西瓜茬后種植稻麥對(duì)土壤微生物數(shù)量和西瓜枯萎病發(fā)生的影響

王夏雯， 余 翔， 喬俊卿， 吳紹軍， 孟佳麗， 劉郵洲， 姜若勇

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院宿遷農(nóng)科所，宿遷 223831;2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，南京 210014)

西瓜是中國(guó)主要水果作物，栽培面積居世界首位，占世界西瓜栽培總面積的45%。由尖孢鐮刀菌(Fusarium oxysporum f.sp.niveum)侵染所致的西瓜枯萎?。?-2］，是危害西瓜生產(chǎn)最嚴(yán)重的病害，中國(guó)每年發(fā)生面積約2.5×105hm2，重茬地發(fā)病率可達(dá)30%，嚴(yán)重地塊發(fā)病率達(dá)80%，往往造成大幅減產(chǎn)甚至絕收。近年隨著西瓜產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；M(jìn)程加快，重茬連作等因素導(dǎo)致西瓜枯萎病日益加劇，成為制約西瓜產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。

肖媛元等［3］、吳學(xué)宏等［4］研究發(fā)現(xiàn)，西瓜與水稻輪作可降低西瓜枯萎病發(fā)生率，緩解西瓜連作障礙，逐漸被種植戶(hù)接受和應(yīng)用［5］。本課題組發(fā)現(xiàn)，西瓜茬后連續(xù)種植數(shù)年稻麥再種西瓜罕有枯萎病發(fā)生。據(jù)此，本研究采用選擇性培養(yǎng)基培養(yǎng)，可培養(yǎng)微生物計(jì)數(shù)等方法，初步探究西瓜茬后連續(xù)種植1年、2年、3年、4年、5年稻麥對(duì)土壤中尖孢鐮刀菌等微生物數(shù)量和西瓜枯萎病發(fā)生的影響及水稻根系分泌物對(duì)尖孢鐮刀菌生長(zhǎng)的影響，從微生態(tài)的角度闡釋西瓜-稻麥輪作模式對(duì)防治西瓜枯萎病的作用機(jī)理，為該模式推廣應(yīng)用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試西瓜品種為京欣1號(hào)，水稻品種為寧粳4號(hào)，小麥品種為淮麥20。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2009—2014年在宿遷市洋北鎮(zhèn)西瓜試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)田位于洋北鎮(zhèn)槐樹(shù)村，面積約5 400 m2，土壤為沙壤土，有機(jī)質(zhì) 3.88%，全氮0.245%，全磷0.132%，全鉀4.1%，速效氮310.4 mg/kg，速效磷67.2 mg/kg，速效鉀279.3 mg/kg。2009年春季試驗(yàn)田全部種植西瓜，之后各處理分茬次進(jìn)行稻麥輪作并開(kāi)展土壤微生物分析和西瓜枯萎病發(fā)生情況調(diào)查。試驗(yàn)田設(shè)T0、T1、T2、T3、T4、T5共6個(gè)處理，T0為2009年種植西瓜;T1為2009年西瓜茬后，種植1茬水稻;T2為2009年西瓜茬后，種植2茬水稻1茬小麥;T3為2009年西瓜茬后，種植3茬水稻2茬小麥;T4為2009年西瓜茬后，種植4茬水稻3茬小麥;T5為2009年西瓜茬后，種植5茬水稻4茬小麥。每個(gè)處理面積約900 m2，分別平均分割為3個(gè)重復(fù)小區(qū)。西瓜及稻麥種植均為常規(guī)栽培。西瓜采用三膜一簾竹拱大棚，于1月上旬穴盤(pán)育苗，2月中旬移栽，6月下旬拉秧;水稻于5月上旬播種，7月上旬移栽，10月上中旬收獲;小麥于10月上中旬播種，次年6月收獲。

1.3 土壤微生物及西瓜枯萎病菌數(shù)量調(diào)查

用5點(diǎn)采樣法，采集T0～T5處理20 cm耕層土壤，用于土壤微生物數(shù)量調(diào)查。T0處理于2009年西瓜收獲后采集，T1～T5處理分別于2010—2014年水稻收獲后采集。采用稀釋平板法測(cè)定土壤細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌以及尖孢鐮刀菌的數(shù)量。土壤細(xì)菌數(shù)量測(cè)定采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌數(shù)量測(cè)定采用馬丁氏培養(yǎng)基，放線(xiàn)菌數(shù)量測(cè)定采用改良高氏一號(hào)培養(yǎng)基［6］，尖孢鐮刀菌數(shù)量采用Komada［7］的選擇性培養(yǎng)基。

1.4 西瓜枯萎病發(fā)病情況調(diào)查

T1～T5處理分別于2010—2014年春季再種植西瓜時(shí)調(diào)查西瓜枯萎病發(fā)病率。西瓜株行距為0.4 m×2.0 m，每個(gè)處理3次重復(fù)。基肥施用優(yōu)質(zhì)腐熟有機(jī)肥 37.5 t/hm2，45% 硫酸鉀型復(fù)合肥 450 kg/hm2;追肥施用 45% 硫酸鉀型復(fù)合肥 300 kg/hm2。西瓜苗移栽后35 d和65 d調(diào)查西瓜枯萎病發(fā)病率。

發(fā)病率 =小區(qū)發(fā)病株數(shù)/小區(qū)總株數(shù)×100%

1.5 水稻根系分泌物對(duì)尖孢鐮刀菌孢子萌發(fā)的影響調(diào)查

將水稻種子用3%次氯酸鈉溶液浸泡消毒2 min，無(wú)菌水催芽，待根系長(zhǎng)出1～2 cm后，按照6棵水稻苗24 ml MS培養(yǎng)液的比例，將水稻移入滅菌MS培養(yǎng)液中，24℃靜置培養(yǎng)，每天12 h光照和12 h黑暗，8 d后(水稻2～3葉期)收集MS培養(yǎng)液，用0.22 μm孔徑濾膜過(guò)濾除菌，4℃保存?zhèn)溆谩Ｈ?5 μl尖孢鐮刀菌孢子液(濃度為1 ml 1×106個(gè)孢子)加入500 μl上述滅菌的水稻根系分泌物中，26℃靜置培養(yǎng)，分別在培養(yǎng)12 h、24 h后觀察孢子萌發(fā)情況。以MS培養(yǎng)基培養(yǎng)尖孢鐮刀菌孢子為空白對(duì)照，3次重復(fù)。

孢子萌發(fā)率=萌發(fā)的孢子數(shù)/總孢子數(shù)×100%

1.6 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan′s新復(fù)極差法分析不同處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 西瓜茬后種植稻麥對(duì)土壤細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌數(shù)量的影響

土壤中可培養(yǎng)微生物數(shù)量(表1)顯示:種植1茬水稻后，土壤中細(xì)菌和放線(xiàn)菌數(shù)量顯著升高，而真菌數(shù)量顯著降低。即，細(xì)菌數(shù)量從西瓜剛收獲完的4.50×106CFU/g迅速增加到1.41×107CFU/g，增加達(dá)213%;放線(xiàn)菌數(shù)量也增加了40%，而真菌數(shù)量下降了56%，2年稻麥種植后土壤中微生物數(shù)量漸趨穩(wěn)定。以上結(jié)果說(shuō)明，西瓜茬后種植稻麥對(duì)土壤微生態(tài)有顯著影響。

表1 西瓜茬后稻麥種植茬次對(duì)土壤中細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌的影響Table 1 Effect of rice-wheat rotation modes after watermelon season on the amount of culturable microorganisms

2.2 西瓜茬后種植稻麥對(duì)土壤西瓜尖孢鐮刀菌數(shù)量的影響

尖孢鐮刀菌的分離培養(yǎng)結(jié)果(圖1)顯示:西瓜種植后，隨著稻麥種植年限的增加，土壤樣品中尖孢鐮刀菌數(shù)量總體呈逐漸降低趨勢(shì)。西瓜種植后當(dāng)季的土壤中尖孢鐮刀菌的數(shù)量最高，達(dá)到1.8× 103CFU/g。當(dāng)種植1茬水稻后，土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量降低到9×102CFU/g。隨后T2～T5處理土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量維持在1×102～4×102CFU/g。以上結(jié)果表明，稻麥種植對(duì)土壤中尖孢鐮刀菌具有抑制作用，且隨種植年限的增加抑制效果呈累加效應(yīng)。

圖1 西瓜茬后種植稻麥茬次對(duì)土壤尖孢鐮刀菌數(shù)量的影響Fig.1 Effect of rice-wheat rotation modes after watermelon season on the amount of Fusarium oxysporum

2.3 西瓜茬后稻麥種植茬次對(duì)西瓜枯萎病發(fā)病率的影響

西瓜枯萎病發(fā)病率的調(diào)查結(jié)果(表2)顯示:西瓜茬后種植1茬水稻再種植西瓜，移栽后35 d和65 d西瓜枯萎病田間發(fā)病率分別為2.3%和13.7%，隨著稻麥種植年限的增加，西瓜枯萎病發(fā)病率迅速下降，在連續(xù)交替種植5茬水稻、4茬小麥后，再種植西瓜，移栽65 d田間枯萎病發(fā)病率僅為1.0%，說(shuō)明，西瓜茬后連續(xù)種植稻麥可有效降低西瓜枯萎病發(fā)生率，且種植年限越久效果越好，此結(jié)果與土壤中西瓜尖孢鐮刀菌數(shù)量變化趨勢(shì)基本一致。

表2 西瓜茬后稻麥種植茬次對(duì)西瓜枯萎病發(fā)病率的影響Table 2 Effect of rice-wheat rotation modes after watermelon season on the incidence of Fusarium wilt

2.4 水稻根系分泌物對(duì)尖刀鐮孢菌孢子萌發(fā)的影響

水稻根系分泌物對(duì)尖孢鐮刀菌分生孢子萌發(fā)影響的試驗(yàn)結(jié)果(表3)顯示，尖孢鐮刀菌在含水稻根系分泌物的MS培養(yǎng)液和其10倍稀釋液中分別培養(yǎng)12 h后，孢子萌發(fā)率分別為11.3%和38.0%，與對(duì)照相比，孢子萌發(fā)抑制率分別為 80.9%和35.7%;尖孢鐮刀菌在含水稻根系分泌物的MS培養(yǎng)液和其10倍稀釋液中分別培養(yǎng)24 h后，孢子萌發(fā)率分別為30.6%和70.7%，與對(duì)照相比，孢子萌發(fā)抑制率分別為57.7%和2.2%。以上結(jié)果表明，水稻根系分泌物能夠抑制分生孢子的萌發(fā)，這有利于降低土壤中尖孢鐮刀菌孢子萌發(fā)率，減少病原菌基數(shù)，從而控制枯萎病的發(fā)生和蔓延。

表3 水稻根系分泌物對(duì)西瓜枯萎菌分生孢子萌發(fā)的影響Table 3 Effect of the rice root exudates on the germination of F.oxysporum spore

3 討論

3.1 西瓜茬后種植稻麥對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

植物微生態(tài)學(xué)理論認(rèn)為，植物與存在于體表和體內(nèi)的微生物群落組成了一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的生態(tài)系，一旦平衡遭破壞，則發(fā)生植物病害［8］。西瓜枯萎病是西瓜種植上常見(jiàn)的一種重要病害，已有報(bào)道西瓜根系分泌物能誘集尖孢鐮刀菌，促進(jìn)其生長(zhǎng)和繁殖［10］，造成西瓜枯萎病的嚴(yán)重發(fā)生。西瓜茬后種植稻麥，不同的生態(tài)環(huán)境必然對(duì)土壤中微生物數(shù)量產(chǎn)生影響。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，種植1茬水稻后，細(xì)菌數(shù)量增加了213%，放線(xiàn)菌數(shù)量增加了40%，真菌數(shù)量降低了56%。這可能是因?yàn)?茬水稻的種植打破了西瓜茬土壤有利于病原菌生存的生態(tài)環(huán)境，促使有益細(xì)菌或拮抗細(xì)菌數(shù)量顯著升高，抑制尖孢鐮刀菌的繁殖，導(dǎo)致真菌數(shù)量顯著降低。而種植稻麥第2年至第5年后，在大幅度降低了土壤尖孢鐮刀菌數(shù)量后，土壤中各類(lèi)微生物數(shù)量趨向穩(wěn)定，這可能是因?yàn)榈钧溤耘嘟⒘伺c其適應(yīng)的土壤微生物環(huán)境，微生物群落達(dá)成了新的動(dòng)態(tài)平衡［9］。

3.2 西瓜茬后種植稻麥對(duì)土壤中尖孢鐮刀菌和西瓜枯萎病發(fā)生的影響

已有研究結(jié)果表明，水稻與多種蔬菜作物輪作均可緩解土傳病害引起的連作障礙，如李金紅等［10］報(bào)道，利用水稻和番茄輪作，可有效減少番茄枯萎病的發(fā)生。楊祥田等［11］研究發(fā)現(xiàn)，草莓和水稻輪作可改善土壤微生物區(qū)系，促進(jìn)草莓增產(chǎn)，減輕草莓枯黃萎病的發(fā)生。柯用春等研究發(fā)現(xiàn)淹水環(huán)境能殺滅西瓜尖孢鐮刀菌，減少其在土壤中的數(shù)量［12］。本研究結(jié)果顯示，西瓜茬后連續(xù)種植稻麥能顯著降低土壤中尖孢鐮刀菌的數(shù)量，尤其是前2年，土壤中尖孢鐮刀菌的數(shù)量變化最為明顯，第一年降低50.0%，第2年降低77.8%。這可能是由于水稻生長(zhǎng)期內(nèi)的淹水環(huán)境抑制了土壤中尖孢鐮刀菌的生長(zhǎng)和繁殖。

枯萎病發(fā)病率調(diào)查結(jié)果顯示，西瓜茬后種植1茬水稻，后茬西瓜的枯萎病發(fā)病率降低到13.7%，種植2茬水稻1茬小麥，后茬西瓜的枯萎病發(fā)病率降至5.6%，種植3茬水稻2茬小麥，后茬西瓜的枯萎病發(fā)病率降至2.1%。因此建議，西瓜茬后連續(xù)種植3年稻麥后可再次種植西瓜。

3.3 水稻根系分泌物對(duì)尖孢鐮刀菌分生孢子萌發(fā)的影響

據(jù)報(bào)道，非寄主作物的根系分泌物會(huì)對(duì)土傳致病菌的萌發(fā)、繁殖產(chǎn)生抑制作用［13-18］，本研究結(jié)果顯示，水稻根系分泌物可以抑制西瓜尖孢鐮刀菌分生孢子萌發(fā)，這可能是連續(xù)種植稻麥后，土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量降低的另外一個(gè)原因。

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