海拔對魔芋根際微生物區(qū)系和軟腐病發(fā)生的影響

徐佳欣 劉芳 吳三林 龔明福 張婭 羅燕梅

摘要：【目的】研究不同海拔對魔芋土壤微生物區(qū)系的影響及其與魔芋軟腐病發(fā)生的關(guān)系，為利用土壤微生態(tài)控制魔芋病害提供理論依據(jù)?！痉椒ā客ㄟ^田間小區(qū)試驗，研究魔芋在4個海拔高度（610、913、1205和1518m）和4個生長時期（幼苗期、換頭期、塊莖膨大期和塊莖成熟期）軟腐病發(fā)病率及其根際的真菌、細菌和放線菌數(shù)量、微生物總量和微生物多樣性，應用DPS 7.05對試驗數(shù)據(jù)進行分析?！窘Y(jié)果】同一海拔的不同時期，隨著魔芋的生長，魔芋軟腐病發(fā)病率呈先上升后下降的變化趨勢，以塊莖膨大期軟腐病發(fā)病率最高；同一時期不同海拔高度，總體趨勢為隨著種植海拔的增加，軟腐病發(fā)病率呈下降趨勢。隨著魔芋的生長和發(fā)育，4個生育時期的細菌、真菌、放線菌和微生物總量均呈先下降后上升的變化趨勢，即幼苗期>換頭期>塊莖成熟期>塊莖膨大期；隨著海拔高度的增加，魔芋根際微生物細菌、真菌、放線菌和微生物總量均相應增加；海拔對魔芋根際土壤微生物的多樣性無顯著影響（P>0.05）。【結(jié)論】適當增加種植區(qū)海拔能有效調(diào)節(jié)魔芋根際微生物區(qū)系，是控制魔芋軟腐病發(fā)生的有效措施。

關(guān)鍵詞：魔芋；軟腐病；海拔；土壤微生物區(qū)系

0引言

【研究意義】魔芋別名磨芋，為天南星科磨芋屬多年生草本植物，其塊莖含有豐富的果膠、淀粉和葡苷聚糖等營養(yǎng)物質(zhì)，具有極高的食用和藥用價值，且魔芋制品還是多種行業(yè)的重要原料（羅炎華等，2008）。自20世紀80年代以來，隨著對魔芋用途和作用的不斷認識與開發(fā)，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，現(xiàn)已成為我國重要的特色經(jīng)濟作物之一。在栽培過程中，多種病害制約著魔芋產(chǎn)量的提高，其中魔芋軟腐病因其病害發(fā)生因素多、存在范圍廣、適應性強、傳播途徑多樣、病害難以根治等特點（馮小俊，2008），對魔芋種植業(yè)造成嚴重影響（馬勇，2015），但迄今為止尚無針對魔芋軟腐病的特效防治辦法，國內(nèi)外也無成功根治魔芋軟腐病的報道。生物多樣性是阻礙植物病害盛行的自然屏障，利用生物多樣性有效控制植物病害是當前農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本途徑（趙玉華等，2013）。田問土壤微生物是田間生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化、循環(huán)和利用的基礎，是維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的保障，作物病害的發(fā)生，特別是土傳病害的發(fā)生與根際微生物數(shù)量、區(qū)系構(gòu)成和群落結(jié)構(gòu)有著密切聯(lián)系（Perez et al，2008），因此，有必要對不同海拔高度與魔芋軟腐病的發(fā)生及根際土壤微生物區(qū)系的關(guān)系進行研究?！厩叭搜芯窟M展】在軟腐病與海拔高度關(guān)系方面前人已開展了相關(guān)研究。崔鳴和李川（2009）在研究魔芋軟腐病發(fā)病規(guī)律時發(fā)現(xiàn)，隨著海拔的上升，軟腐病發(fā)病率呈下降趨勢；秦建彬等（2012）研究了大花蕙蘭軟腐病的發(fā)生規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高海拔地點的發(fā)病率低于低海拔地點；王志宏等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，在高海拔地區(qū)高溫維持時間短、晝夜溫差大，且年降雨量和日照百分率等均適合作物正常生長發(fā)育的要求，軟腐病發(fā)病程度相對較輕，易于控制。土壤微生物是形成土壤和整個生態(tài)系統(tǒng)的重要部分，是促進土壤養(yǎng)分和有機質(zhì)轉(zhuǎn)化與循環(huán)的主要因素（羅藝霖等，2013）。許汝冰等（2012）研究了不同海拔高度與煙田土壤微生物的關(guān)系，結(jié)果表明，土壤微生物量與海拔的高度呈正相關(guān)，即土壤微生物隨著海拔高度的高度而增加；董艷等（2013）研究發(fā)現(xiàn)，土壤根際微生物區(qū)系豐富，對土傳病害軟腐病的發(fā)生有一定的抑制作用；蔡霜等（2016）研究峨眉山土壤微生物生物量對海拔梯度的響應，結(jié)果發(fā)現(xiàn)微生物量在高海拔時高于低海拔?！颈狙芯壳腥朦c】目前，針對海拔高度與魔芋軟腐病發(fā)生規(guī)律及根際微生物區(qū)系影響相關(guān)性的研究報道較少。【擬解決的關(guān)鍵問題】以四川省普遍種植的花魔芋為對象，研究不同海拔對土壤微生物種類、數(shù)量及土壤微生物多樣性的影響，分析其與魔芋軟腐病發(fā)生的關(guān)系，以期為利用土壤微生態(tài)控制魔芋病害的發(fā)生提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試魔芋品種為四川當?shù)馗弋a(chǎn)主栽品種花魔芋。選擇成熟度好、種臍小、無損傷、外觀無病害特征、大小適宜的健康種芋，曬種后，用1500倍農(nóng)用硫酸鏈霉素和800倍甲基托布津溶液浸種。播種密度依種芋球莖的4倍為株距、6倍為行距，播種前施用適量氮磷鉀基肥，田間管理參考優(yōu)質(zhì)魔芋栽培技術(shù)進行。

1.2試驗方法

1.2.1試驗設計試驗于2016年在四川省樂山市金口河區(qū)永勝鄉(xiāng)和吉星鄉(xiāng)進行。試驗采用海拔因素（H）隨機區(qū)組設計，設4個水平，即H₁（610 m）、H₂（913m）、H₃（1205m）和H₄（1518m），每處理重復3次，共12個小區(qū)，小區(qū)面積66.7 m2。試驗土壤為沙壤土，土壤肥力中等。魔芋于2016年3月24日播種，2016年10月27日收獲。

1.2.2調(diào)查項目及方法

1.2.2.1發(fā)病率統(tǒng)計分別于魔芋幼苗期、換頭期、塊莖膨大期和塊莖成熟期在4個魔芋生長不同海拔種植區(qū)對其軟腐病發(fā)病率進行統(tǒng)計。軟腐病病株在苗期表現(xiàn)為苗尖彎曲，葉柄、種芋腐爛；生長期病株的葉片呈暗綠色小斑，擴大后葉片組織腐爛；葉柄基部潰爛，葉片干枯呈黃褐色；球莖表面出現(xiàn)水潰狀暗褐色病斑，病菌向球莖內(nèi)侵入，呈灰褐色黏液狀腐爛，并散發(fā)惡臭；隨著球莖及根的腐爛，葉片枯萎，直至全株枯死。軟腐病田間調(diào)查以株為單位統(tǒng)計發(fā)病率，每一時期統(tǒng)計完成后將發(fā)病植株拔除，因此，每次統(tǒng)計的數(shù)據(jù)為該時期的凈發(fā)病率。

發(fā)病率（%）=（發(fā)病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù)）x100

1.2.2.2樣品采集分別于4個魔芋生長時期在4個不同海拔種植區(qū)進行采樣，在每塊樣方隨機選取3個小樣方中具有代表性的魔芋發(fā)病植株作為3個重復，先將魔芋植株根系從土壤中整體挖出，輕輕抖掉與根系松散結(jié)合的土壤，然后刷下與根系緊密相連的土壤，挑除其中的石塊、根系等雜物作為待分析根際土壤樣品。得到的根際土壤樣品立即放入冰盒保存，將冷藏保存的土樣帶回實驗室過2 mm篩后放入冰箱，并盡快進行微生物區(qū)系分析。

1.2.2.3土壤微生物區(qū)系測定微生物分析采用稀釋涂布平板法，采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基培養(yǎng)細菌、馬丁氏培養(yǎng)基培養(yǎng)真菌、高氏一號培養(yǎng)基培養(yǎng)放線菌。土壤懸浮液及濃度梯度制備采用無菌水稀釋方法。測定濃度：培養(yǎng)細菌用10^-5、10^-6和10^-7濃度；培養(yǎng)真菌用10^-3、10^-4和10^-5濃度；培養(yǎng)放線菌用10^-4、10^-5和10^-6濃度。將培養(yǎng)基滅菌后分別倒入培養(yǎng)皿備用，提取1.0 mL各濃度稀釋液于培養(yǎng)基表面，用L形無菌玻璃棒推均勻，寫標簽后置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。調(diào)查計數(shù)以細菌30～300個/皿，真菌、放線菌10-100個/皿為準。1.2.2.4微生物多樣性統(tǒng)計微生物多樣性指數(shù)（H）采用Shannon-Wiener指數(shù)法計算，計算公式為：

1.3統(tǒng)計分析

使用Excel 2010對試驗數(shù)據(jù)進行整理，采用DPS 7.05對數(shù)據(jù)進行分析，采用Duncan's行多重比較分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同海拔對魔芋軟腐病發(fā)生的影響

從圖1可看出，同一海拔不同時期，隨著魔芋的生長，魔芋軟腐病發(fā)病率呈先上升后下降的變化趨勢，以塊莖膨大期軟腐病發(fā)病率最高；同一時期不同海拔高度，總體趨勢為隨著種植海拔的增加，軟腐病發(fā)病率呈下降趨勢，在H₁水平軟腐病發(fā)病率最高，且H₁水平的發(fā)病率與H₃和H₄水平的發(fā)病率差異顯著（P<0.05，下同）。與H₁水平下的發(fā)病率相比，H₂、H₃和H₄水平下的魔芋幼苗期軟腐病發(fā)病率分別降低一2.9%、42.1%和60.0%；換頭期H₂、H₃和H₄水平下分別降低13.2%、22.2%和41.7%；塊莖膨大期H₂、H₃和H₄水平下分別降低13.8%、11.7%和30.0%；塊莖成熟期H₂、H₃和H₄水平下分別降低2.1%、28.3%和37.4%。

2.2不同海拔對魔芋根際微生物區(qū)系及多樣性的影響

2.2.1不同海拔對根際微生物區(qū)系的影響從圖2可看出，隨著魔芋的生長和發(fā)育，同一海拔下4個生育時期的微生物總量、細菌、真菌和放線菌數(shù)量均呈先下降后上升的變化趨向，即幼苗期>換頭期>塊莖成熟期>塊莖膨大期；隨著種植海拔的升高，細菌和真菌數(shù)量及微生物總量總體表現(xiàn)為上升趨勢，且H₁與H₃、H₄水平差異顯著；放線菌數(shù)量變化無一致規(guī)律，但表現(xiàn)為在H₄水平下的數(shù)量最高，H₁水平下最低，且H₁與H₄水平差異顯著。以上分析結(jié)果表明，在H₄的海拔條件下具有較高的細菌、真菌、放線菌和微生物總量的優(yōu)勢，而在H₄的海拔條件下微生物數(shù)量最低。與H₁水平下的細菌數(shù)量相比，H₂、H₃和H₄水平下魔芋幼苗期的根際細菌數(shù)量分別增加37.8%、35.1%和67.6%；H₂、H₃和H₄水平下?lián)Q頭期分別增加23.1%、35.9%和43.6%；H₂、H₃和H₄水平下塊莖膨大期分別增加11.1%、36.1%和22.2%；H₂、H₃和H₄水平下塊莖成熟期分別增加31.3%、53.1%和56.3%。與H₁水平下的真菌數(shù)量相比，H₂、H₃和H₄水平下魔芋幼苗期的根際真菌數(shù)量分別增加1.9%、20.7%和30.2%；H₂、H₃和H₄水平下?lián)Q頭期分別增加6.3%、20.8%和41.7%；H₂、H₃和H₄水平下芋塊莖膨大期的根際真菌數(shù)量分別增加-4.9%、14.6%和34.1%；H₂、H₃和H₄水平下塊莖成熟期分別增加7.5%、30.0%和60.0%。與H₁水平下的放線菌數(shù)量相比，H₂、H₃和H₄水平下魔芋幼苗期分別增加8.1%、5.4%和13.5%；H₂、H₃和H₄水平下?lián)Q頭期的放線菌數(shù)量分別增加34.5%、27.6%和37.9%；H₂、H₃和H₄水平下芋塊莖膨大期分別增加16.7%、12.5%和50%；H₂、H₃和H₄水平下塊莖成熟期分別增加22.7%、50.0%和72.2%。與H₁水平下的微生物總量相比，H₂、H₃和H₄水平下魔芋幼苗期的微生物總量分別增加34.7%、32.3%和62.2%；H₂、H₃和H₄水平下?lián)Q頭期分別增加23.4%、35.2%和43.2%；H₂、H₃和H₄水平下芋塊莖膨大期分別增加11.3%、34.4%和24.1%；H₂、H₃和H₄水平下塊莖成熟期分別增加30.4%、52.6%和57.3%。

2.2.2不同海拔對根際微生物多樣性的影響生物多樣性是衡量生態(tài)系統(tǒng)健康和穩(wěn)定的一個重要因素（李晶等，2013；李自剛等，2016）。從圖3可看出，同一海拔下不同時期微生物多樣性變化無一致規(guī)律；而同一時期不同海拔下，雖微生物多樣性指數(shù)會隨著種植海拔的升高有一定波動，但也無一致規(guī)律，其中均以H₁水平下的微生物多樣性指數(shù)最低，但各處理問差異均不顯著（P>0.05）。表明種植海拔對魔芋根際土壤微生物多樣性無顯著影響。

3討論

3.1種植海拔對魔芋軟腐病發(fā)生的影響

魔芋的生長和發(fā)育要求較苛刻的環(huán)境條件，在低海拔地區(qū)晝夜溫差小，高溫延續(xù)時間較長，導致魔芋植株抗病性降低，是軟腐病盛行的重要原因之一。王志宏等（2016）研究認為，在海拔700-1100 m的地區(qū)，高溫維持時間短，晝夜溫差大，且年降雨量和日照百分率均適合魔芋的正常生長發(fā)育，軟腐病發(fā)病程度相對較輕，易控制。本研究結(jié)果顯示，隨著種植海拔的增加，同一時期魔芋軟腐病發(fā)病率呈下降趨勢，在H₁低海拔水平下軟腐病發(fā)病率最高，與崔鳴和李川（2009）報道的研究結(jié)果一致，即隨著海拔上升，軟腐病發(fā)病率下降。

3.2魔芋生育期對根際微生物的影響及與軟腐病發(fā)生的關(guān)系

根際微生物數(shù)量與根際養(yǎng)分豐富情況呈正相關(guān)，即根際養(yǎng)分虧缺，根區(qū)系微生物數(shù)量也會下降（章家恩等，2002）。本研究中，魔芋幼苗時期的根際微生物數(shù)量最多，隨著魔芋進人生長發(fā)育的旺盛期，根際養(yǎng)分會出現(xiàn)虧缺，因此微生物數(shù)量也會降低，其中在塊莖膨大期微生物數(shù)量最低，是由于塊莖膨大期為魔芋生長發(fā)育最旺盛時期，此期魔芋光合作用強，需要充足的養(yǎng)分，因而根際區(qū)系的養(yǎng)分可能會出現(xiàn)短暫缺乏，微生物數(shù)量也會較換頭期有所降低。

魔芋具有喜陰怕曬、喜濕怕旱等特性，而夏秋季節(jié)氣溫高、雨水多，且相對濕度在80%以上的時間長（涂華建，2015；粟周群和龍翔，2017）；田問遮陽、排水不暢等條件使魔芋軟腐病菌易于侵入與傳播，同時使與之有拮抗關(guān)系的有益菌減少，降低了魔芋植株的抗病性，導致魔芋病害發(fā)生與流行（周皴等，2004），因此在魔芋生長發(fā)育過程中軟腐病的高發(fā)期在塊莖膨大期和塊莖成熟期。本研究中，隨著魔芋的生長發(fā)育，同一海拔不同時期的魔芋軟腐病凈發(fā)病率先上升后下降，在塊莖膨大期時軟腐病發(fā)病率最高，其次是換頭期。

3.3種植海拔對根際微生物區(qū)系的影響及其與抗軟腐病的關(guān)系

土壤微生物的生物量對環(huán)境的變化具有敏感性，因而被認為是比土壤總有機質(zhì)更可信的環(huán)境變化指示因子。影響土壤微生物的環(huán)境因素較多，主要有土壤溫度、土壤養(yǎng)分水平、土壤水分條件及其他氣候條件等，因此海拔梯度通常是用來研究生態(tài)過程如何受溫度及其他相關(guān)氣候因子影響的良好系統(tǒng)（張地等，2012）。許汝冰等（2012）研究表明，土壤微生物量與海拔高度的升高呈正相關(guān)，即土壤微生物隨著海拔高度的升高而增加。本研究中，隨著種植海拔的增加，土壤養(yǎng)分、溫度、濕度等條件更有利于微生物繁殖，因此土壤微生物量也逐漸增加，與上述研究結(jié)果一致。

本研究中，土壤中的細菌、真菌和放線菌數(shù)量與魔芋軟腐病的發(fā)生趨于負相關(guān)，即土壤細菌、真菌和放線菌數(shù)量越多，發(fā)病率越低，與董艷等（2010）認為蠶豆根際微生物數(shù)量的增加與降低蠶豆枯萎病的發(fā)生具有一致性。根際土壤區(qū)系中細菌數(shù)量的增加能有效抑制病原菌生長（Whipps，2001），其原理主要是細菌能有效存在于植物根際區(qū)域，對病原菌賴以生存的養(yǎng)分具有競爭作用，并能產(chǎn)生抗生素和胞外酶（Brimecombe et al，2001）；放線菌多數(shù)能產(chǎn)生抗菌素，抑制病菌生長，對病害的發(fā)生具有一定的阻礙作用（Ren et al，2008）；土壤中真菌數(shù)量的增加有利于土壤生態(tài)系統(tǒng)維持相對的穩(wěn)定，有利于提高土壤抵御土傳病害的能力（謝慧等，2007）。因此，認為土壤中微生物數(shù)量的增加對魔芋軟腐病具有一定的控制作用。

3.4種植海拔對土壤微生物多樣性的影響及其與抗軟腐病的關(guān)系

土壤微生物多樣性是土壤生物化學性質(zhì)的重要組成部分，植物對土傳病害的抗病性與根際土壤微生物多樣性有著密不可分的關(guān)系（董艷等，2013）。本研究結(jié)果表明，不同海拔下魔芋限際土壤微生物多樣性變化無一致規(guī)律，在高海拔地區(qū)土壤微生物多樣性指數(shù)大于低海拔地區(qū)，但差異不顯著；本研究中，隨著種植海拔的升高，土壤微生物總量也顯著增加，表現(xiàn)出土壤微生物總量變化與微生物多樣性變化并不相同，與章家恩等（2002）報道土壤微生物總量與微生物多樣性指數(shù)的變化趨勢無一致性，及習金根等（2005）研究認為微生物總數(shù)高的土壤，其多樣性指數(shù)并不一定高的結(jié)論一致。

4結(jié)論

隨著種植海拔的增加，魔芋根際微生物總量也隨之增加，但對魔芋根際微生物多樣性無顯著影響；根際微生物數(shù)量變化與軟腐病的發(fā)生存在負相關(guān)關(guān)系，魔芋軟腐病發(fā)病率隨著種植海拔的增加而下降。因此，適當增加種植區(qū)海拔能有效調(diào)節(jié)魔芋根際微生物區(qū)系，是控制魔芋軟腐病發(fā)生的有效措施。