百合連作障礙形成機(jī)制及防治技術(shù)研究進(jìn)展

陳軍華 ，吳劍鋒 ，方潔 ，程文亮 ，呂群丹

（1.浙江麗水市中藥材產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心，323000；2.浙江麗水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院化學(xué)生物學(xué)中心）

百合（Liliumspp.）通常是對百合科（Liliaceae）百合屬（Lilium）一類具有地下鱗莖的多年生草本植物的統(tǒng)稱，其具有較高的藥用、食用和觀賞價值，是我國重要經(jīng)濟(jì)作物之一。全世界有百合屬植物100余種，我國有 50余種[1]，其中卷丹（L.lancifoliumThunb.）、百合（L.brownieF.E.Brown var.viridulumBaker，俗稱龍牙百合）或細(xì)葉百合 （L.pumilumDC.，俗稱蘭州百合）為2015年版《中國藥典》收錄的藥用百合品種[2]，同時也是我國衛(wèi)生部首次頒發(fā)的藥食兼用藥材品種[3]。我國人工栽培百合已有1 400 a以上的歷史，主要栽培的為藥用和食用百合，發(fā)展至今已形成甘肅蘭州、安徽霍山、湖南龍山及隆回、江西萬載等藥、食用百合主產(chǎn)區(qū)[3，4]。切花百合發(fā)展較晚，21世紀(jì)初才開始生產(chǎn)，但伴隨著我國鮮切花產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，切花百合栽培面積不斷擴(kuò)大，主產(chǎn)區(qū)位于云南和江蘇等地[5]。

連作障礙（Continuous cropping obstacle）是指在同一塊地上連續(xù)種植同種或同科作物2茬以上，即使采用正常的栽培管理措施也會發(fā)生作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣和生育狀況差等現(xiàn)象[6]。百合屬于根莖類植物，連作障礙較為普遍，加上百合可作為藥材、蔬菜及切花品種，經(jīng)濟(jì)價值高，種植面積逐年擴(kuò)大，連作障礙問題日趨嚴(yán)峻，導(dǎo)致百合產(chǎn)量和質(zhì)量嚴(yán)重下降，引起了研究者們的關(guān)注，取得了一些研究進(jìn)展。本文對近年來開展的百合連作障礙成因及防控技術(shù)方面的研究報道進(jìn)行綜述，旨在為今后解決百合種植過程中的連作障礙問題提供參考。

1 百合連作的為害

連作對百合的產(chǎn)量和品質(zhì)均有較大影響，以甘肅蘭州為例，當(dāng)?shù)氐募?xì)葉百合因連茬導(dǎo)致減產(chǎn)一半，甚至減產(chǎn)至1/3，嚴(yán)重的幾乎絕產(chǎn)，獨(dú)頭率下降20%以上。連作導(dǎo)致蘭州百合葉面積減小，光合作用減弱，體內(nèi)活性氧代謝紊亂，導(dǎo)致蘭州百合生長受到嚴(yán)重抑制，干物質(zhì)積累和鱗莖產(chǎn)量降低[7]。黃鈺芳等[8]的研究證實(shí)了上述結(jié)論，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)連作對蘭州百合的苗期、鱗莖膨大期及成熟期均存在抑制作用，且隨著連作年限延長作用加劇。其他百合品種如卷丹、龍牙百合以及切花百合連作后長勢變?nèi)?、種球退化、病蟲害發(fā)生嚴(yán)重以及鱗莖產(chǎn)量、品質(zhì)下降，甚至絕收的現(xiàn)象也有不少報道[4，9]。可見，連作障礙是百合生產(chǎn)實(shí)踐中普遍存在的問題，嚴(yán)重制約了百合產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

2 百合連作障礙的形成機(jī)制

連作障礙產(chǎn)生的原因十分復(fù)雜，目前認(rèn)為主要包括化感自毒作用、土壤養(yǎng)分及理化性狀改變、土壤微生態(tài)失衡、病蟲害增多等幾個方面。

2.1 化感自毒作用

化感作用（Allelopathy）是指植物通過合成并向環(huán)境釋放化學(xué)物質(zhì)而產(chǎn)生對自身和其他生物直接或間接的作用，自毒作用（Autotoxicity）是化感作用的一種特殊的作用方式，是發(fā)生在種內(nèi)的生長抑制作用[10]，屬于非生物因素。目前百合的化感自毒相關(guān)研究主要包括化感物質(zhì)的分析鑒定、化感作用對受體植物的化感效應(yīng)以及對自身的自毒效應(yīng)等。

①百合化感物質(zhì) 在百合具體化感物質(zhì)分離鑒定方面已有不少研究成果。百合的化感物質(zhì)主要有脂肪酸、酯、醛、酚類等多種類型的化合物，不同品種化感物質(zhì)種類和含量均存在顯著差異[9～14]。本文將不同百合品種中目前已經(jīng)得到分離鑒定的化感物質(zhì)總結(jié)于表1～3中。

表1 切花百合“西伯利亞”中分離鑒定的百合化感物質(zhì)

②化感作用 除了化感物質(zhì)的鑒定，百合化感物質(zhì)的化感作用方面也得到了一些研究進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，水培切花百合“西伯利亞”根系分泌物對蘿卜、番茄等4種受體作物的種子萌發(fā)和幼苗生長均產(chǎn)生了不同程度的抑制作用[11，15]。蘭州百合土壤浸提液對馬鈴薯和豌豆存在低濃度的化感促進(jìn)作用和高濃度的化感抑制作用[16]。除了根系分泌物，研究結(jié)果表明，“西伯利亞”百合的莖葉、花、鱗莖等器官水浸液對萵苣、黃瓜和大蔥等5種受體作物的萌芽和幼苗生長均有一致的化感效應(yīng)，且具有濃度效應(yīng)，鱗莖和花的抑制效應(yīng)強(qiáng)于莖葉[17]。百合對觀賞植物也能產(chǎn)生化感作用，如亞洲百合 （LiliumAsiatic Hybrids）鱗莖水浸液對一串紅、金魚草、雛菊、石竹4種觀賞植物的種子發(fā)芽和幼苗的生長表現(xiàn)為高濃度抑制、低濃度促進(jìn)雙效性，而莖葉水浸液總體呈現(xiàn)出抑制作用[18]。樊生豐[16]研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度的蘭州百合土壤浸液對黨參等藥材幼苗生長也會產(chǎn)生抑制作用?？梢?，百合對蔬菜、花卉及藥材等多種受體植物均能產(chǎn)生化感效應(yīng)。

表2 蘭州百合中分離鑒定的百合化感物質(zhì)

③自毒效應(yīng) 除了對受體植物產(chǎn)生化感作用，百合的化感物質(zhì)還具有自毒作用。陳君良等[10]研究發(fā)現(xiàn)，蘭州百合根系分泌物對自身幼苗具有低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的雙效應(yīng)，其自毒作用的產(chǎn)生是由于高濃度根系分泌物改變了百合幼苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性、根系活力、葉綠素、丙二醛（MDA）和脯氨酸（Pro）含量所致[10]。另有研究發(fā)現(xiàn)，蘭州百合根及鱗莖水浸液能夠抑制自身幼苗生長，且存在濃度效應(yīng)，并指出自毒作用是導(dǎo)致蘭州百合連作障礙的重要原因之一[19]。近期的研究證實(shí)了鄰苯二甲酸（Phthalic acid，PA）是導(dǎo)致蘭州百合自毒作用的化感物質(zhì)之一[14]。

2.2 土壤養(yǎng)分、結(jié)構(gòu)及理化性狀變化

土壤養(yǎng)分及理化性狀是決定植物生長狀況的根本要素，屬于非生物因素。研究發(fā)現(xiàn)，百合連作可導(dǎo)致土壤表層鹽分聚積、板結(jié)加劇、速效鉀嚴(yán)重虧缺、質(zhì)地黏重等現(xiàn)象，還使土壤逐漸鹽堿化，氮、磷、鉀等養(yǎng)分失衡，部分酶活性顯著下降，并伴隨多種酚酸類物質(zhì)逐年積累[7]。通過對比高產(chǎn)田與低產(chǎn)田之間理化指標(biāo)的差異，有機(jī)質(zhì)含量、氮元素、速效鉀等可能是制約蘭州百合鱗莖產(chǎn)量的重要因素[3]。馮游滔[9]研究發(fā)現(xiàn)，龍牙百合連作后會導(dǎo)致土壤持續(xù)酸化，繼而破壞百合對土壤養(yǎng)分的吸收。可見，土壤質(zhì)量下降是造成百合連作障礙的主要因素之一，包括土壤物理性狀改變、養(yǎng)分失衡、鹽堿化、酶活降低和有害物質(zhì)積累等多個方面。

2.3 土壤微生態(tài)失衡

土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)變化屬于連作障礙的生物因素，與上述非生物因素相比，研究起步相對較晚。Shang等[20]利用Illumina高通量測序技術(shù)分析了連作3 a的健康百合和發(fā)生枯萎病的百合根際土壤微生物群落差異，發(fā)現(xiàn)發(fā)病組根際土壤細(xì)菌類微生物比健康組保持較高的多樣性，而真菌類微生物多樣性趨勢則剛好相反，但總體微生物群落功能多樣性顯著下降，其中發(fā)病組土壤中豐度相對較高的有鐮刀菌（Fusarium）、絲核菌（Rhizoctonia）、黃萎病菌（Verticillium）、青霉菌（Penicillium）和銹腐病菌（Ilyonectria）5個病原菌屬；而健康組中豐度相對較高的菌屬只有芽孢桿菌屬（Bacillus）1種。Hua等[21]使用相同的Illumina高通量測序技術(shù)分析了單種和蘭州百合—玉米間作條件下百合根系的菌群差異，結(jié)果顯示，2種條件下微生物種類的豐度存在顯著差異，間作的蘭州百合根系鐮刀菌屬等有害真菌豐度提高的同時格孢腔菌（Pleosporalessp.）等有益菌豐度降低，還發(fā)現(xiàn)了單種根系不存在的毛殼菌屬（Chaetomiumsp.）等有益微生物。另有研究指出，龍牙百合連作后有機(jī)分泌物增多引起的pH值下降，導(dǎo)致連作地中以青霉菌屬和鐮刀菌屬為主的致病真菌數(shù)量和種類增多，而以厚壁菌門的乳酸鏈球菌為主的細(xì)菌數(shù)量和種類也高于非連作地[9]。

2.4 病蟲害增多

百合整個生長發(fā)育期均易發(fā)生病蟲害，多達(dá)40種，包括真菌性、病毒性、細(xì)菌性病害及蠐螬、蚜蟲、線蟲和紅蜘蛛等蟲害，其中真菌性病害和病毒性病害研究相對較多[22]。真菌性病害主要有枯萎病（又名基腐病、根腐病、莖腐?。?、灰霉?。ㄋ追Q葉枯病）、炭疽病以及疫病（腳腐?。┑?，其主要病原菌分別為尖孢鐮刀菌 （Fusarium oxysporum）、橢圓葡萄孢菌[Botrytis elliptica（Berk.） Cooke]、 百合炭疽病菌（ColletotrichumliliiPlakidas） 和 煙 草 疫 霉（Phytophthora nicotianaevan Bredede Haan） 等，其中鐮刀菌引起的百合枯萎?。‵usariumwilt）是百合病害中為害最大，也是發(fā)生最普遍、最嚴(yán)重的一種病害[22]。Wu等[14]發(fā)現(xiàn)，蘭州百合根際分泌物鄰苯二甲酸可以刺激尖孢鐮刀菌生成更多的以鐮刀菌酸（Fusaric acid）為主的真菌毒素，促進(jìn)百合枯萎病的發(fā)生。除了細(xì)菌和真菌，病毒感染也是造成百合產(chǎn)量、品質(zhì)降低和連作障礙的重要原因之一。百合的主要致病病毒包括百合無癥病毒（Lily symptomless virus，LSV）、 百 合 花 葉 病 毒 （Lily mottle virus，LMoV）、黃瓜花葉病毒 （Cucumber mosaic virus，CMV）3種，這3種病毒可單獨(dú)侵染，或2種甚至3種同時侵染百合，抑制百合的生長和鱗莖膨大[23，24]。連作導(dǎo)致上述各種百合病蟲害加劇，使百合減產(chǎn)1/3～1/2，甚至絕收，嚴(yán)重制約百合產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。

表3 龍牙百合中分離鑒定的百合化感物質(zhì)[9]

3 百合連作障礙的防治技術(shù)

百合連作障礙的總體防治原則為預(yù)防為主，綜合防治，目前采用較多的是農(nóng)業(yè)防治、化學(xué)防治和生物防治方法。

3.1 農(nóng)業(yè)防治

①良種挖掘與選育 早在20世紀(jì)90年代，Straathof等[25]調(diào)查得出目前為止還未發(fā)現(xiàn)對鐮刀菌完全免疫的百合種或栽培品種的結(jié)論，但相比較而言東方百合對鐮刀菌抗性最差，麝香百合次之，亞洲百合最強(qiáng)。國內(nèi)學(xué)者在對不同的百合栽培品種進(jìn)行鑒定后也得出了一致的結(jié)果，并篩選出蘭州百合、大花卷丹（L.leichtliniivar.maximowivziiBaker）、湖北百合（L.henryiBaker）、岷江百合（L.regaleE.H.Wilson）等多個對鐮刀菌高抗的百合野生種和卷丹、宜興百合（L.lancifoliumThunb）等栽培種[26～28]。劉妍等[27]發(fā)現(xiàn)，百合四倍體材料普遍具有較好的鐮刀菌抗性，發(fā)現(xiàn)了1個高抗鐮刀菌的有性三倍體二倍化變異材料Cai-74，并推測該材料對鐮刀菌的抗性可能與其總皂苷含量高有關(guān)。羅建讓等[29]通過對近百個麝香百合×亞洲百合遠(yuǎn)緣雜種后代的鐮刀菌抗性鑒定發(fā)現(xiàn)，父本亞洲百合的鐮刀菌高抗性可以成功遺傳給雜種后代，證明通過雜種系間雜交實(shí)現(xiàn)百合鐮刀菌抗性的漸滲育種切實(shí)可行。

相對于百合枯萎病而言，百合其他病害抗性方面的研究相對較少。僅有少量研究團(tuán)隊初步分析了不同栽培品種對灰霉病的抗性，發(fā)現(xiàn)不同栽培品種對灰霉病的抗性存在顯著差異，供試品種中“康斯坦薩”和“索邦”為高抗品種[30]。

②倒茬輪作 研究發(fā)現(xiàn)百合與豆類、瓜類和茄果類蔬菜輪作可以促進(jìn)百合植株的生長，與葉菜類輪作苗期生長緩慢[31；馬鈴薯和豌豆可作為蘭州百合較好的前茬作物[16]。與旱作輪作相比，水旱輪作對切花百合的生長效果最佳，是有效克服切花百合連作障礙的重要措施[32]。李澤森等[33]研究了不同水浸泡田時間對百合病蟲害的影響，發(fā)現(xiàn)水浸泡時間的增加能夠顯著控制百合疫病的發(fā)病率和蠐螬的為害率，顯著增加百合的產(chǎn)量和品質(zhì)。百合與晚稻輪作種植模式不僅能有效降低百合病蟲為害，還可提高土地利用率，生產(chǎn)上應(yīng)綜合考慮采用最適宜當(dāng)?shù)匚锖蚱诘牟シN時間以保證百合和晚稻產(chǎn)量。

3.2 化學(xué)防治

在防治枯萎病化學(xué)藥劑方面，研究報道多菌靈可濕性粉劑（WP）、福美雙WP、噁霉靈WP或水劑（AS）、己唑醇懸浮劑（SC）、烯唑醇 WP、苯醚甲環(huán)唑水分散粒劑（WG）、己唑醇微乳劑（ME）、中生菌素WP、菌核凈WP、申嗪霉素SC等單劑對尖孢鐮刀菌、層出鐮孢菌（Fusarium proliferatum）等百合枯萎病病原菌具有較強(qiáng)的抑制作用或增強(qiáng)百合對病原菌的抗性[22，34～37]。 多項研究結(jié)果表明，復(fù)配劑的抑菌效果優(yōu)于單劑。梁巧蘭等[38]發(fā)現(xiàn)代森錳鋅+甲基托布津（甲基硫菌靈）和代森錳鋅+多菌靈復(fù)配劑防治百合枯萎病效果明顯優(yōu)于使用單一的代森錳鋅藥劑；田麗麗等[39]試驗結(jié)果表明，復(fù)配劑菌菌靈（多菌靈+福美雙）+綠精靈[25%Cu（NH3）4SO4]、菌菌靈+醫(yī)霉（21%過氧乙酸）具有較好的抑菌效果。

其他病害防控藥劑方面的研究工作也取得了一些進(jìn)展，如百菌清WP、菌思奇（啶菌噁唑）EC、異菌脲 WP、撲海因（異菌脲）SC、速克靈（腐霉利）WP等藥劑對灰霉病具有較好的防治效果[40～42]；噁酮·霜脲氰WG、王銅菌核凈WP、霜脲·錳鋅WP、霜霉威鹽酸鹽AS等藥劑防治百合疫病效果較好[41，43]。咪鮮胺EC在防治炭疽病方面具有較好效果[43]。

3.3 生物防治

生物防治技術(shù)主要是通過生物或生物的次生代謝產(chǎn)物進(jìn)行防治，因具有綠色、環(huán)保、高效的優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的重視，在百合生防方面也取得了一些研究進(jìn)展。

在生防微細(xì)菌方面，目前研究報道相對較多。研究發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）和淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）可抑制尖孢鐮刀菌活性，對百合枯萎病有一定的防治效果，其中淀粉芽孢桿菌中的抑菌活性物可能為Iturin和Fengycin脂肽類化合物[44，45]。另有研究發(fā)現(xiàn)，放線菌的發(fā)酵液可抑制尖孢鐮刀菌和橢圓葡萄孢菌的生長，對枯萎病和灰霉病具有較好的防治效果[44，46]。從公牛鏈霉菌（Streptomyces tauricus）的發(fā)酵產(chǎn)物分離得到的新磷氮霉素A對百合灰霉病菌具有較好的抑制效果[47]。藤黃灰鏈霉菌提取物中分離的活性物質(zhì)寡霉素A和C對百合灰霉病菌、炭疽病菌具有離體抗菌活性[48]。Fravel等[49]指出使用尖孢鐮刀菌非致病性菌株如Fo47和CS-20可以防控致病性尖孢鐮刀菌的感染。

在生防真菌方面，也取得了一定的研究成果。黏孢菌類真菌深綠木霉 （Trichoderma atroviride）發(fā)酵液的TraT2A蛋白質(zhì)提取液可提高百合的抗灰霉病能力[50]。Hua[21]指出，毛殼菌屬為有益真菌，可開發(fā)用于消除百合的連作障礙。研究發(fā)現(xiàn)百合根際的叢生菌根（AM）真菌對根際病原微生物有抑制作用，能夠促進(jìn)百合生長、營養(yǎng)吸收，增強(qiáng)百合抗病能力，有望開發(fā)成解決百合連作障礙的“生物肥料”[3，51]。

其他來源的生防制劑也得到了一些研究。植物來源方面，研究發(fā)現(xiàn)大蒜鱗莖粗對百合枯萎病具有一定的防治效果[44]；菊科植物紫莖澤蘭（Eupatorium adenophoraSpreng.）對百合尖孢鐮刀菌具有抑制作用[22]。利用生物酶解工程從海洋甲殼類動物外殼中提取的殼聚糖制備得到的海島素（5%氨基寡糖素）對百合灰霉病的抗病增產(chǎn)效果明顯[52]。

4 展望

百合經(jīng)濟(jì)價值高，且我國百合資源豐富，種植面積不斷增加，但由于存在嚴(yán)重的連作障礙，導(dǎo)致百合產(chǎn)業(yè)效益逐年下降。在百合連作障礙方面，雖然學(xué)者們從多個方面開展了研究，并取得了一定的進(jìn)展，但還無法完全解決該問題。

連作障礙的綠色防控是保障百合產(chǎn)業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的有效途徑。其中優(yōu)質(zhì)的種鱗莖是解決連作障礙的重要途徑之一，生產(chǎn)上除了需要選用無病、無傷口、健壯的種鱗莖，還要注意品種的選擇，以提高產(chǎn)量。百合育種是百合產(chǎn)業(yè)鏈的頂端產(chǎn)業(yè)，我國目前的百合育種工作嚴(yán)重滯后，已經(jīng)成為制約我國百合產(chǎn)業(yè)的發(fā)展關(guān)鍵因素之一，因此百合優(yōu)良品種選育迫在眉睫。因此，挖掘、培育百合抗病性強(qiáng)、高產(chǎn)、質(zhì)優(yōu)的優(yōu)良品種是綠色防治的一個工作重點(diǎn)。另外，加大生物防治技術(shù)和高效、低毒、低殘留、環(huán)境友好型農(nóng)藥的研發(fā)、應(yīng)用和推廣，有助于百合優(yōu)良品種的保質(zhì)、保量和綠色生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)百合生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量安全和生態(tài)環(huán)境安全，推進(jìn)我國百合產(chǎn)業(yè)健康、長遠(yuǎn)發(fā)展。