5>處理4。

3 討 論

本研究通過盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，土壤質(zhì)地為壤土顯著提高了淡紫擬青霉E7根際定殖量和促生作用的發(fā)揮，由此分析認(rèn)為，與沙土和黏土比較，壤土具有一定透氣性，有機(jī)質(zhì)豐富，C/N和各種大量、微量元素比例合理，適宜于E7定殖并發(fā)揮促生作用。砂土雖透氣強(qiáng)，但各種營養(yǎng)容易流失；黏土具有一定的營養(yǎng)，但透氣性差，黏附性強(qiáng)，營養(yǎng)分布不均勻，難以提供E7在土壤中繁殖所需要的溶解氧和營養(yǎng)。不同土壤溫度中利于E7在根際定殖的土壤溫度為30 ℃和37 ℃，分別顯著提高了E7定殖量和促生作用，說明E7定殖量與香蕉生長指標(biāo)變化規(guī)律不一致，可能是由于較高溫度適合香蕉與土著微生物生長，對土壤中營養(yǎng)需求量大，而導(dǎo)致E7生長所需的營養(yǎng)不足，從而抑制了E7定殖；溫度過低時雖然土壤微生物生長緩慢，但E7自身代謝也緩慢。土壤濕度為20%壤土顯著提高了淡紫擬青霉E7土壤定殖量和促生作用的發(fā)揮。說明土壤濕度影響了土壤透氣性，以及營養(yǎng)成分的均勻程度，過高和過低的濕度均會導(dǎo)致透氣性差，營養(yǎng)分布不均勻，不利于E7定殖和促生作用的發(fā)揮，同時影響植物生長。生防細(xì)菌細(xì)菌借助土壤自由水運動到土壤空隙提供的保護(hù)位點，土壤水分含量會影響細(xì)菌定殖[14]，本研究也表明適合的濕度才有利于淡紫擬青霉在土壤中定殖。

土壤生物因素（寄主植物的類型和品種、土壤中其他微生物的種類及種群密度等因素）和非生物因素（理化條件、氣象條件、栽培措施等）對生防菌定殖和發(fā)揮效用的影響極其復(fù)雜。國內(nèi)學(xué)者研究表明，土壤質(zhì)地、溫度、濕度是影響生防菌定殖的重要因素之一[15]，利用淡紫擬青霉發(fā)酵液對大豆種子包衣，檢測到該菌在無菌土中栽培1周后有1/10能夠在大豆根際定殖[16]；淡紫擬青霉在土壤中定殖量以固體發(fā)酵物拌土高于孢子液澆灌施入土壤，而且定殖量與降水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[17]；淡紫擬青霉與蝦殼粉混合施用提高定殖量[18]，同時還與品種[19]、菌株差異和初始施用濃度有關(guān)[20]，國外學(xué)者通過淡紫擬青霉與牛糞肥混合施用提高其對根結(jié)線蟲的防效[21]。本研究應(yīng)用套作方式提高E7定殖量，可能原理是，E7菌劑自身含有適合土壤真菌增值的豐富營養(yǎng)成分，而紅薯對土壤的覆蓋維持土壤溫度、濕度的穩(wěn)定，分別從化學(xué)影因素和物理因素方面提供了適合真菌繁殖的環(huán)境。

土壤連作后導(dǎo)致土壤微生物生態(tài)失衡、病原微生物富集、有益微生物減少[22]，套作增加土壤微生物中細(xì)菌和放線菌的數(shù)量，有效抑制連作障礙或病害的發(fā)生[23]。在本試驗中，與香蕉單作比較，采用E7+香蕉/紅薯套作方式顯著提高了根際土壤中可培養(yǎng)真菌、細(xì)菌和放線菌數(shù)量，可能原因是紅薯生長形成莖、葉組織對土壤形成覆蓋，有效減少了紫外線對土表的照射，土質(zhì)疏松，溶解的氧氣較多，溫度、濕度穩(wěn)定，同時通過套作方式，香蕉/紅薯的根系分泌物和施用的肥料等營養(yǎng)物，同時淡紫擬青霉為好氧微生物，從而為E7的生長繁殖和垂直擴(kuò)散到深層土壤提供了良好的條件，也有利于細(xì)菌、真菌和放線菌等其他土壤微生物的增殖。

本研究結(jié)果揭示，淡紫擬青霉E7具有較強(qiáng)的應(yīng)用前景，定殖量與促生作用聯(lián)系緊密，彼此互受影響，利于香蕉的物理環(huán)境，也利于E7的定殖。因此，從生防菌與植物互作的角度研究生防菌的防病促生機(jī)制，將是今后研究生防菌的重要方向。本研究首次闡明了土壤質(zhì)地、溫度和濕度等物理因素和栽培方式對淡紫擬青霉定殖和促生作用的影響，有助于選擇合適的施用時機(jī)與方法（如添加營養(yǎng)物、土壤疏松物或水分調(diào)節(jié)） ，從而為淡紫擬青霉菌劑科學(xué)施用奠定基礎(chǔ)。本試驗只是針對盆栽土壤物理因素和小區(qū)栽培方式對淡紫擬青霉的定殖和促生作用的影響進(jìn)行了研究，以后還應(yīng)針對化肥、有機(jī)肥、農(nóng)藥、劑型、用量和施用方式等對E7防病促生機(jī)制的影響進(jìn)行深入研究，以指導(dǎo)高效淡紫擬青霉菌劑的研制和田間應(yīng)用。

4 結(jié) 論

最適宜淡紫擬青霉E7在香蕉根際定殖和發(fā)揮促生作用的土壤質(zhì)地為壤土，其次為砂土和黏土，土壤溫度分別為30 ℃和37 ℃，23 ℃和16 ℃，土壤濕度為20%、25%，其次為15%和30%。香蕉/紅薯套作并施用E7菌劑，香蕉移栽后0～120 d內(nèi)顯著提高E7在香蕉根際定殖，在120 d顯著提高了香蕉長勢和根際土壤中可培養(yǎng)真菌、細(xì)菌、放線菌數(shù)量和不同深度土壤中的E7數(shù)量。

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